[發明專利]管道超聲導波壓縮感知健康監測方法

有效

• 申請號: 201910817612.2
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110553156B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 黃松嶺;王哲;王珅;趙偉;于歆杰;董甲瑞;汪芙平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

1.一種管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，包括以下步驟：

S1，在待監測管道上安裝超聲導波發射和接收換能器；

S2，通過預設導波激勵頻率，使所述超聲波發射和接收換能器接收到預設模態導波；

S3，對所述預設模態導波進行放大和濾波處理，并高速采樣處理后的模態導波，得到采樣數據；

S4，對所述采樣數據進行數字隨機調制處理，得到觀測矩陣和測量向量，并將所述測量向量存儲至存儲器中；

S5，基于導波傳播理論，計算傳播不同距離的原子，以構建導波過完備字典；

S6，通過正交匹配追蹤，將所述測量向量在所述觀測矩陣和所述過完備字典的乘積矩陣上進行分解，并判斷殘余誤差是否低于預設誤差值；

S7，若所述殘余誤差低于所述預設誤差值，則分解迭代過程結束，得到稀疏向量，執行下一步驟，若所述殘余誤差不低于所述誤差預設值，則執行步驟S6再次分解；

S8，根據所述稀疏向量的非零值的位置進行缺陷定位，并根據所述稀疏向量的非零值的數值判斷缺陷程度；

S9，根據預設時間間隔進行多次監測，并將多次監測獲得的數據進行壓縮感知，以得到缺陷發展趨勢。

2.根據權利要求1所述的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，其特征在于，所述超聲導波發射和接收換能器采用電磁超聲換能器，所述電磁超聲換能器由線圈和鎳帶構成，通過環氧樹脂膠將所述鎳帶粘貼在所述待監測管道外壁，所述線圈置于所述鎳帶外表面，所述鎳帶經過永磁體磁化獲取周向的磁場。

3.根據權利要求1所述的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，其特征在于，所述數字隨機調制包括調制和數字低通濾波器構成，其中，所述數字隨機調制處理過程為：

y(n)＝Φx(n)

式中，x(n)為采樣數據，Φ為觀測向量，y(n)為經過隨機調制后獲得的測量數據，其數據長度低于采樣數據。

4.根據權利要求1所述的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，其特征在于，所述原子的表達式為：

d_j＝u(r_j，t)，其中d_j∈D

式中，D為原子，D＝[d₁，d₂，…，d_j，…，d_M]，j＝1，2，…，M，M為正整數，r_j為導波往返傳播距離，t為時間，u為導波在管道任意點任意時間的位移。

5.根據權利要求4所述的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，其特征在于，其中，

式中，r_j為導波往返傳播距離，t為時間，ω是角頻率，F(ω)是激勵波形的傅里葉變換，k(ω)是波數，C_j是衰減系數，i為時間。

6.根據權利要求1所述的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，其特征在于，求解所述稀疏向量的目標方程為：

min||a||₀ s.t.||ΦDa-y||₂≤ε

式中，a為稀疏向量，ε為預設誤差值，min為最小值，y為測量數據，D為原子。

7.根據權利要求1所述的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，其特征在于，所述稀疏向量的非零值的位置對應于所述過完備字典中的列數，包含缺陷位置信息，以對缺陷進行定位。

8.根據權利要求1所述的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，其特征在于，所述稀疏向量的非零值的數值反映導波波形的幅度，以判斷缺陷的嚴重程度，數值大小與缺陷嚴重程度成正比。