微弱信号的检测在雷达、声纳、振动测量、故障诊断等领域有着非常广泛的应用。国际上,随着微电子技术和非线性检测理论的发展,故障诊断技术也得到了快速的发展,但在国内关于微故障信号检测研究尚需大量投入,加强具有自主知识产权技术的创新开发及科研成果的转化已成为迫在眉睫的问题。本文针对化工流体管道微泄漏检测、机械疲劳振动故障预报等问题,利用混沌系统相轨迹状态从混沌态到大尺度周期态的跃迁对于输入微弱信号的敏感特性,提出了针对频率未知微弱信号的分段测频检测方法以及基于复合系统的微弱信号检测方法,实现了对淹没在强噪声中的频率未知的微弱信号的检测,为保障工业过程的高效稳定运行提供基础理论与技术支持。本文做了如下研究：首先,详细研究了单Duffing系统和双耦合Duffing系统的检测原理,并对比分析了在不同噪声等级下两个系统能够检测的微弱信号的信噪比门限。仿真结果证明双耦合Duffing系统比单Duffing系统具有较强的抗噪性能。然后,针对微弱信号检测的难点问题,利用混沌系统的间歇混沌特性,提出了一种基于双耦合Duffing振子的未知频率的微弱信号的分段测频检测方法,并详细阐述了该方法的定义以及检测原理。通过一系列仿真实验证明该方法在不同噪声等级下能够准确的检测出任意周期信号的频率。最后,详细研究了相关方法和双耦合Duffing系统在微弱信号检测方面的优势和劣势,并结合这两种方法提出一种针对未知频率微弱信号检测的复合系统,将互相关方法和基于双耦合Duffing振子的分段测频检测方法结合起来,充分发挥各自的优势。仿真实验证明该方法能够更好的将待测周期信号从强噪声中提取出来,大大的降低了待测信号的信噪比门限。