[发明专利]一种管道超声螺旋导波特征路径信号提取方法

权利要求书

1.一种管道超声螺旋导波特征路径信号提取方法，其特征在于，所述提取方法包括如下步骤：

S1、构建加窗余弦函数作为激励：通过调制加窗余弦函数f(t)＝w(t)cos(ωt)作为导波的激励函数，其中，w(t)是窗函数，ω是角频率，t是时间项；该激励函数传播x距离后响应信号为：

其中，表示激励函数f(t)的傅里叶变换形式，k(ω)是波数；

S2、计算单一模态单一路径的信号响应：在已知激励函数情况下，依据泰勒公式将波数k(ω)在中心频率ω₀处进行一阶线性展开，得到k(ω)≈k₀+k₁(ω-ω₀)；

其中，是lamb波中心频率ω₀处的相速度，c_g(ω₀)代表该频率处的群速度，将k(ω)的线性表达式代入f(x,t)，得到f(x,t)＝A·w(t-k₁x)cos(ω₀t-k₀x)，A是信号包络幅值；

令t₁＝k₁x代表信号传播x的距离花费的时间，则单一模态单一路径下的信号响应令表示相位变化量；

S3、利用步骤S2中计算单一模态单一路径的信号响应，构建过完备的多模态多路径数据集；

S4、利用单层神经网络算法从多模态多路径数据集中分离出单一模态，得到单一模态信号；

S5、构建过完备的单一模态特定路径数据集：根据单一模态信号确定信号中包含的所有传播路径，建立单一模态特定路径数据集，数据集包含特征路径和相位元素，单一模态特定路径数据集L'＝[L'₁,L'₂,...,L'_m,...,L'_M]，m＝1,2,…,M，代表m条不同路径，M＜P，每条路径继续划分Q个相位元素，记为[φ₁,φ₂,...,φ_q,...,φ_Q]，其中，q＝1,2,...,Q；

S6、提取特征路径信号：从单一模态特定路径数据集中，提取特定路径信号。

2.根据权利要求1所述的管道超声螺旋导波特征路径信号提取方法，其特征在于：所述过完备的多模态多路径数据集中包括接收信号的所有模态和所有传播路径，其数据集矩阵D＝[D₁,D₂,...,D_n,...,D_N]，其中，n＝1,2,…,N,代表模态的阶数；

每一个单一模态数据集D_n中元素包括一系列不同的传播路径，这些路径元素分别记为[L₁,L₂,...,L_p,...,L_P]，其中，p＝1,2,…,P,代表第p条不同的路径，每一个路径在传播过程中所经过的管壁边界条件也不一样，其相位也是随时间变化的，在每一个路径数据集下继续划分Q个相位元素，记为[φ₁,φ₂,...,φ_q,...,φ_Q]，其中q＝1,2,…,Q；

设接收的信号包含I个时间序列，每一个相位元素φ_q为I×1的列向量，从数据集来看，第n阶模态，第p条路径，第q个相位的元素表达式为：