[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

本發明公開了一種管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，包括：在管道上安裝超聲導波發射和接收換能器，令其發射端激發所需模態導波，接收端接收相應模態導波；對導波離散采樣，獲得導波監測數據，并對該數據進行數字隨機調制，得到觀測矩陣和測量向量，將測量向量存儲相應存儲器中；根據導波傳播理論，計算傳播不同距離的原子，構建導波過完備字典；使用正交匹配追蹤，將測量向量在觀測矩陣和字典的乘積矩陣上進行分解，得到稀疏向量；根據稀疏向量的非零值的位置進行缺陷定位，和非零值的數值判斷缺陷程度；根據預設時間進行多次監測，將多次監測數據進行壓縮感知，得到缺陷的發展趨勢。該方法減少了數據存儲量，同時保證了缺陷的監測精度。

技術領域

本發明涉及無損檢測技術領域，特別涉及一種管道超聲導波壓縮感知健康監測方法。

背景技術

輸送石油和天然氣的管道在使用過程中面臨腐蝕和應力問題，因此，缺陷不可避免地發生，并且會縮短管道的使用壽命。當缺陷帶來油氣泄漏時，可能會引發爆炸等安全事故，對財產和人身安全帶來威脅，因此，需要對管道結構進行定期的監測，以掌握其健康狀況。超聲波導波為管道健康監測提供了一種有效的方法，使用原位傳感器的監測方案可以長期對管道進行監測，從而有助于診斷缺陷嚴重程度并預測健康狀況。導波可以沿管道長距離傳播，且導波覆蓋整個管道壁厚范圍，這使得導波能夠同時檢測管道表面和內部缺陷。導波是一種機械波，它會與缺陷相互作用從而產生反射回波。通過分析接收的回波信號，可以提取缺陷信息。

然而，長期的管道監測會帶來大量的數據，這些數據的存儲需要耗費非常多的存儲器，而常規的數據壓縮方法可能帶來信息丟失，成為制約管道健康監測的一個重要問題。目前，缺少適合的用于管道健康監測的超聲導波數據壓縮恢復方法。因此，需要開發有效的數據壓縮方案，保留導波數據的全部信息，同時研究可靠的導波數據恢復方案，從壓縮數據中恢復監測信息，得到管道中缺陷的位置和嚴重程度。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，該方法大大減小了數據存儲量，同時保證缺陷的監測精度。

為達到上述目的，本發明提出了管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，包括以下步驟：S1，在待檢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。

本發明實施例的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法，通過存儲壓縮后的導波數據，從而大大減小了數據存儲量，同時保證缺陷的監測精度，具有廣闊的實際應用前景。

另外，根據本發明上述實施例的管道超聲導波壓縮感知健康監測方法還可以具有以下附加的技術特征：

在本發明的一個實施例中，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檢測管道外壁，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。

在本發明的一個實施例中，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：