[发明专利]基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法

说明书

本发明公开了一种基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，包括以下步骤：搭建管道超声导波实验装置；获取不同损伤程度管道的超声导波测试信号，并截取回波信号；利用杜芬系统分岔特性构建回波检测系统；将截取出的回波信号输入到检测系统中，绘制检测系统的庞加莱截面，通过庞加莱截面的突变特性判断待检信号中是否含有缺陷回波从而识别缺陷：如果庞加莱截面没有发生突变，则管道无缺陷，如果发生突变，则管道有缺陷；构造200*150胞空间，计算庞加莱截面上的点所占据的胞元数定义为损伤指标，标定出损伤指标与损伤程度的关系，对管道缺陷大小进行评估。本发明提高了超声导波检测管线缺陷的灵敏度，可对管道结构中的微小缺陷检测。

技术领域

本发明涉及超声导波检测技术领域，特别涉及一种基于非线性系统庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷评估方法。

背景技术

超声导波检测技术是于上世纪90年代后期发展起来的一种新颖的无损检测技术。与传统的超声波检测相比，超声导波采用了固体材料中的低频应力波，具有传播距离远、检测范围广等优点。

尽管研究人员对于利用非线性系统进行弱信号检测已有广泛的研究，但大多集中于识别持续的正、余弦信号，理论和识别方法较为简单。超声导波信号一般为调制的脉冲信号，将其引入非线性系统在分析上具有一定的挑战性。

管道运输是一种特殊的油气资源的运输方式。随着经济社会对油气资源需求的不断增长，管道运输业已经成为一个庞大的工业体系，但随着管道线路的长度不断增加，安全问题也愈发地受到重视，长期埋于地下的管道，由于腐蚀作用，会在管壁上形成通孔和盲孔两种口径极小缺陷。

目前，我国的油气输送管道主要特征为管道内运行工况复杂、跨地域广、管道监管难度大，传统模式下的基于负压波内检测器已无法达到检测要求。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，充分利用了非线性系统对初始输入条件的敏感性以及对噪声信号的免疫性，实现管道结构中的微小缺陷检测。

为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：

基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1：搭建管道超声导波实验装置；

S2：测试不同损伤程度管道获取超声导波检测信号，并截取回波信号作为待检信号；

S3：基于杜芬方程的分岔特性确定非线性系统的临界状态，并将该状态设定为导波信号的检测系统，将步骤S2中截取的待检信号输入到检测系统；

S4：绘制检测系统的庞加莱截面，通过庞加莱截面的突变特性识别待检信号中是否含有缺陷回波；

S5：如果庞加莱截面没有发生突变，则管道无缺陷；

S6：如果庞加莱截面发生突变，则管道存在缺陷；

S7：构造胞空间，计算庞加莱截面上的点所占据的胞元数定义为损伤指标，并标定出损伤指标与损伤程度之间的关系，对管道缺陷大小进行评估；

步骤S3中所述基于杜芬方程的分岔特性确定非线性系统的临界状态，并将该状态设定为导波信号的检测系统具体如下：

a)选取杜芬方程，如下式：

其中，k为阻尼系统，Fcosωt为策动力项，F为策动力幅值，ω为策动力圆频率；

b)基于杜芬方程分岔特性，设置非线性检测系统参数：

选择杜芬方程由混沌态向周期态转变的临界态为检测系统，利用检测系统对超声导波信号敏感性，同时对噪声信号有免疫性，识别缺陷回波，检测系统参数设定方法如下：