matlab 基于Lorenz系统 Lyapunov指数的管道超声导波检测

Posted 2022-11-20 studyer_domi

1、内容简介

略
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2、内容说明

为了提高长距离管道超声导波检测中弱导波信号的识别精度，提出了基于 Lorenz 系统 Lyapunov 指数的 管道超声导波检测方法。基于非共振周期信号的参数激励实现 Lorenz 系统的混沌控制，将待测的导波信号作为参数激 励的扰动项输入 Lorenz 检测系统中，通过对比有无导波信号输入后 Lorenz 系统最大 Lyapunov 指数的不同响应，确定适合 导波信号检测的参数激励幅值; 然后利用 ANSYS 软件和搭建的超声导波试验平台分别进行数值模拟和实验，获得超声导 波在含有不同损伤个数、大小的 6 m 长管道中传播的数值模拟信号和试验信号，利用 Lorenz 检测系统识别数值模拟与实 验信号; 基于二分法对导波信号进行分段识别，通过定位出回波信号的时间段实现损伤定位。检测结果表明，Lorenz 系统 能够有效地免疫噪声并识别管道的缺陷，并且提高了管道超声导波检测的灵敏度。

由于导波的频散、多模态、衰减特性，在实际的长 距离检测中，若缺陷较小，则被测量的缺陷回波信号微 弱，而传感器本底噪声、功率放大器的固有噪声以及外 界的干扰噪声等往往远高于有用信号的幅值，因此反 射回波信号必将呈现出强噪声下弱信号的特征，这将 严重的影响检测信号的识别、定位，从而影响检测结果 的准确性。现时，国内外学者对于超声导波检测的主 要研究方向分别为: 超声导波在不同波导介质中的传 播特性［5-6］、激发与接收导波的仪器［7-8］以及信号处理。 信号处理作为超声导波检测的最后一个阶段，其对检 测结果起着至关重要的作用，而现时的信号处理方法 在导波信号处理上均有一定的局限性，如二维傅里叶 变换［9］在特定情况下会出现假频现象; 小波变换［10］要 选择十分合适的母小波较为困难; 时间反转聚焦法［11］ 在聚焦过程中容易出现其他的杂波，影响检测结果。 由于混沌理论对混沌模型的初始条件具有极端敏感性 而对噪声具有一定免疫能力，因此基于混沌系统突变 效应的检测方法给信号处理领域提供了一个新方向。 混沌振子检测简单正、余弦信号的有效 性已被验 证［12-13］，但用于识别超声导波信号的研究较少，且研究 的混沌 模 型 主 要 为 Duffing 方程等非自治混沌系 统［14-16］。相比于二维的 Duffing 方程，Lorenz 方程的非 线性特性以及动力学行为更加丰富，在弱信号处理领 域更具优势。因此，本文将以 Lorenz 方程为基础，通过 非共振周期信号的参数激励实现受控 Lorenz 系统的构 建，并用于识别数值模拟和试验所得的管道超声导波 信号，以此验证方法的有效性。

clc
close all
clear
% input = load('data.txt'); % 输入信号
output = load('data1.txt'); % 输出信号
% 0． 60 ～ 0． 95 ms，假设这个时间对应的input数据索引为6000-9500
index = 6000:6500;
Lya = zeros(1,length(index));
for i = 1:length(index)
    x1 = output(i);
    Lya(i) = calculate_Lyapunov(x1);
end
figure
plot(Lya)

3、仿真分析

 

 

4、参考论文

2基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测_温宇立.pdf

8.利用Lyapunov指数实现超声导波检测的实验研究_武静.pdf

基于Lyapunov指数的超声导波检测技术_张伟伟