[发明专利]一种智能声学技术对管道内特征的检测、定位与识别方法

权利要求书

1.一种智能声学技术对管道内特征的检测、定位与识别方法，其特征在于：包括音频传感器布放、音频声学测试、降噪及定位算法、管道特征分类及识别算法和超声传感器布放及超声传感技术；

所述音频传感器布放具体包括以下步骤：

（1）扬声器布放在管道横截面中心；

（2）麦克风阵列布放成圆形，阵列中心即为管道横截面中心，麦克风阵列包含若干个麦克风；

所述音频声学测试具体包括以下步骤：

（1）使用扫频信号激励扬声器；

（2）扬声器激励同时，麦克风阵列采集的声信号，麦克风阵列采集的信号，可以通过解卷积求得冲击响应，解卷积的公式如下：

其中表示冲击响应，表示逆傅里叶变换，表示频域下的单个通道麦克风信号，表示频域下的激励信号，即扫频信号，和分别表示时间和圆频率；

所述降噪及定位算法具体包括以下步骤：

（1）将麦克风阵列测试数据解卷积，得到每个麦克风的冲击响应，然后求和得到总冲击响应；

（2）用sym4小波构建小波矩阵；

（3）通过IHT算法，得到降噪后得冲击响应；

（4）将降噪后得冲击响应进行希尔伯特变换，求得波形包络；

（5）波形包络的峰值横坐标，即对应为管道特征的位置；

所述管道特征分类及识别算法具体包括以下步骤：

（1）通过IHT算法，得到降噪后得冲击响应，及小波系数；

（2）对小波系数进行分割及特征提取，得到对应于管道特征的系数；

（3）将系数与管道特征的标识组成训练数据；

（4）训练SVM分类器；

（5）将测试的数据，进行降噪，小波分析及系数提取，导入已训练的SVM分类器，即可得到分类结果；

所述超声传感器布放及超声传感技术具体包括以下步骤：

（1）超声传感器为空气耦合超声传感器组，包括一个主动激发和一个被动接受传感器，传感器组布放靠近管道内壁，在每一个特定角度，通过超声信号生成和采集器控制超声传感器激励一个瞬时包络信号和采集从管道特征反射回来的信号包络；

（2）通过电机或机器臂控制使传感器沿着管道内壁以角度方向转动一周，即0~360度，重复步骤1；

（3）采集到的每组数据进行数据后处理，在时间域里提取特征信号包络的最大值，并转为距离域后计算出传感器表面和管道内特征的距离，实现空气耦合超声传感器对管道内特征的定位；

（4）每个角度重复步骤3；

（5）通过极坐标图画出0~360度每一个角度的归一化幅值分布图，从而得到不同堵塞面积对应的极坐标归一化幅值分布图，实现管道内特征识别；

（6）此装置可搭载机器人或机器臂控制平台沿着管道方向移动到任意指定距离，之后再次重复步骤1-5。

2.根据权利要求1所述的一种智能声学技术对管道内特征的检测、定位与识别方法，其特征在于：所述音频传感器布放中麦克风数目应大于或等于四个，且应为偶数个。

3.根据权利要求1所述的一种智能声学技术对管道内特征的检测、定位与识别方法，其特征在于：所述音频声学测试中使用扫频信号激励扬声器，频率范围为100~5000Hz，激励持续时间5~10s。

4.根据权利要求1所述的一种智能声学技术对管道内特征的检测、定位与识别方法，其特征在于：所述管道特征分类及识别算法中管道特征主要包括有堵塞、三通连接、沙井和转弯连接四种分类。