本發(fā)明涉及一種基于混沌相空間重構(gòu)理論的電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)解析方法，屬于信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，電化學(xué)噪聲(electrochemical noise，EN)技術(shù)在金屬材料的腐蝕監(jiān)檢測(cè)中應(yīng)用廣泛，這主要是因?yàn)槠湓粺o(wú)損的特點(diǎn)，在測(cè)量過(guò)程中無(wú)需對(duì)被測(cè)電極施加有可能改變腐蝕電極過(guò)程的外界擾動(dòng)，無(wú)需預(yù)先建立被測(cè)體系的電極過(guò)程模型，并可實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料腐蝕類(lèi)型和腐蝕程度的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)。在腐蝕電位下，零阻電流模式可同時(shí)測(cè)得電化學(xué)電位噪聲(EPN)和電化學(xué)電流噪聲(ECN)，因此得到關(guān)于系統(tǒng)的信息比較豐富。但是EN的數(shù)據(jù)解析一直是制約電化學(xué)噪聲技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，如何從噪聲數(shù)據(jù)中提取表征腐蝕類(lèi)型和腐蝕強(qiáng)度的特征參數(shù)是目前的研究熱點(diǎn)之一。

電化學(xué)噪聲屬于無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)中的規(guī)律性，屬于混沌的范疇。電化學(xué)噪聲是一個(gè)內(nèi)部存在著不確定性因素和非線性作用機(jī)制的宏觀復(fù)雜系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處于不均勻的時(shí)空中，具有極復(fù)雜的非線性特征，在數(shù)學(xué)上很難用各影響因素描述出來(lái)。因此，在模型建立時(shí)，其參數(shù)估計(jì)工作較為繁瑣，且它們并不能直觀地、有效地從單變量時(shí)間序列中把系統(tǒng)的動(dòng)力特性描繪出來(lái)?；煦缗c分形理論能從一個(gè)輸出變量的時(shí)間序列有效地提取出系統(tǒng)的動(dòng)力特性，找出時(shí)間序列中包含的豐富的信息以及參與動(dòng)態(tài)的全部變量的痕跡，達(dá)到真正認(rèn)識(shí)該系統(tǒng)的目的。本發(fā)明專(zhuān)利通過(guò)提出一種基于混沌相空間重構(gòu)理論的電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)解析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料腐蝕過(guò)程或腐蝕形態(tài)的鑒別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)解析方法的不足，提供一種新的數(shù)據(jù)解析方法。通過(guò)電化學(xué)噪聲技術(shù)研究金屬材料的腐蝕過(guò)程，從而判斷鋼鐵材料的腐蝕過(guò)程或腐蝕形態(tài)。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

1.一種基于混沌相空間重構(gòu)理論的電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)解析方法，用延遲法重構(gòu)相空間，設(shè)x＝(1,2,...n)表示一個(gè)長(zhǎng)度為n時(shí)間序列，重構(gòu)相空間后得到一組矩陣n-τ*(m-1)×m。其中:m為嵌入維數(shù)；τ為滯后時(shí)間，包括以下步驟：

(1)采用零阻電流模式檢測(cè)腐蝕電位下待測(cè)金屬材料或涂層/金屬體系的電化學(xué)噪聲特征，獲得電化學(xué)噪聲原始數(shù)據(jù)；

(2)利用五次多項(xiàng)式擬合將原始的電化學(xué)噪聲原始數(shù)據(jù)去除直流分量；

(3)采用自相關(guān)函數(shù)法確定滯后時(shí)間τ；

(4)利用Cao方法確定嵌入維數(shù)；

(5)根據(jù)選取的滯后時(shí)間τ和嵌入維數(shù)進(jìn)行相空間重構(gòu)；

(6)利用G-P算法求關(guān)聯(lián)維數(shù)；

(7)計(jì)算最大李雅普諾夫指數(shù)；

(8)根據(jù)關(guān)聯(lián)維數(shù)或最大李雅普諾夫指數(shù)判斷鋼鐵材料的腐蝕形態(tài)，關(guān)聯(lián)維數(shù)或最大李雅普諾夫指數(shù)越大，局部腐蝕敏感性越高。

本發(fā)明為電化學(xué)噪聲的數(shù)據(jù)解析提供了新的方法。

附圖說(shuō)明

圖1為一個(gè)時(shí)間序列x＝(1,2,...10)，給予滯后時(shí)間τ＝2，嵌入維數(shù)m＝3，得到新的向量Z＝[(1,3,5),(2,4,6),...(6,8,10)]

圖2為基于混沌相空間重構(gòu)理論的電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)解析的步驟。

附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：經(jīng)五次多項(xiàng)式擬合剔除直流分量的EN數(shù)據(jù)[圖2(a)],首先求滯后時(shí)間[圖2(b)]，然后求嵌入維數(shù)[圖2(c)]，經(jīng)過(guò)相空間重構(gòu)[圖2(d)]，最后得到關(guān)聯(lián)維數(shù)[圖2(e]與最大李雅普諾夫指數(shù)[圖2(f)]。

圖3為涂覆鍍錫薄鋼板在功能飲料中浸泡不同時(shí)間的電化學(xué)噪聲譜(已采用五次多項(xiàng)式擬合剔除直流分量)

附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：圖2左側(cè)由上到下分別為浸泡1,49,140,186天的電位噪聲時(shí)域譜。圖2右側(cè)由上到下分別為浸泡1,49,140,186天的電流噪聲時(shí)域譜。

圖4為對(duì)于圖2的相空間重構(gòu)。

附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：圖3左側(cè)由上到下分別為浸泡1,49,140,186天的電位噪聲時(shí)域譜的相空間重構(gòu)圖。圖2右側(cè)由上到下分別為浸泡1,49,140,186天的電流噪聲時(shí)域譜的相空間重構(gòu)圖。

圖5為涂層失效過(guò)程中電位噪聲和電流噪聲的關(guān)聯(lián)維數(shù)隨著浸泡時(shí)間的變化。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的基于混沌相空間重構(gòu)理論的電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)解析方法，用延遲法重構(gòu)相空間，設(shè)x＝(1,2,...n)表示一個(gè)長(zhǎng)度為n時(shí)間序列，重構(gòu)相空間后得到一組矩陣n-τ*(m-1)×m。其中:m為嵌入維數(shù)；τ為滯后時(shí)間，如圖1所示。包括以下步驟：

(1)采用零阻電流模式檢測(cè)腐蝕電位下待測(cè)金屬材料或涂層/金屬體系的電化學(xué)噪聲特征，采樣頻率2Hz，采樣時(shí)間為512s或1024s。

(2)利用五次多項(xiàng)式擬合將原始的電化學(xué)噪聲原始數(shù)據(jù)去除直流分量，如圖1(a)所示。

(3)采用自相關(guān)函數(shù)法(autocorrelation function)確定滯后時(shí)間，如圖1(b)所示，曲線首次有極小值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為滯后時(shí)間τ。

(4)利用Cao方法確定嵌入維數(shù)，圖1(c)曲線中的拐點(diǎn)即為嵌入維數(shù)。

(5)根據(jù)選取的之后時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行相空間重構(gòu)，如圖1(d)的所示

(6)利用Grassberger與Procaccia提出的G—P算法求關(guān)聯(lián)維數(shù)，如圖1(e)所示。

(7)計(jì)算最大李雅普諾夫指數(shù)，圖1(f)所示，圖中最大值即為最大李雅普諾夫指數(shù)。

(8)根據(jù)關(guān)聯(lián)維數(shù)或最大李雅普諾夫指數(shù)判斷鋼鐵材料的腐蝕形態(tài)。

圖3給出了涂覆鍍錫薄鋼板在功能飲料中浸泡第1,49,140,186天的電位和電流噪聲譜。圖2中左側(cè)是不同時(shí)間的電化學(xué)電位噪聲時(shí)域譜，右側(cè)是對(duì)應(yīng)的不同浸泡時(shí)間的電化學(xué)電流噪聲時(shí)域譜。對(duì)圖2的電化學(xué)電位噪聲和電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相空間重構(gòu)得到的奇怪吸引子如圖3所示。圖4(a2,b2,c2,d2)。圖5分別給出了EPN和ECN的關(guān)聯(lián)維數(shù)隨著時(shí)間的變化。EPN對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)維數(shù)(D_E)隨著浸泡時(shí)間的增加有增加的趨勢(shì)，表示局部腐蝕敏感性增加。