海底管道傳感器陣列損傷信息的提取和融合研究.pdf

1、海底管道檢測(cè)技術(shù)及離線信號(hào)分析是目前國(guó)際無損檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。開展管道檢測(cè)相關(guān)技術(shù)、方法和手段的研究具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文一方面以爬行器中超聲傳感器陣列獲取的損傷信號(hào)為研究對(duì)象，提取了回波到達(dá)時(shí)刻特征，并通過特征級(jí)和決策級(jí)的融合，獲取了損傷的尺寸、類型和等級(jí)等信息；另一方面，嘗試將脈沖渦流這種新的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于管道無損檢測(cè)領(lǐng)域，提出了用于管道檢測(cè)的脈沖渦流探頭單元和陣列設(shè)計(jì)思路，在時(shí)域和頻域提取了若干脈沖渦流信號(hào)的特征，并將其

2、用于管道損傷的分類中，為研制具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管道智能檢測(cè)器的離線數(shù)據(jù)分析評(píng)估系統(tǒng)提供了關(guān)鍵技術(shù)。 ⑴根據(jù)項(xiàng)目需求和海底惡劣復(fù)雜的工況，為了最大可能的消除可以消除的不確定性，得出有效合理的分析結(jié)果，構(gòu)建了離線數(shù)據(jù)處理和多級(jí)融合的策略。該策略首先采用不同的方法，對(duì)多種傳感器陣列的檢測(cè)信號(hào)分別進(jìn)行獨(dú)立的分析，提取出信號(hào)和(或)損傷的特征，然后進(jìn)行特征級(jí)和決策級(jí)的融合，以消除不同類型傳感器和不同技術(shù)之間的干擾，降低對(duì)歸一化和配準(zhǔn)等

3、融合前提的要求，從不同角度更全面地掌握損傷狀況。 ⑵在基于超聲信號(hào)的損傷信息提取部分，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和Hilbert變換等時(shí)頻分析方法，對(duì)非線性非穩(wěn)態(tài)的超聲射頻信號(hào)進(jìn)行分解、模態(tài)選擇、重構(gòu)和變換，可從含強(qiáng)噪聲且混疊的信號(hào)中精確的提取出各次回波的到達(dá)時(shí)刻，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確的剩余壁厚。該方法不僅可明顯提高管道剩余壁厚以及內(nèi)部裂縫尺寸和位置的測(cè)量精度，還在很大程度上減小了超聲衍射渡越時(shí)間法的盲區(qū)。 ⑶在對(duì)脈沖渦流技術(shù)的研究中，首

4、先，提出了用于管道檢測(cè)的脈沖渦流探頭單元和陣列布置的設(shè)計(jì)思路。其次，在時(shí)域提取出脈沖渦流差分信號(hào)的下降點(diǎn)，進(jìn)而將信號(hào)分段，并分別提取出三對(duì)形狀特征量；在頻域提取出兩個(gè)頻譜特征量。此后，對(duì)特征量的魯棒性和普適性以及相互關(guān)系進(jìn)行了分析、比較和總結(jié)，得到了一些有價(jià)值的結(jié)論，豐富了信號(hào)解釋和損傷分析的可用資源，為快速高效的檢測(cè)和控制提供了理論依據(jù)。在實(shí)驗(yàn)中，還發(fā)現(xiàn)了信號(hào)的雙峰現(xiàn)象。此現(xiàn)象未見論文報(bào)道。最后，鑒于特征量在數(shù)量上和種類上的優(yōu)勢(shì)，通過

5、合理集成和組合，實(shí)現(xiàn)了損傷的二維和三維快速精確分類。推薦了最佳的二維和三維分類組合，并通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了最佳組合的穩(wěn)定性和普適性。 ⑷在對(duì)管道損傷的原因和類別進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，基于獨(dú)立分量分析得到的信號(hào)分量，構(gòu)建了互信息矩陣，提取出了超聲射頻信號(hào)的互信息特征?；谶@些特征，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)損傷進(jìn)行了分類，得到了滿意的分類結(jié)果。 ⑸在損傷尺寸融合部分，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于層次分析思想的加權(quán)平均兩種方法，實(shí)現(xiàn)了同類和異類傳感器信息

6、的特征級(jí)融合，并對(duì)兩種融合方法的精度、速度和計(jì)算負(fù)擔(dān)進(jìn)行了比較分析。其中，基于層次分析的加權(quán)平均法從實(shí)際檢測(cè)信息出發(fā)，不需要任何先驗(yàn)信息，計(jì)算負(fù)擔(dān)輕，精度較神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法稍差。建議根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的方法或?qū)煞N方法結(jié)合起來以提高融合性能。 ⑹在損傷等級(jí)評(píng)估部分，研究了基于不確定性推理的決策級(jí)融合方法，分析了證據(jù)理論的失效問題，比較了現(xiàn)有的解決方法，從證據(jù)源本身出發(fā)，提出了基于焦元相似度和證據(jù)可信度的兩種加權(quán)平均方法。通過證據(jù)的