超声导波检测管道变形的弱信号随机共振方法

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：超声导波检测管道变形的弱信号随机共振方法WeakSignalStochasticResonanceMethodforUltrasonicGuidedWaveDetectPipelineDeformation作者姓名：李亚琳指导教师姓名马宏伟及学位、职称：博士、教授学科、专业名称：力学工程力学学位类型：学术学位论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：暨南大学硕士学位论文暨南大学硕士学位论文摘要目前，管道运输广泛应用在石油、天然气等能

2、源的输送方面，对社会、经济的发展发挥着越来越重要的作用，然而管道的裂纹、腐蚀、凹陷等现象可能会造成重大经济损失和人员伤亡，因此对管道定期检测是十分必要的。超声导波检测具有检测距离长、传播速度快、可实现全截面检测的优点，逐渐受到研究人员的重视，普遍应用到管道检测中。但导波在检测过程中会产生频散、多模态、衰减的特性，并受到噪声的影响，微弱回波信号会淹没在噪声中无法识别出来，为提取强噪声中的弱特征信号，本文选取了基于随机共振的弱特征信号检测方法。分别建立了基于双稳态系统和Duffing系统的级联随机共振模型，

3、将添加一定噪声强度的标准超声导波信号输入到两级的随机共振模型中，为使系统输出信噪比最大、随机共振效应最佳，首先进行了参数调节自适应随机共振，以信噪比增益为衡量指标，选取了合适的参数。然后对完好、单凹陷、双凹陷五种工况的变形管道进行超声导波检测，分别得到数值模拟和实验的检测信号。对于数值模拟信号，可分别利用基于双稳态系统和Duffing系统的级联随机共振模型进行处理，由输出的频谱图和时域信号判断凹陷是否存在及产生的位置；而实验信号由于各种原因比较复杂，需要通过随机共振与小波变换结合的方法进行处理，首先由随

4、机共振处理输出的频谱图判断是否存在凹陷变形，然后再通过小波变换去噪得到时域图中变形位置。结果表明：基于双稳态系统和Duffing系统的级联随机共振能够通过输出频谱图中有无特征频率有效地判断管道是否存在凹陷变形，若频谱图中有峰值出现，说明信号中有导波信号存在，则管道含有凹陷变形，否则为完好管道。通过与小波变换结合，可首先利用噪声增强弱特征信号，再将残余噪声去除，使时域信号清晰地显现出回波信号位置，从而确定管道中凹陷变形的位置。关键词：变形管道、超声导波检测、级联随机共振、双稳态系统、Duffing系统I暨

5、南大学硕士学位论文ABSTRACTNow,thepipelinetransportationiswidelyusedinthetransportationofpetroleum,naturalgasandotherenergy,playsanincreasinglysignificantroleinthedevelopmentofsocietyandeconomy.However,thephenomenonofpipeline,likecracks,corrosionanddepressionsmayc

6、ausemajoreconomiclossesandcasualties.So,itisnecessarytocheckthepipelineregularly.Ultrasonicguidedwavedetectionownsalotofadvantages,suchaslongdetectiondistance,fasttransmissionspeedandfullcross-sectiondetection.Ithasattractedmoreandmoreattentionfromresear

7、chers,andhasbeenwidelyappliedtopipelineinspection.Buttheguidedwavewillhavethepeculiaritiesofdispersion,multimodalandattenuationduringthedetectionprocess,andareaffectedbythenoise,weakechosignalwillbesubmergedinthenoisecannotbeidentified.Inordertoextractth

8、eweakfeaturesignalinstrongnoise,thispaperselectsaweakfeaturesignaldetectionmethodbasedonstochasticresonance.ThecascadedstochasticresonancemodelsbasedonbistablesystemandDuffingsystemareestablishedrespectively,thenputthestan