CN111537607B - 基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法

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：

(1)ω设定与超声导波检测信号一致，同时兼顾非线性微分方程的求解步长，对ω进行量纲变化，设置ω的量纲为rad/μs；

(2)当ω确定后，检测系统运动状态由k，F共同决定，为了减小计算量，在小范围内寻找到系统关于F的混沌阈值，k的取值不宜过大，取k＝0.4；

(3)确定ω和c之后，F就成为控制系统状态的重要参数，设定F的取值范围为F∈(0，1)，增量步长为0.00005，计算时长为800个外激励周期，画出检测系统随F的位移分岔图，选取检测系统由周期态向混沌态过渡的临界状态时F的值作为检测系统参数；

(4)将步骤S2中截取的待检信号输入到检测系统中，将式(1)改进如下：

其中，s(t)为待检测信号；

(5)采用四阶龙格-库塔方法求解式(2)，时间步长设为2×10^-7，初值设为(0,0)，并绘制系统的庞加莱截面图。

较佳的，所述超声导波检测信号的中心频率为70kHz。

较佳的，缺陷信号检测采用了杜芬系统的庞加莱截面作为损伤指标，具有计算速度快、观察直观的特点。

较佳的，所述庞加莱截面具有噪声免疫能力，在超声导波识别中，对于噪声影响具有较大的容错能力。

较佳的，步骤(3)中所述检测系统由周期态向混沌态过渡的临界状态时有多个选择，优选由周期一向混沌态转变时的临界状态作为检测系统，并以该状态时的F取值作为检测系统参数。

较佳的，步骤S4中所述通过庞加莱截面的突变特性识别待检信号，当待检信号中存在缺陷回波时，庞家莱截面发生突变，如果只有噪声信号，庞加莱截面不发生改变。

较佳的，步骤S7中，所述构造胞空间为构造200*150胞空间，以庞加莱截面上的点占据的胞元数定义为损伤指标，通过标定可实现管道缺陷大小评估。

管道超声导波实验装置，包括任意信号发生器、低频功率放大器、示波器、管道试样、激发传感器、接收传感器、PC机以及支座，支座将管道试样悬空架起，管道试样两端自由，所述管道试样一端截面上粘有压电环作为激发传感器使用，在管道试样上靠近激发传感器的位置，所述16片均布管道试样一周的压电片并联作以作为接收传感器使用，激励信号由任意信号发生器产生，激励信号表达式为：

其中，A表示幅值，fc表示中心频率；

由信号发生器产生的信号分两路，一路在示波器上进行显示作为参照，另一路经低频放大器放大后传到激发传感器，在管道试样中产生特定频率的超声导波信号，超声导波信号在传播过程中遇到缺陷或端面将会发生发射，回波信号由接收传感器接收，接收到的信号在示波器上进行显示和存储，然后传送至PC机上。

较佳的，所述管道试样为5m长的无缝钢管，其外径为88mm，厚4mm。

较佳的，所述激发传感器采用PZT5材料。

本发明的有益效果是：

1)利用分岔理论确定检测系统参数；

2)利用庞加莱截面突变性，形象直观的识别导波信号；

3)通过构造胞空间，并计算出庞加莱截面上的相点所占胞元数定义损伤指标；

4)获得了损伤指标随缺陷大小的变化规律，实现了缺陷大小的识别。

5)本发明充分利用了非线性系统对具有内在属性微小扰动的敏感性，以及对噪声扰动的免疫性，极大的提高了超声导波检测管线缺陷的灵敏度，对于检测小缺陷，以及延长管线检测距离具有显著优势。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的流程框图；

图2为管道超声导波实验装置的结构示意图；

图3为管道试样的缺陷位置示意图；

图4(a)-(f)分别为管道试样工况1-6的实验测试信号图；

图5为系统随外策动力F变化的分岔图；

图6为不同状态下系统的庞加莱截面图，其中：(a)为系统处于周期态的庞加莱截面图，(b)为处于混沌态的庞加莱截面图；

图7(a)-(f)分别为管道试样工况1-6基于庞加莱截面识别的识别结果；

图8为胞空间划分示意图；

图9为损伤指标与截面损失率之间的关系图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本说明书的第一方案提供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：

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：

(1)ω设定与超声导波检测信号一致，同时兼顾非线性微分方程的求解步长，对ω进行量纲变化，设置ω的量纲为rad/μs；

(2)当ω确定后，检测系统运动状态由k，F共同决定，为了减小计算量，在小范围内寻找到系统关于F的混沌阈值，k的取值不宜过大，取k＝0.4；

(3)确定ω和c之后，F就成为控制系统状态的重要参数，设定F的取值范围为F∈(0，1)，增量步长为0.00005，计算时长为800个外激励周期，画出检测系统随F的位移分岔图，选取检测系统由周期态向混沌态过渡的临界状态时F的值作为检测系统参数；

(4)将步骤S2中截取的待检信号输入到检测系统中，将式(1)改进如下：

其中，s(t)为待检测信号；

(5)采用四阶龙格-库塔方法求解式(2)，时间步长设为2×10^-7，初值设为(0,0)，并绘制系统的庞加莱截面图。

本说明书的第二方案，根据第一方案所述的基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，所述超声导波检测信号的中心频率为70kHz。

本说明书的第三方案，根据第一方案所述的基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，缺陷信号检测采用了杜芬系统的庞加莱截面作为损伤指标，具有计算速度快、观察直观的特点。

本说明书的第四方案，根据第一方案所述的基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，所述庞加莱截面具有噪声免疫能力，在超声导波识别中，对于噪声影响具有较大的容错能力。

本说明书的第五方案，根据第一方案所述的基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，步骤(3)中所述检测系统由周期态向混沌态过渡的临界状态时有多个选择，优选由周期一向混沌态转变时的临界状态作为检测系统，并以该状态时的F取值作为检测系统参数。

本说明书的第六方案，根据第一方案所述的基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，步骤S4中所述通过庞加莱截面的突变特性识别待检信号，当待检信号中存在缺陷回波时，庞家莱截面发生突变，如果只有噪声信号，庞加莱截面不发生改变。

本说明书的第七方案，根据第一方案所述的基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，步骤S7中，所述构造胞空间为构造200*150胞空间，以庞加莱截面上的点占据的胞元数定义为损伤指标，通过标定可实现管道缺陷大小评估。

本说明书的第八方案，如图2所示，管道超声导波实验装置，包括任意信号发生器1、低频功率放大器2、示波器3、管道试样4、激发传感器7、接收传感器8、PC机5以及支座6，支座6将管道试样4悬空架起，管道试样4两端自由。所述管道试样4一端截面上粘有压电环作为激发传感器7使用，在管道试样4上靠近激发传感器7的位置，所述16片均布管道试样4一周的压电片并联作为接收传感器8使用。激励信号由任意信号发生器1产生，激励信号表达式为：

其中，A表示幅值，fc表示中心频率；

由任意信号发生器1产生的信号分两路，一路在示波器3上进行显示作为参照，另一路经低频放大器放大后传到激发传感器7，在管道试样4中产生特定频率的超声导波信号，超声导波信号在传播过程中遇到缺陷或端面将会发生发射，回波信号由接收传感器8接收，接收到的信号在示波器3上进行显示和存储，然后传送至PC机5上。

本说明书的第九方案，根据第八方案所述的管道超声导波实验装置，所述管道试样4为5m长的无缝钢管，其外径为88mm，厚4mm。

本说明书的第十方案，根据第八方案所述的管道超声导波实验装置，所述激发传感器7采用PZT5材料。

下文以具体实施例对本发明上述的技术方案进行更具体地说明。

本发明借助于庞加莱截面构造了一种新的非线性检测指标，通过对不同损伤程度信号的研究，找到了损伤指标与损伤程度之间的关系。该关系通过标定后，即可应用管道缺陷大小评估工作，同时本发明采用了非线性检测指标，可极大的提高小缺陷的检测灵敏度，从另一个角度看，也可以延长超声导波的检测范围。主要步骤包括：

S1：搭建管道超声导波实验装置，具体操作如下：

如图2所示，管道超声导波实验装置，包括任意信号发生器1、低频功率放大器2、示波器3、管道试样4、激发传感器7、接收传感器8、PC机5以及支座6，支座6将管道试样4悬空架起，管道试样4两端自由，所述管道试样4一端截面上粘有压电环作为激发传感器7，在管道试样4上靠近激发传感器7的位置，所述16片均布管道一周的压电片并联作为接收传感器8使用。激励信号由任意信号发生器1产生，激励信号表达式为：

其中，A表示幅值，fc表示中心频率；

由任意信号发生器1产生的信号分两路，一路在示波器3上进行显示作为参照，另一路经低频放大器放大后传到激发传感器7，在管道试样4中产生特定频率的超声导波信号，超声导波信号在传播过程中遇到缺陷或端面将会发生发射，回波信号由接收传感器8接收，接收到的信号在示波器3上进行显示和存储，然后传送至PC机5上。

实验先采用一段5m长的无缝钢管作为管道试样4进行实验参数研究，其外径为88mm，厚4mm，利用一对半圆形支座6将管道试样4悬空架起，管道试样4两端自由。采用PZT5材料制作的压电环作为激发传感器7，16片均布管道试样一周的并联压电片作为接收传感器8。按照管道试样4断面尺寸加工压电环(谐振频率0.5MHz，厚度方向谐振)，利用AB胶粘贴在管道试样一端，产生对称的L(0，2)模态导波，接收传感器8的每片压电片在长度方向谐振，由于加工误差谐振频率在154～166kHz之间。测试信号中心频率为70kHz，采样频率为2.5MHz。

S2：测试不同损伤程度管道获得超声导波检测信号，并截取回波信号作为待检信号，具体操作如下：

利用锯弓在距离信号激励端3.0m处加工缺陷。第一种通槽，选择1/8圆弧，如图3(a)所示，深度分别为1mm，2mm；第二种缺陷选择3/16圆弧，缺陷边缘和圆弧相切，深度为2mm，如图3(b)所示；第三种选择1/4圆弧，缺陷边缘和圆弧相切，缺陷中心距管道试样表面距离表示裂纹深度，加工2mm，2.5mm两种裂纹深度，如图3(c)所示。所有工况均在表1中列出，如表1所示：

表1含缺陷的管道试样的实验工况

表1中工况1表示完好管道，工况2-6表示损伤工况，全部测试信号如图4(a)-(f)所示。从测试信号看，除工况6缺陷较大，在入射波和管道端面回波之间可以看到缺陷回波之外，其它工况均无法直接观察到缺陷回波，本发明将利用杜芬方程庞加莱截面的突变性识别缺陷回波。

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；

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：

(1)ω设定与超声导波检测信号一致，同时兼顾非线性微分方程的求解步长，对ω进行量纲变化，设置ω的量纲为rad/μs，本例选择70kHz超声导波检测信号，为此，设置ω为：ω＝2π×70000≈439823rad/s＝0.439823rad/μs；

(2)当ω确定后，检测系统运动状态由k，F共同决定，为了减小计算量，在小范围内寻找到系统关于F的混沌阈值，k的取值不宜过大，取k＝0.4；

(3)确定ω和c之后，F就成为控制系统状态的重要参数，设定F的取值范围为F∈(0，1)，增量步长为0.00005，计算时长为800个外激励周期，画出检测系统随F的位移分岔图，选取检测系统由周期态向混沌态过渡的临界状态时F的值作为检测系统参数；

图5所示为检测系统随策动力幅值变化时的位移分岔图，从图中可以清晰的看到系统从周期、到倍周期分岔，以及间歇式混沌的特征。选择F取值唯一的点作为检测系统参数，图5所示，F＝0.55655为优选点，本实施例选取F＝0.55655作为系统由周期态向混沌态过渡的临界状态，此时系统参数为ω＝0.439823，k＝0.4，F＝0.55655，画出系统庞加莱截面图，如图6(a)所示，可见图中只有一个点，表明系统处于周期态；而当F减少一点，取系统参数为ω＝0.439823，k＝0.4，F＝0.55650，画出系统庞加莱截面图，如图6(b)所示，庞加莱截面呈现为沿着一条弧线的密集点集，并表现出一定层次结构，表明系统进入了混沌状态。因此，我们将以ω＝0.439823，k＝0.4，F＝0.55655作为检测系统参数，以下我们将采用实验研究证明当该系统中输入导波信号后，庞加莱截面将会发生突变，相反如果输入的是纯噪声信号，庞加莱截面将保持不变，并进一步提出缺陷的定位与大小评估方法。

(4)将步骤S2中截取的待检信号输入到检测系统中，将式(1)改进如下：

其中，s(t)为待检测信号；

(5)采用四阶龙格-库塔方法求解式(2)，时间步长设为2×10^-7，初值设为(0,0)，并绘制系统的庞加莱截面图。

S4：将待检信号作为非线性系统策动力的扰动项加入到非线性系统中，绘制检测系统的庞加莱截面，通过庞加莱截面的突变特性识别导波信号；

考虑图4(a)-(f)的六个工况，分别截取入射波与端面回波之间的信号(可能存在缺陷回波)，输入到检测系统中，庞加莱截面如图7所示；

截取图4中的实测信号，本实验中即为0.5-1.6ms的信号，即从入射波结束之后到端面回波出现之前的信号。按照式(3)格式输入到Duffing检测系统中，计算庞加莱截面，通过观察庞加莱截面判断系统的状态判断系统状态，进而判断待测信号中是否含有缺陷回波。

S5：判断庞加莱截面是否发生突变，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；

对于工况1完好管道，在入射波和端面回波之间没有缺陷回波，截取的待检信号为纯噪声信号，将其输入到Duffing检测系统后，系统庞加莱截面如图7(a)所示，对比图6(a)，可以发现噪声输入与无输入时的庞加莱截面基本一致，系统仍处于周期状态，这说明噪声不会引起系统状态的变化。图7(b)为工况2的结果，可以看到庞加莱截面开始出现分布密集的点集，系统表现出了弱混沌特征，这是因为缺陷回波与检测系统的频率相同，叠加之后，相当于改变了策动力幅值，使系统由周期态进入了混沌态，该结果图与输入纯噪声信号可以明显的区分开来。图7(c)为工况3的结果，庞加莱截面出现沿着一条弧线分布的密集点集，呈现出了一定的层次结构，说明系统已经进入混沌态。工况4、5、6的计算结果如图7(d)，(e)，(f)所示，系统的庞加莱截面均呈现出了混沌的特征，这说明待测信号中均含有缺陷回波。在本实验中，缺陷导致的截面损失率大于12.8％时，可以通过直接观察实验信号的方式检测缺陷，利用本文的检测系统最小可以识别截面损失率为3.2％的小缺陷，显著提高了管道小缺陷检测灵敏度，且系统对噪声具有一定的免疫力。

从图7中，还可以观察到，当截面损失率增大时，缺陷回波逐渐增强，庞加莱截面上点集的分布愈加分散，点集沿一条弧线分布的混沌特征愈加明显。

S7：对于含缺陷工况，在庞加莱截面上x(-2，2)范围内分为200份，y(-1.5，1.5)范围内分为150份，构造胞空间，共计200×150个胞元，每个胞元为0.02×0.02的正方形，如图8所示；

计算庞加莱截面上点数落入的胞元数，并将其定义为损伤指标D，发现该损伤指标与缺陷大小之间存在简单的线性关系，如图9所示，利用这一规律，通过合适的标定，即可用于缺陷大小评估。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，其特征在于，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：

选择杜芬方程由周期态向混沌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：

(1)ω设定与超声导波检测信号一致，同时兼顾非线性微分方程的求解步长，对ω进行量纲变化，设置ω的量纲为rad/μs；

(2)当ω确定后，检测系统运动状态由k，F共同决定，为了减小计算量，在小范围内寻找到系统关于F的混沌阈值，k的取值不宜过大，取k＝0.4；

(3)确定ω和k之后，F就成为控制系统状态的重要参数，设定F的取值范围为F∈(0，1)，增量步长为0.00005，计算时长为800个外激励周期，画出检测系统随F的位移分岔图，选取检测系统由周期态向混沌态过渡的临界状态时F的值作为检测系统参数；此时系统参数为ω＝0.439823，k＝0.4，F＝0.55655；

(4)将步骤S2中截取的待检信号输入到检测系统中，将式(1)改进如下：

其中，s(t)为待检测信号；

(5)采用四阶龙格-库塔方法求解式(2)，时间步长设为2×10^-7，初值设为(0,0)，并绘制系统的庞加莱截面图；

所述超声导波检测信号的中心频率为70kHz；

缺陷信号检测采用了杜芬系统的庞加莱截面作为损伤指标，具有计算速度快、观察直观的特点；所述庞加莱截面具有噪声免疫能力，在超声导波识别中，对于噪声影响具有较大的容错能力；

步骤(3)中所述检测系统由周期态向混沌态过渡的临界状态有多个，选择由周期一向混沌态转变时的临界状态作为检测系统，并以该状态时的F取值作为检测系统参数；

步骤S4中所述通过庞加莱截面的突变特性识别待检信号，当待检信号中存在缺陷回波时，庞加莱截面发生突变，如果只有噪声信号，庞加莱截面不发生改变；

步骤S7中，所述构造胞空间为构造200*150胞空间，以庞加莱截面上的点占据的胞元数定义为损伤指标，通过标定可实现管道缺陷大小评估。

2.管道超声导波实验装置，应用于权利要求1所述的基于庞加莱截面突变特性的超声导波缺陷检测方法，其特征在于：包括任意信号发生器、低频功率放大器、示波器、管道试样、激发传感器、接收传感器、PC机以及支座，支座将管道试样悬空架起，管道试样两端自由，所述管道试样一端截面上粘有压电环作为激发传感器使用，在管道试样上靠近激发传感器的位置，16片均布管道试样一周的压电片并联作为接收传感器使用，激励信号由任意信号发生器产生，激励信号表达式为：

其中，A表示幅值，fc表示中心频率；

由信号发生器产生的信号分两路，一路在示波器上进行显示作为参照，另一路经低频放大器放大后传到激发传感器，在管道试样中产生特定频率的超声导波信号，超声导波信号在传播过程中遇到缺陷或端面将会发生反射，回波信号由接收传感器接收，接收到的信号在示波器上进行显示和存储，然后传送至PC机上。

3.根据权利要求2所述的管道超声导波实验装置，其特征在于：所述管道试样为5m长的无缝钢管，其外径为88mm，厚4mm。

4.根据权利要求2所述的管道超声导波实验装置，其特征在于：所述激发传感器采用PZT5材料。

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