RU2687177C1 - Method of detecting and classification a signal in control systems - Google Patents

Method of detecting and classification a signal in control systems Download PDF

Info

Publication number
RU2687177C1
RU2687177C1 RU2018126439A RU2018126439A RU2687177C1 RU 2687177 C1 RU2687177 C1 RU 2687177C1 RU 2018126439 A RU2018126439 A RU 2018126439A RU 2018126439 A RU2018126439 A RU 2018126439A RU 2687177 C1 RU2687177 C1 RU 2687177C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
classification
detecting
control systems
identification
Prior art date
Application number
RU2018126439A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Комаров
Юрий Николаевич Кликушин
Александр Анатольевич Федотов
Александр Валерьевич Шилер
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения"
Priority to RU2018126439A priority Critical patent/RU2687177C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2687177C1 publication Critical patent/RU2687177C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: monitoring systems; data processing.
SUBSTANCE: use for signal detection and classification in control systems. Summary of invention consists in the fact that detection and classification of signal are based on signal detection mechanism using method of accumulation and determination of characteristics of random signal, wherein the signal after each iteration is measured using an identification tester, obtained estimates of the identification parameter are compared with a predetermined threshold value, when it is reached, the iteration is terminated.
EFFECT: simple algorithm of operation and high accuracy of signal classification.
1 cl, 7 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области методов обработки сигналов в системах контроля трубопроводов и протяженных конструкций.The invention relates to the field of signal processing methods in control systems of pipelines and lengthy structures.

Известен способ обнаружения дефектов в трубопроводах [Пат. 2439551 РФ МПК G01N 29/04. Способ обнаружения дефектов в трубопроводах / Алексеев С.П. и др.]. Способ заключается в том, что устанавливают акустические датчики, фиксируют акустические колебания, определяют местоположение дефекта на контролируемом участке трубопровода и регистрируют его, при этом акустические колебания фиксируют на моде радиальных колебаний круговых полых цилиндров на поперечном пьезоэффекте в полосе частот спектра 1-25 кГц, при этом токосъемные электроды нанесены на боковых поверхностях полого цилиндра, внутри трубопровода размещен диагностический модуль, также снабженный акустическими датчиками, посредством которых определяют нелинейные свойства контролируемой среды путем определения функции, связывающей давление реакции среды с давлением возмущения, при этом излучающие и приемные датчики устанавливают на расстояниях l/lσ=1 друг от друга, излучают акустические сигналы на частотах 140 и 150 кГц, определяют нормированные гистограммы плотности вероятности для каждого сигнала, путем полиноминального приближения определяют аналитическое выражение для каждой гистограммы, вычисляют функцию нелинейности и значения моментных функций, которые характеризуют изменение формы закона нормального распределения, по изменению формы закона распределения определяют инородные включения в контролируемой среде [1].A known method for detecting defects in pipelines [US Pat. 2439551 of the Russian Federation IPC G01N 29/04. Method for detection of defects in pipelines / Alekseev, SP and etc.]. The method consists in installing acoustic sensors, recording acoustic oscillations, determining the location of a defect in a controlled section of the pipeline and recording it, while acoustic oscillations are fixed on a mode of radial oscillations of circular hollow cylinders on a transverse piezoelectric effect in This collector electrodes deposited on the side surfaces of the hollow cylinder, inside the pipeline is placed a diagnostic module, also equipped with acoustic sensors, through determining the nonlinear properties of the controlled medium by determining the function relating the response of the medium pressure with the pressure disturbance, the emitting and receiving transducers mounted on the distances l / l σ = 1 from each other emit acoustic signals at frequencies of 140 and 150 kHz, determined normalized histograms probability density for each signal, by a polynomial approximation, determine the analytical expression for each histogram, calculate the nonlinearity function and the values of the moment functions, which are akterizuyut changing the shape of the normal distribution law, to change the shape of the distribution law define foreign inclusions in a controlled environment [1].

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом (Фиг. 1). Структурная схема аналога, представленная на фиг. 1, включает: микропроцессор 1, буферное устройство 2, внешнюю память 3, устройство управления 4, регулируемый предварительный усилитель 5, усилитель мощности 6, излучатель 7, приемник 8, полосовой фильтр 9, предварительный усилитель 10, АЦП 11, устройство нормировки 12, устройство определения гистограммы 13, блок 14 расчета коэффициентов полинома, устройство 15 оценки точности аппроксимации, устройство 16 задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения 17, блок 18 деления, интегрирующее устройство 19, блок 20 выделения коэффициентов при первых двух членах разложения 20, блок 21 вычисления частного.The essence of the proposed technical solution is illustrated in the drawing (Fig. 1). The block diagram of the analogue shown in FIG. 1, includes: microprocessor 1, buffer device 2, external memory 3, control device 4, adjustable preamplifier 5, power amplifier 6, radiator 7, receiver 8, band-pass filter 9, preamplifier 10, ADC 11, normalization device 12, device determine histogram 13, block 14 for calculating the coefficients of a polynomial, device 15 for estimating the accuracy of the approximation, device 16 specifying the degree of approximating polynomial, decision-making device 17, block 18 for dividing, integrating device 19, block 20 for extracting the coefficient in the first two terms of the expansion 20, the unit 21 calculating the quotient.

В микропроцессоре 1 формируются излучающие сигналы и параметры работы. Через буферное устройство 2 информация с микропроцессора 1 поступает на внешнюю память 3 и устройство управления 4. Устройство управления 4 управляет работой внешней памяти и регулируемым предварительным усилителем 5. Усилитель мощности 6 усиливает сигнал и подает его на излучатель 7.In the microprocessor 1, radiating signals and operation parameters are generated. Through the buffer device 2 information from the microprocessor 1 is fed to the external memory 3 and the control device 4. The control device 4 controls the operation of the external memory and adjustable preamplifier 5. Power amplifier 6 amplifies the signal and delivers it to the emitter 7.

Сигналы с приемника 8 поступают на полосовой фильтр 9 и предварительный усилитель 10, которые образуют блок предварительной обработки. Сигналы оцифровываются посредством АЦП 11. Далее цифровой сигнал поступает на устройство нормировки 12 и устройство определения гистограммы 13. Устройство 16 задает степень аппроксимирующего полинома и управляет работой блока расчета коэффициентов полинома 14. Далее производится оценка точности аппроксимации 15 и данные передаются на устройство принятия решения 17, которое управляется блоком управления 4. При этом, если точность не удовлетворяет заданному порогу, то увеличивается степень полинома. Увеличение происходит до тех пор, пока точность аппроксимации не будет удовлетворительной. В блоке 18 производится деление выражения для плотности вероятности излучаемого сигнала, которая считывается из внешней памяти 3, и полученной плотности вероятности в блоке 14.The signals from the receiver 8 are fed to the band-pass filter 9 and the pre-amplifier 10, which form a pre-processing unit. The signals are digitized by means of ADC 11. Next, the digital signal is fed to the normalization device 12 and the histogram determination device 13. The device 16 sets the degree of approximating polynomial and controls the operation of the polynomial coefficient calculation unit 14. Next, the approximation accuracy 15 is evaluated and the data is transmitted to the decision device 17 which is controlled by the control unit 4. In this case, if the accuracy does not satisfy the specified threshold, the degree of the polynomial increases. The increase occurs until the accuracy of the approximation is satisfactory. In block 18, the expression for the probability density of the emitted signal, which is read from the external memory 3, and the resulting probability density are divided in block 14.

Интегрирующее устройство 19 представляет полученный результат на блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения 20, и в блоке 21 производится вычисление частного. Полученный результат через буферный элемент выводится на микропроцессор 1.The integrator 19 represents the obtained result on the coefficient extraction block with the first two terms of the decomposition 20, and in block 21 the quotient is calculated. The result obtained through the buffer element is displayed on the microprocessor 1.

Сигналы с АЦП 11 записываются на жесткий диск микропроцессора 1. Каждый отчет кодируется в 14 разрядном формате. На вход алгоритма поступают данные, на основе которых производится определение нормированных гистограмм плотности вероятности для каждого сигнала. Затем, используя полиноминальное приближение, определяется аналитическое выражение плотности вероятности для каждой гистограммы. В зависимости от исследования (обнаружение дефектов в трубопроводах или поиск мест утечек транспортируемого продукта) вычисляется либо функция нелинейности, либо значения моментных функций, которые характеризуют изменение формы закона распределения (в случае детектирования инородных включений в среде).The signals from the ADC 11 are recorded on the hard disk of the microprocessor 1. Each report is encoded in 14-bit format. The algorithm receives data on the basis of which the normalized probability density histograms are determined for each signal. Then, using a polynomial approximation, an analytical expression of the probability density for each histogram is determined. Depending on the study (detection of defects in pipelines or searching for leaks of the product being transported), the nonlinearity function or the values of moment functions that characterize the change in the shape of the distribution law (in the case of detection of foreign inclusions in the medium) are calculated.

Первым недостатком данного способа-аналога является отсутствие классификатора, который бы позволял относить полученный накопленный сигнал к определенной форме распределения. Вторым недостатком является пересечение доверительных интервалов регистрируемых моментов распределений для сигналов различных форм, что не позволяет гарантировать принадлежность получаемого сигнала к одной конкретной форме (эталону).The first disadvantage of this analogue method is the absence of a classifier, which would allow to attribute the received accumulated signal to a certain form of distribution. The second disadvantage is the intersection of the confidence intervals of the recorded moments of distributions for signals of different forms, which does not allow to guarantee the belonging of the received signal to one particular form (reference).

Наиболее близким к заявляемому является способ [2], указанный в патенте-прототипе [Пат. 2016135127 Способ обнаружения и классификации изменений параметров оболочки трубопровода и окружающей его среды / Епифанцев Б.Н., Комаров В.А., Нигрей Н.Н., Ищак Е.Р.]. На фиг. 2 представлена схема прототипа.Closest to the claimed method [2], indicated in the patent prototype [US Pat. 2016135127 Method for detecting and classifying changes in the parameters of the shell of the pipeline and its environment / Epifantsev BN, Komarov VA, Nigrey NN, Ischak E.R.]. FIG. 2 shows the layout of the prototype.

В прототипе виброакустические сигналы возбуждают следующие друг за другом воздействия на передающую среду через интервалы, превышающие интервал корреляции существующих в ней виброакустических шумов, отсчеты регистрируемых реакций на каждое воздействие на другом конце контролируемого участка суммируют с ранее полученными аналогичными отсчетами, модуль результирующего сигнала нормируют и принимают за плотность распределения временных интервалов отсчетов от начала до конца сформированного в сумматоре сигнала. При каждом приеме и накоплении воздействия по его распределению вычисляют оценки математического ожидания, среднеквадратичного отклонения, асимметрии и эксцесса и далее строятся их линии регрессии. Первый патентуемый классификатор оценивает расстояния и углы между всеми попарными комбинациями линий регрессии с целью отнесения текущего воздействия к определенной форме. Расстояние между линиями регрессии определяется по формуле (1) как модуль разницы между средними значениями этих линий:In the prototype, vibroacoustic signals excite successive impacts on the transmission medium at intervals exceeding the correlation interval of the vibroacoustic noise existing in it, readings of recorded reactions to each impact at the other end of the monitored section are summed up with previously obtained similar readings, the resulting signal modulus is normalized and taken as distribution density of time intervals of samples from the beginning to the end of the signal generated in the adder. At each reception and accumulation of the impact, estimates of the mean, standard deviation, asymmetry and excess are calculated by their distribution, and then their regression lines are constructed. The first patent classifier estimates the distances and angles between all pairwise regression line combinations in order to classify the current impact to a specific form. The distance between the regression lines is determined by the formula (1) as the modulus of the difference between the average values of these lines:

Figure 00000001
Figure 00000001

где d - расстояние между линиями регрессии, p1 - значения линии регрессии первого параметра, р2 - значения линии регрессии второго параметра.where d is the distance between the regression lines, p1 - the values of the regression line of the first parameter, p2 - the values of the regression line of the second parameter.

Угол вычисляется на основе скалярного произведения векторов, в качестве которых выступают линии регрессии (2):The angle is calculated based on the scalar product of vectors, which are regression lines (2):

Figure 00000002
Figure 00000002

где α - угол между линиями регрессии,

Figure 00000003
- вектор линии регрессии первого параметра,
Figure 00000004
- вектор линии регрессии второго параметра.where α is the angle between the regression lines,
Figure 00000003
- the vector of the regression line of the first parameter,
Figure 00000004
- vector of the regression line of the second parameter.

На основе вычисленных параметров d и α принимается решение об отнесении сигнала к определенной форме. Для этого необходимо иметь соответствующую базу данных эталонных значений параметров, что требует индивидуальной калибровки.On the basis of the calculated parameters d and α, a decision is made to assign the signal to a specific form. For this, it is necessary to have an appropriate database of reference parameter values, which requires individual calibration.

Резюмируя свойства аналога и прототипа можно констатировать, что они используют косвенные методы измерения распределения, что ведет к усложнению структуры и алгоритмов обработки сигналов.Summarizing the properties of the analogue and the prototype, it can be stated that they use indirect methods of measuring the distribution, which leads to a complication of the structure and algorithms of signal processing.

Целью патентуемого способа является упрощение алгоритмов обработки и повышение их эффективности за счет использования прямого метода измерения формы распределений.The aim of the patented method is to simplify the processing algorithms and increase their efficiency through the use of a direct method for measuring the shape of distributions.

Акустический способ контроля протяженных объектов основан на анализе случайных сигналов. При использовании S-тестера в качестве метода контроля объекта можно отнести полученный импульс к определенному классу сигналов с использованием шкалы преобразования идентификационного параметра к определенному виду сигнала. Суть предлагаемого решения состоит в применении специального инструмента - идентификационного тестера (ИТ), статическая характеристика которого (на примере ИТ, так называемого S-типа) описывается таблицей 1.The acoustic method of controlling extended objects is based on the analysis of random signals. When using the S-tester as an object control method, the received pulse can be attributed to a certain class of signals using the scale of the identification parameter conversion to a certain type of signal. The essence of the proposed solution is to use a special tool - an identification tester (IT), the static characteristic of which (for example, IT, the so-called S-type) is described in table 1.

Figure 00000005
Figure 00000005

Таблица 1 представляет собой шкалу, которая связывает порядковые номера (Rank) отсчетов с выходными числовыми параметрами (Mean S) ИТ и качественными характеристиками следующих видов распределений случайных сигналов: двумодального (2mod), арксинусного (asin), равномерного (even), трапецеидального (trap), треугольного (simp), нормального (gaus), двустороннего экспоненциального (lapl) и Коши (kosh). Начальный отсчет (const) имеет нулевое значение и относится к постоянным во времени сигналам. Имена распределений взяты из словаря имен случайных сигналов, принятых в области статистических измерений [3].Table 1 is a scale that relates the ordinal numbers (Rank) of samples with output numerical parameters (Mean S) IT and the qualitative characteristics of the following types of random signal distributions: two-modal (2mod), arcsine (asin), uniform (even), trapezoidal (trap ), triangular (simp), normal (gaus), two-sided exponential (lapl) and Cauchy (kosh). The initial count (const) has a zero value and refers to constant signals in time. The names of the distributions are taken from the dictionary of the names of random signals taken in the field of statistical measurements [3].

В нижней строке таблицы 1 представлен пример измерения некоторого сигнала, показания которого для S-тестера составили Sy=24,36. Интерполяция этих показаний позволяет утверждать, что исследуемый сигнал имеет распределение, близкое к нормальному (gaus) в соответствие с очевидным правилом:The bottom line of Table 1 presents an example of measuring a certain signal, whose readings for the S-tester were Sy = 24.36. Interpolation of these readings suggests that the signal under investigation has a distribution close to normal (gaus) in accordance with the obvious rule:

Name Sy≈Id*[min(ΔSyg; ΔSyl)],Name Sy≈Id * [min (ΔS yg ; ΔS yl )],

где ΔSyg=abs(Sy-Sg)=abs(32-24,36)=7,64; ΔSyl=abs(Sy-Sl)=abs(24,36-15)=9,36. Отсюда следует, что: Name Sy≈Id*[min(7,64/gaus; 9,36/lapl)]=GAUS. Здесь символ Id*N обозначает операцию, обратную к операции Id[.] идентификации распределения по шкале.where ΔS yg = abs (Sy-S g ) = abs (32-24,36) = 7,64; ΔS yl = abs (Sy-S l ) = abs (24.36-15) = 9.36. It follows that: Name Sy≈Id * [min (7.64 / gaus; 9.36 / lapl)] = GAUS. Here, the symbol Id * N denotes the operation inverse to the operation Id [.] Of identifying the distribution on the scale.

Проведенными нами исследованиями установлены следующие фундаментальные свойства идентификационной шкалы (таблица 1):Our studies have established the following fundamental properties of the identification scale (table 1):

1) шкала охватывает полный диапазон всех возможных существующих и мыслимых форм распределений;1) the scale covers the full range of all possible existing and conceivable forms of distributions;

2) значения отсчетов не зависят от параметров сдвига и масштаба анализируемых сигналов;2) the values of the samples do not depend on the shift parameters and the scale of the analyzed signals;

3) несмотря на ограниченное количество отсчетов (9), точность идентификации распределений можно повысить путем интерполяции значения идентификационного параметра (S) между соседними отсчетами.3) despite the limited number of samples (9), the accuracy of identification of distributions can be improved by interpolating the value of the identification parameter (S) between adjacent samples.

Таким образом, ИТ можно интерпретировать как измерительный преобразователь со шкалой, подобной шкале обычного аналогового показывающего прибора, но дополненной категорийными (качественными) отметками.Thus, IT can be interpreted as a measuring transducer with a scale similar to that of a conventional analog indicating device, but supplemented with category (quality) marks.

Следовательно, ИТ является универсальным классификатором, который можно использовать для распознавания любых выборочных реализаций сигналов.Therefore, IT is a universal classifier that can be used to recognize any selective signal implementations.

Принцип действия S-тестера основан на измерении крутизны ранжированной функции сигнала на центральном ее участке относительно медианы. На фиг. 3 представлены примеры ранжированных функций выборочных реализаций случайных сигналов с Коши, нормальным, равномерным и двумодальным распределениями. Видно, что средняя крутизна (Mean S) на центральном участке плавно увеличивается в направлении от Коши к двум-дальному распределению, что и служит основанием для «оцифровки» формы (имен) распределений.The principle of the S-tester is based on measuring the steepness of the ranked function of the signal in its central part relative to the median. FIG. Figure 3 presents examples of the ranked functions of sample realizations of random signals with Cauchy normal, uniform, and two-modal distributions. It can be seen that the mean steepness (Mean S) in the central area gradually increases in the direction from Cauchy to a two-distance distribution, which serves as the basis for digitizing the form (names) of the distributions.

Алгоритм вычисления идентификационного параметра S и его эволюция в системе заключается в следующем.The algorithm for calculating the identification parameter S and its evolution in the system is as follows.

1) Выборочная реализация сигнала ранжируются по возрастанию.1) Selective signal implementation is ranked in ascending order.

2) Из ранжированной функции путем равномерной дискретизации выбирается 9 значений С(1), С(2), …, С(8), С(9) причем пятое по счету значение С(5) должно совпадать с медианой исследуемой выборки.2) From the ranked function, by uniformly sampling, 9 values of C (1), C (2), ..., C (8), C (9) are selected, and the fifth value of C (5) should coincide with the median of the sample under study.

3) После этого вычисляется идентификационный параметр S по формуле (3).3) After that, the identification parameter S is calculated by the formula (3).

Figure 00000006
Figure 00000006

где C(i) - i-oe значение ранжированной функции. При этом, если в сигнале преобладает шумовая компонента, то показания ИТ будут находиться в первой половине (в начале) шкалы.where C (i) is the i-oe value of the ranked function. In this case, if the noise component prevails in the signal, then the IT readings will be in the first half (at the beginning) of the scale.

4) С каждой итерацией накопления влияние шумовой компоненты будет падать, а регулярной компоненты - возрастать, что ведет к увеличению значения S.4) With each iteration of accumulation, the influence of the noise component will decrease, and the regular component will increase, which leads to an increase in the value of S.

5) При этом значение идентификационного параметра S будет стремиться к одному из распределений, соответствующих регулярной компоненте. Так, например, если зондирующий импульс имеет прямоугольную форму, то показания ИТ будут стремиться к S=100 (2mod распределение). Если же зондирующий импульс имеет треугольную форму, то показания ИТ будут стремиться к S=75 (even распределение, табл. 1).5) In this case, the value of the identification parameter S will tend to one of the distributions corresponding to the regular component. For example, if the probe pulse has a rectangular shape, then the IT reading will tend to S = 100 (2mod distribution). If the probe pulse has a triangular shape, then the IT reading will tend to S = 75 (even the distribution, Table 1).

6) Итерации накопления останавливаются, когда показания ИТ не достигнут некоторого заданного порогового уровня (S1).6) The accumulation iterations stop when the IT readings do not reach a certain threshold level (S1).

Для проверки правильности функционирования заявляемых алгоритмов был разработан (в среде моделирования Lab VIEW) виртуальный прибор, структурная схема которого представлена на фиг. 4, 5 и 6 (формализованная блок-схема).To verify the correct functioning of the proposed algorithms, a virtual device was developed (in the Lab VIEW simulation environment) with a virtual device whose block diagram is shown in FIG. 4, 5 and 6 (formalized block diagram).

Панель управления (фиг. 4) виртуального прибора состоит из трех дисплеев, которые отображают график зондирующего сигнала (Signal Graph), график выходного сигнала (Out Graph) и зависимость текущего значения идентификационного параметра (S) от номера итерации. В качестве органов управления используются переключатель (DistrName) задания вида случайного сигнала (шума), переключатель (SignalName) задания формы зондирующего сигнала, задатчик (#Sample) числа отсчетов зондирующего сигнала, задатчик (Ampl) уровня зондирующего сигнала. Для отображения значений измеряемых параметров используется окно IdP Array. Суждение, идентифицирующее форму выходного сигнала, отображается в окне String. На фиг. 4 представлен пример работы системы, когда:The control panel (Fig. 4) of the virtual instrument consists of three displays that display the graph of the probing signal (Signal Graph), the graph of the output signal (Out Graph) and the dependence of the current value of the identification parameter (S) on the iteration number. The controls are the switch (DistrName) of specifying the type of random signal (noise), the switch (SignalName) of specifying the shape of the probing signal, the setting unit (#Sample) of the number of counts of the probing signal, the setting unit (Ampl) of the probing signal. To display the values of measured parameters, the IdP Array window is used. A judgment identifying the output waveform is displayed in the String window. FIG. 4 shows an example of the operation of the system when:

1) имеет прямоугольную форму (SignalName=squ);1) has a rectangular shape (SignalName = squ);

2) задан белый шум с нормальным распределением (DistrName=gaus);2) white noise with a normal distribution is set (DistrName = gaus);

3) количество отсчетов зондирующего сигнала равно 100 (#Sample=100);3) the number of samples of the probing signal is 100 (# Sample = 100);

4) отношение сигнал/шум составляет 1:5, т.е. действующее значение шума в 5 раз больше действующего значения зондирующего сигнала.4) the signal-to-noise ratio is 1: 5, i.e. the effective noise value is 5 times the effective value of the probing signal.

При этом, были получены следующие оценки выходных параметров:At the same time, the following estimates of the output parameters were obtained:

1) число итераций режима накопления = 1420 (1-я строка окна IdP Array);1) the number of iterations of the accumulation mode = 1420 (1st row of the IdP Array window);

2) идеальное значение зондирующего импульса = 100 (2-я строка окна IdP Array);2) the ideal value of the probe pulse = 100 (2nd line of the IdP Array window);

3) пороговое значение параметра формы выходного сигнала (зондирующий импульс + остаточный шум) = 90, 0431 (3-я строка окна IdP Array);3) threshold value of the shape of the output signal (probe pulse + residual noise) = 90, 0431 (3rd row of the IdP Array window);

4) реальное отношение сигнал/шум = 0,2087 4-я строка окна IdP Array);4) real signal-to-noise ratio = 0.2087 (4th line of the IdP Array window);

5) контрольное значение параметра формы зондирующего импульса = squ (окно String), совпадение которого со значением (SignalName = squ) зондирующего импульса, указывает на правильность и достоверность работы системы.5) the control value of the probe pulse shape parameter = squ (window String), the coincidence of which with the probe pulse value (SignalName = squ), indicates the correctness and accuracy of the system operation.

На фиг. 5 структуры программного кода системы показаны: основной, исполняемый модуль, модуль задающих параметров, модуль измеренных параметров и модуль принятия решений.FIG. 5 of the structure of the program code of the system are shown: main, executable module, module of setting parameters, module of measured parameters and module of decision making.

Исполняемый модуль выполнен в виде цикла типа For-Loop, внутри которого находятся: генератор зондирующего сигнала, генератор шума, сумматор сигналов, накопительный регистр, два идентификационных тестера S-типа, пороговое устройство и измеритель отношения сигнал/шум. Генератор зондирующего сигнала является многофункциональным и позволяет задавать 5 типов импульсных и периодических сигналов. Генератор шума позволяет задавать 14 типов (по распределению) случайных сигналов.The executable module is designed as a For-Loop type loop, inside which are: a probing signal generator, a noise generator, a signal adder, a cumulative register, two S-type identification testers, a threshold device, and a signal-to-noise ratio meter. The probe signal generator is multifunctional and allows you to set 5 types of pulsed and periodic signals. The noise generator allows you to set 14 types (by distribution) of random signals.

Модуль задающих параметров расположен слева от основного модуля и включает элементы управления моделью.The module of setting parameters is located to the left of the main module and includes controls for the model.

Модуль измеренных параметров расположен справа от основного модуля и включает идентификационный тестер S-типа, делительное устройство и устройство отображения выходных параметров IdP Array.The module of measured parameters is located to the right of the main module and includes an S-type identification tester, a dividing device and a display device for output IdP Array parameters.

Модуль принятия решений расположен справа-снизу от основного модуля, состоит из 2-х компараторов и 2-х переключателей, с помощью которых реализуется функция логического вывода (выходное суждение).The decision module is located on the right-bottom of the main module, consists of 2 comparators and 2 switches, with the help of which the inference function is implemented (output judgment).

Программный код системы работает в режиме «Заданная погрешность», при котором выходной информацией служит количество циклов накопления. Однако, программный код можно было легко адаптировать к режиму «Заданное число циклов накопления», при котором выходной информацией служит погрешность оценки формы зондирующего сигнала.The program code of the system operates in the “Specified error” mode, in which the output information is the number of accumulation cycles. However, the program code could be easily adapted to the “Specified number of accumulation cycles” mode, in which the output information is the error in estimating the shape of the probing signal.

На фиг. 7 представлен пример импульсов, принятых с трубопровода. Ранжированные функции амплитуд для исправного состояния 7(a) и дефектного 7(б) различны, что приводит к возможности их классификации. Нормальное состояние трубопровода описывается распределением Лапласа (S≈20), а дефектное - распределением Гаусса (S≈28).FIG. 7 shows an example of pulses received from a pipeline. The ranked amplitude functions for the healthy state 7 (a) and defective 7 (b) are different, which makes it possible to classify them. The normal state of the pipeline is described by the Laplace distribution (S≈20), and the defective state - by the Gauss distribution (S≈28).

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Пат. 2439551 Способ обнаружения дефектов в трубопроводах / Алексеев С.П. и др.1. Pat. 2439551 Method for detection of defects in pipelines / Alekseev, SP and etc.

2. Пат. 2016135127 Способ обнаружения и классификации изменений параметров оболочки трубопровода и окружающей его среды / Епифанцев Б.Н., Комаров В.А., Нигрей Н.Н., Ищак Е.Р.2. Pat. 2016135127 Method for detecting and classifying changes in the parameters of the shell of the pipeline and its environment / Epifantsev B.N., Komarov V.A., Nigrey N.N., Ishchak E.R.

3. Энциклопедический словарь по радиоэлектронике, оптоэлектронике и гидроакустике / В.Г. Дождиков, Ю.С. Лифанов, М.И. Салтан; под ред. В.Г. Дождикова. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - Москва: Энергия, 2008. - 611 с.3. Encyclopedic dictionary on electronics, optoelectronics and hydroacoustics / V.G. Dozhdikov, Yu.S. Lifanov, M.I. Saltan; by ed. V.G. Dozhdikova. - Ed. 3rd, pererabot. and add. - Moscow: Energy, 2008. - 611 p.

Claims (2)

1. Способ обнаружения и классификации сигнала в системах контроля, основанный на механизме обнаружения сигнала с использованием метода накопления и определения характеристик случайного сигнала, отличающийся тем, что с целью упрощения алгоритма работы и повышения точности классификации сигнал, после каждой итерации, измеряется с помощью идентификационного тестера, получаемые оценки идентификационного параметра сравниваются с некоторым наперед заданным пороговым значением, при достижении которого итерации прекращаются.1. Method of detecting and classifying a signal in control systems based on the mechanism of detecting a signal using the method of accumulating and determining the characteristics of a random signal, characterized in that in order to simplify the algorithm of operation and improve the accuracy of classification, the signal after each iteration is measured using an identification tester , the obtained estimates of the identification parameter are compared with some predetermined threshold value, upon reaching which the iterations stop. 2. Способ обнаружения и классификации сигнала в системах контроля, по п. 1, позволяющий распознать дефектное и бездефектное состояние объекта, отличающийся тем, что идентификационный тестер, выполненный в виде программного модуля, измеряет среднюю крутизну центрального участка ранжированной функции сигнала, которая логически связана с видом (формой) распределения.2. A method for detecting and classifying a signal in control systems according to claim 1, which allows to recognize a defective and defect-free state of an object, characterized in that the identification tester, made in the form of a software module, measures the average steepness of the central portion of the ranked signal function, which is logically related to type (form) of distribution.
RU2018126439A 2018-07-17 2018-07-17 Method of detecting and classification a signal in control systems RU2687177C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126439A RU2687177C1 (en) 2018-07-17 2018-07-17 Method of detecting and classification a signal in control systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126439A RU2687177C1 (en) 2018-07-17 2018-07-17 Method of detecting and classification a signal in control systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687177C1 true RU2687177C1 (en) 2019-05-07

Family

ID=66430401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018126439A RU2687177C1 (en) 2018-07-17 2018-07-17 Method of detecting and classification a signal in control systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687177C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133032C1 (en) * 1997-03-20 1999-07-10 Закрытое акционерное общество Инженерный центр "ВНИИСТ-ПОИСК" Process of magnetic field testing and device to implement it
US20060111852A1 (en) * 2004-11-22 2006-05-25 Papadimitriou Wanda G Autonomous non-destructive inspection
CN102364501A (en) * 2011-09-14 2012-02-29 哈尔滨工程大学 Method for reproducing two-dimensional defect of petroleum pipeline PSO-BP (Particle Swarm Optimization-Back-Propagation) neural network
RU2536778C1 (en) * 2013-07-05 2014-12-27 Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" Method of detection of local defects of metal of buried pipeline
RU2626583C1 (en) * 2016-08-29 2017-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" Method for detecting and classifying changes in parameters of pipeline jacket and its environment
RU2629896C1 (en) * 2016-09-29 2017-09-04 Закрытое Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133032C1 (en) * 1997-03-20 1999-07-10 Закрытое акционерное общество Инженерный центр "ВНИИСТ-ПОИСК" Process of magnetic field testing and device to implement it
US20060111852A1 (en) * 2004-11-22 2006-05-25 Papadimitriou Wanda G Autonomous non-destructive inspection
CN102364501A (en) * 2011-09-14 2012-02-29 哈尔滨工程大学 Method for reproducing two-dimensional defect of petroleum pipeline PSO-BP (Particle Swarm Optimization-Back-Propagation) neural network
RU2536778C1 (en) * 2013-07-05 2014-12-27 Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" Method of detection of local defects of metal of buried pipeline
RU2626583C1 (en) * 2016-08-29 2017-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" Method for detecting and classifying changes in parameters of pipeline jacket and its environment
RU2629896C1 (en) * 2016-09-29 2017-09-04 Закрытое Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11855265B2 (en) Acoustic signal based analysis of batteries
US8036836B2 (en) Dynamic environmental change compensation of sensor data in structural health monitoring systems
US7552027B2 (en) Method and system for quantifying damage in a structure
US7383730B2 (en) Methods for determining velocity of a stress wave within a material and homogeneity of properties within the material
US10352912B2 (en) Structure evaluation system, structure evaluation apparatus, and structure evaluation method
CN109917252B (en) Method and device for positioning local discharge source in transformer and server
CN108663296B (en) Dust concentration detection system and detection method based on double-frequency ultrasound
EP2937689A1 (en) Adaptive baseline damage detection system and method
CN104142326A (en) Attenuation coefficient detection method
CN112525998A (en) Wall quality detection method and device
CN111157065A (en) Acoustic time delay measuring method in ultrasonic signal transmission loop of gas ultrasonic flowmeter
US10458954B2 (en) Structure evaluation system, structure evaluation apparatus, and structure evaluation method
US11624687B2 (en) Apparatus and method for detecting microcrack using orthogonality analysis of mode shape vector and principal plane in resonance point
RU2687177C1 (en) Method of detecting and classification a signal in control systems
US10261054B2 (en) Method for the non-destructive ultrasonic testing of a part by echo analysis
CN116698986B (en) Sound absorbing material quality control system and method based on tuned band-pass filter
JP4598809B2 (en) Soundness diagnosis method by sound analysis
JP2002148244A (en) Concrete structure examining and diagnosing method
US20120053895A1 (en) Method and system for evaluating the condition of a collection of similar elongated hollow objects
CN114881938A (en) Grain size detection method and system based on wavelet analysis and neural network
KR20230025192A (en) Nondestructive inspection method using acoustic emission signal
RU2448343C2 (en) Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method
JP6777817B2 (en) Methods and devices for compensating for non-uniformity in ultrasonography
CN104050503A (en) Grain counting sensor based on collision sound recognition
CN116989937B (en) Detection method and device for mechanical sealing element

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200718