CN102147395B - 大块体混凝土无损检测中的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大块体混凝土无损检测中的定位方法，该方法包括以下步骤：一、建立观测系统；二、确定激发测量方式；三、拾取直达波初至时间；四、分析确定超声波在混凝土中的传播速度；五、激发点三点单元计算；六、激发点三点单元优选；七、定位，计算接收点的坐标值。本发明无须人工大量划线测量定位，省工省时，可节约定位测量工作量80％以上，解决了高空等特殊环境下，常规方法难以测量的技术问题。采用本发明的方法进行大块体混凝土无损检测定位，结果准确，定位误差一般小于1％。

Description

大块体混凝土无损检测中的定位方法

技术领域

本发明属于混凝土无损检测技术领域，具体涉及一种大块体混凝土无损检测中的定位方法。

背景技术

大量的新建混凝土构件需要进行质量验收和质量控制，并且大量长期使用的旧混凝土构件也需要进一步进行健康检验和加固。但目前对大型或超大型混凝土构件的超声无损检测中遇到的一个关键问题就是定位难。简单地说，就是激发源点和接收点的准确位置很难确定，而准确定位在无损检测分析中至关重要。常规的人工划线法定位，非常的费功费时，如果在高空或其它不利的工作环境中更难实现定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种操作简便，定位准确，误差一般小于1％的大块体混凝土无损检测中的定位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大块体混凝土无损检测中的定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立观测系统：在被检测的混凝土构件的两个观测面即激发面和接收面上分别建立激发主测线和接收主测线，并在激发主测线一侧加一条辅助测线，按测量要求设置激发点之间的点距，以及接收点之间的点距，并标记激发点和接收点，然后在激发面上设置坐标原点，确定所有激发点坐标，并实测激发面和接收面之间的距离；

步骤二、确定激发测量方式：采用超声波测量仪进行1点激发1点接收测量，或采用多通道超声波测量仪进行1点激发多点同时接收测量；

步骤三、拾取直达波初至时间：采用人工手动拾取或超声波振幅阀门自动拾取每个接收点对应每个激发点的直达波的初至时间；

步骤四、分析确定超声波在混凝土中的传播速度：利用偏移距和初至时间进行小区块速度分析，拟合出速度和偏移距的关系曲线，利用该速度和偏移距的关系曲线确定超声波在混凝土中的传播速度；

步骤五、激发点三点单元计算：以激发点总数按3进行选排列，计算每个接收点对应三个激发点的计算单元种数，并确定每个计算单元中激发点之间的距离，以及激发点与接收点之间的距离；

步骤六、激发点三点单元优选：按优选原则，选出计算误差最小的激发点三点计算单元；

步骤七、定位：确定接收点的坐标，最后采用平均值法或众值法确定接收点的坐标值，判断是否计算完所有的接收点，计算完则结束计算，未计算完则循环计算下一个接收点的坐标值，直至计算完所有的接收点坐标值为止。

上述步骤七中所述定位包括以下步骤：

a.激发-接收四点计算单元优选：按评价指标值大于50的原则，优选出接收点所对应的所有计算误差最小的四点计算单元；

b.接收点位置计算：按四点坐标计算公式，计算所有优选出的四点计算单元对接收点的坐标；

c.接收点坐标位置确定：采用平均值法或众值法确定接收点的坐标值，判断是否计算完所有的接收点，计算完则结束计算，未计算完则循环计算下一个接收点的坐标值，直至计算完所有的接收点坐标值为止。

上述步骤六中所述激发点三点计算单元的优选原则为：激发点60度原则和接收点等距原则；所述激发点60度原则为三个激发点构成三角形，且该三角形的最小角不小于5度，最大角不大于60度；所述接收点等距原则为选取接收点到三个激发点的距离之间相差不大于1％。

上述评价指标值的计算公式如下：

设：L₃≥L₂≥L₁；L₆≥L₅≥L₂；L₆≥L₄≥L₃；L₅≥L₄≥L₁；

P₁＝((1-(ABS(L₁-L₂)/L₂+ABS(L₁-L₃)/L₃+ABS(L₂-L₃)/L₃)/3)×100

P₂＝((1-(ABS(L₂-L₅)/L₅+ABS(L₂-L₆)/L₆+ABS(L₅-L₆)/L₆)/3)×100

P₃＝((1-(ABS(L₃-L₄)/L₄+ABS(L₃-L₆)/L₆+ABS(L₄-L₆)/L₆)/3)×100

P₄＝((1-(ABS(L₁-L₄)/L₄+ABS(L₁-L₅)/L₅+ABS(L₄-L₅)/L₅)/3)×100

P＝(P₁+P₂+P₃+P₄)/4

其中L₁、L₂、L₃、L₄、L₅和L₆分别为三个激发点和接收点构成的三角形的边长，P₁、P₂、P₃和P₄分别为激发-接收四点计算单元的四个面的评价值，P为激发-接收四点计算单元的评价指标值。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明无须人工大量划线测量定位，操作简便，省工省时，可节约定位测量工作量80％以上。

2、本发明无损测试和定位同时完成，一次作业，完成双重任务。

3、本发明解决了高空等特殊环境下，常规方法难以测量的技术问题。

4、本发明定位方法独特，定位结果准确，误差一般小于1％。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明定位方法的流程图。

图2为本发明观测系统的示意图。

图3为本发明激发点和接收点的关系图。

图4为本发明实施例的激发面设计图。

图5为本发明实施例的接收面设计图。

附图标记说明：

1-激发面；    2-接收面；    3-激发主测线；

4-接收主测线；5-辅助测线。

具体实施方式

步骤一、建立观测系统(如图2)：在被检测的混凝土构件的两个观测面即激发面1和接收面2上分别建立激发主测线3和接收主测线4，并在激发主测线3一侧加一条辅助测线5，如图4和图5所示，在激发面设计9个激发点101，102，103，104，105，106，107，108和109，在接收面设计7个接收点201，202，203，204，205，206和207，然后在激发面1上设置坐标原点，确定所有激发点坐标，分别测量9个激发点和7个接收点的空间坐标，并实测激发面1和接收面2之间的距离；激发点和接收点的关系见图3；

步骤二、确定激发测量方式：采用超声波测量仪进行1点激发1点接收测量，或采用多通道超声波测量仪进行1点激发多点同时接收测量；

步骤三、拾取直达波初至时间：采用人工手动拾取或超声波振幅阀门自动拾取每个接收点对应每个激发点的直达波的初至时间，共计63个直达波初至时间，结果见下表：

表1直达波初至时间试验参数表

步骤四、分析确定超声波在混凝土中的传播速度：利用偏移距和初至时间进行小区块速度分析，采用Excel拟合出速度和偏移距的关系曲线，利用该速度曲线的成果确定超声波在混凝土中的传播速度；

步骤五、激发点三点单元计算：以激发点总数按3进行选排列，计算每个接收点对应三个激发点的计算单元种数，并确定每个计算单元中激发点之间的距离，以及激发点与接收点之间的距离；

步骤六、激发点三点单元优选：按优选原则，选出计算误差最小的激发点三点计算单元；所述激发点三点单元的优选原则为：激发点60度原则和接收点等距原则；所述激发点60度原则为三个激发点必须构成三角形，且三角形的最小角不小于5度，最大角不大于60度；所述接收点等距原则为选取接收点到三个激发点的距离之间相差不大于1％；

步骤七、定位：

a.激发-接收四点计算单元优选：按评价指标值大于50的原则，优选出接收点所对应的所有计算误差最小的四点计算单元；所述四点计算单元的评价指标值计算公式如下：

设：L₃≥L₂≥L₁；L₆≥L₅≥L₂；L₆≥L₄≥L₃；L₅≥L₄≥L₁；

P₁＝((1-(ABS(L₁-L₂)/L₂+ABS(L₁-L₃)/L₃+ABS(L₂-L₃)/L₃)/3)×100

P₂＝((1-(ABS(L₂-L₅)/L₅+ABS(L₂-L₆)/L₆+ABS(L₅-L₆)/L₆)/3)×100

P₃＝((1-(ABS(L₃-L₄)/L₄+ABS(L₃-L₆)/L₆+ABS(L₄-L₆)/L₆)/3)×100

P₄＝((1-(ABS(L₁-L₄)/L₄+ABS(L₁-L₅)/L₅+ABS(L₄-L₅)/L₅)/3)×100

P＝(P₁+P₂+P₃+P₄)/4

其中L₁、L₂、L₃、L₄、L₅和L₆分别为三个激发点和接收点构成的三角形的边长，P₁、P₂、P₃和P₄分别为激发-接收四点计算单元的四个面的评价值，P为激发-接收四点计算单元的评价指标值。

b.接收点位置计算：按四点坐标计算公式，计算所有优选出的四点计算单元对接收点的坐标；

接收点位置计算的公式为：

$L_4^2={(\mathrm{Xa}-\mathrm{Xd})}^2+{(\mathrm{Ya}-\mathrm{Yd})}^2+{(\mathrm{Za}-\mathrm{Zd})}^2$

$L_5^2={(\mathrm{Xb}-\mathrm{Xd})}^2+{(\mathrm{Yb}-\mathrm{Yd})}^2+{(\mathrm{Zb}-\mathrm{Zd})}^2$

$L_6^2={(\mathrm{Xc}-\mathrm{Xd})}^2+{(\mathrm{Yc}-\mathrm{Yd})}^2+{(\mathrm{Zc}-\mathrm{Zd})}^2$

A₁＝2(Xb-Xa)；A₂＝2(Xb-Xc)；A₃＝2(Xa-Xc)

B₁＝2(Yb-Ya)；B₂＝2(Yb-Yc)；B₃＝2(Ya-Yc)

C₁＝2(Zb-Za)；B₂＝2(Zb-Zc)；B₃＝2(Za-Zc)

$D_1=L_5^2-L_4^2-{\mathrm{Xb}}^2+{\mathrm{Xa}}^2-{\mathrm{Yb}}^2+{\mathrm{Ya}}^2-{\mathrm{Zb}}^2+{\mathrm{Za}}^2$

$D_2=L_5^2-L_6^2-{\mathrm{Xb}}^2+{\mathrm{Xc}}^2-{\mathrm{Yb}}^2+{\mathrm{Yc}}^2-{\mathrm{Zb}}^2+{\mathrm{Zc}}^2$

$D_3=L_4^2-L_6^2-{\mathrm{Xa}}^2+{\mathrm{Xc}}^2-{\mathrm{Ya}}^2+{\mathrm{Yc}}^2-{\mathrm{Za}}^2+{\mathrm{Zc}}^2$

M₁＝(A₁D₂-A₂D₁)/(A₁B₂-A₂B₁)

M₂＝(A₂C₁-A₁C₂)/(A₁B₂-A₂B₁)

激发面为平面时，方程可以舍去所有有关激发点的Z项，由以上方程及关系式解得：

Yd＝M₁

Xd＝D₁/A₁-B₁/A₁×Yd

当A₁＝0时，        Xd＝D₂/A₂-B₂/A₂×Yd

当A₁、A₂都为零时，Xd＝D₃/A₃-B₃/A₃×Yd

$\mathrm{Zd}=-\mathrm{sqrt}(L_4^2-{\mathrm{Xd}}^2-{\mathrm{Xa}}^2+2\mathrm{XaXd}-{\mathrm{Ya}}^2-{\mathrm{Yd}}^2+2\mathrm{YdYa})$

上式中(Xd，Yd，Zd)为接收点D的坐标值，(Xa，Ya，Za)，(Xb，Yb，Zb)，(Xc，Yc，Zc)分别代表三个激发点A，B，C的坐标值。

c.接收点坐标位置确定：采用平均值法或众值法确定接收点的坐标值，判断是否计算完所有的接收点，计算完则结束计算，未计算完则循环计算下一个接收点的坐标值，直至计算完所有的接收点坐标值为止；接收点定位计算结果如下表：

表2接收点定位计算结果

按误差最小计算单元理论的优选法对大块体混凝土模型的实验数据进行了定位计算，激发面和接收面的设计见图4和图5，其计算结果见表1，从7个接收点的试验定位计算值来看，该定位方法的精度和准确性都比较高，混凝土模型的设计厚度为1500mm，7个点的测试计算厚度为1496mm～1501mm，最大误差4mm，而7个接收点在X和Y方向的误差比Z方向大，最大误差为2.5cm，最小误差为1mm。

Claims (1)

1.一种大块体混凝土无损检测中的定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立观测系统：在被检测的混凝土构件的两个观测面即激发面（1）和接收面（2）上分别建立激发主测线（3）和接收主测线（4），并在激发主测线（3）一侧加一条辅助测线（5），按测量要求设置激发点之间的点距，以及接收点之间的点距，并标记激发点和接收点，然后在激发面（1）上设置坐标原点，确定所有激发点坐标，并实测激发面（1）和接收面（2）之间的距离；

步骤二、确定激发测量方式：采用超声波测量仪进行1点激发1点接收测量，或采用多通道超声波测量仪进行1点激发多点同时接收测量；

步骤三、拾取直达波初至时间：采用人工手动拾取或超声波振幅阀门自动拾取每个接收点对应每个激发点的直达波的初至时间；

步骤四、分析确定超声波在混凝土中的传播速度：利用偏移距和初至时间进行小区块速度分析，拟合出速度和偏移距的关系曲线，利用该速度和偏移距的关系曲线确定超声波在混凝土中的传播速度；

步骤五、激发点三点单元计算：以激发点总数按3进行选排列，计算每个接收点对应三个激发点的计算单元种数，并确定每个计算单元中激发点之间的距离，以及激发点与接收点之间的距离；

步骤六、激发点三点单元优选：按优选原则，选出计算误差最小的激发点三点计算单元；所述激发点三点计算单元的优选原则为：激发点60度原则和接收点等距原则；所述激发点60度原则为任意三个激发点构成三角形，且该三角形的最小角不小于5度，最大角不大于60度；所述接收点等距原则为选取的接收点到三个激发点的距离之间相差不大于1%；

步骤七、定位：所述定位包括以下步骤：

a.激发-接收四点计算单元优选：按评价指标值大于50的原则，优选出接收点所对应的所有计算误差最小的四点计算单元；所述评价指标值的计算公式如下：

设：L₃≥L₂≥L₁；L₆≥L₅≥L₂；L₆≥L₄≥L₃；L₅≥L₄≥L₁；

$\begin{array}{c}{P}_1=((1-(\mathrm{ABS}(L_1-L_2)/L_2+\mathrm{ABS}(L_1-L_3)/L_3+\mathrm{ABS}(L_2-L_3)/L_3)/3)\×100\\ P_2=((1-(\mathrm{ABS}(L_2-L_5)/L_5+\mathrm{ABS}(L_2-L_6)/L_6+\mathrm{ABS}(L_5-L_6)/L_6)/3)\×100\\ P_3=((1-(\mathrm{ABS}(L_3-L_4)/L_4+\mathrm{ABS}(L_3-L_6)/L_6+\mathrm{ABS}(L_4-L_6)/L_6)/3)\×100\\ P_4=((1-(\mathrm{ABS}(L_1-L_4)/L_4+\mathrm{ABS}(L_1-L_5)/L_5+\mathrm{ABS}(L_4-L_5)/L_5)/3)\×100\\ P=(P_1+P_2+P_3+P_4)/4\end{array}$

其中L₁、L₂、L₃、L₄、L₅和L₆分别为三个激发点和接收点构成的三角形的边长，P₁、P₂、P₃和P₄分别为激发-接收四点计算单元的四个面的评价值，P为评价指标值；

b.接收点位置计算：按四点坐标计算公式，计算所有优选出的四点计算单元对接收点的坐标；

c.接收点坐标位置确定：采用平均值法或众值法确定接收点的坐标值，判断是否计算完所有的接收点，计算完则结束计算，未计算完则循环计算下一个接收点的坐标值，直至计算完所有的接收点坐标值为止。

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