CN110346452A - 一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，属于工程检测技术领域。该方法将弹性波激振器与拾波传感器按几何排列组合“小排列”检测装置，激振器通过瞬态冲击结构表面产生弹性波，拾波传感器接受沿介质传播弹性波，每次激励形成同源多道弹性波数据，“小排列”检测装置同步移动，获取多源多道弹性波数据体；同源多道弹性波数据经处理得到同源多道直达首波数据；依次对同源多道直达首波数据谱分析与相邻道品质谱计算，得到多源相邻道品质谱数据体，再将同测点数据叠加平均，得到浅表层介质叠后品质谱数据体，然后，对浅表层介质叠后品质谱数据体空间转化、数学插值、二维三维成像，得到检测结果。本发明提高了检测精度和速度。

Description

一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法

技术领域

本发明属于工程检测技术领域，涉及一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法。

背景技术

混凝土作为一种长期以来被广泛应用的建筑材料，一直被用在各种水利和土建等工程项目中，混凝土的质量关系到整个工程的质量，所以对混凝土质量检测就显得尤为重要。

混凝土的质量是十分重要的，当前楼房、轨道交通和公路等公共设施的建设正在全面开展，保障它们的建设安全是非常重要的。无损检测技术有助于评估建筑物的稳定性和整体性，能够对其整体或部分作质量状态监视，能够用来评估建筑材料和结构的性质及性能，并能对其内部含水量、缺陷和损伤进行测量和定位。因此，在土木工程中，无损检测技术在保障人生命财产、评价和保证建筑物的安全性、甚至对保护和保养珍贵古建筑都起到了重要作用。

对于混凝土表面质量检测，常用的有目视检查，但是该方法有一定的误差，且检测效率低下。对于目前流行的超声波平测法，检测前预先标记测点位置粘贴耦合剂，检测效率低，且检测结果仅包含速度信息，离散性大，检测精度不够精准。

因此，本发明基于传统超声波平测法的缺陷，发明一种精度高且速度快的混凝土结构浅表层的检测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，用于提高检测速度和精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，具体包括以下步骤：

S1：将弹性波激振器与拾波传感器按相同几何尺度排列组合安装在同一个检测装置上，波激振器通过瞬态激励产生弹性波，拾波传感器接受沿介质传播弹性波，S表示弹性波激振器，R表示拾波传感器；

S2：检测装置在待测混凝土结构表面移动，此时弹性波激振器与拾波传感器同步工作，弹性波激振器每次激励形成同源多道弹性波数据，多次激励形成多源多道弹性波数据体i为拾波传感器编号，j为弹性波激振器次数激励编号，j＝1,2,…,n，n为弹性激振器总数量；k为测点编号；

S3：依次对同源多道弹性波数据进行处理，得到同源多道直达首波数据；

S4：依次对同源多道直达首波数据谱分析；

S5：计算多源相邻道浅表层介质的品质谱，得到多源相邻道浅表层介质品质谱数据体；

S6：将浅表层介质多次覆盖的异源品质谱数据叠加平均，得到叠后品质谱；

S7：将数据体按k,k+1测点中间坐标(x,y)通过数学插值得品质谱数据体，进行三维或二维成像，得到检测结果。

进一步，所述步骤S1中，弹性波激振器与拾波传感器按照一对多或者多对多的数量按相同几何尺度排列组合安装在检测装置上。

进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：依次对同源多道弹性波数据进行预处理，获得同源多道直达首波前半周期数据并拾取直达首波初至时间

S32：补偿同源多道直达首波后半周期数据形成整周期数据补偿方式为将直达首波前半周期数据相位反转作为后半周期数据：

进一步，所述步骤S4中，依次对同源多道直达首波谱分析：

其中F_R(f)为谱分析结果，X为谱变换，f为频率。

进一步，所述步骤S5中，计算多源相邻道浅表层介质品质谱数据体Q_i,k+1,k(f)：

其中Q_i,k+1,k(f)为相邻测点k,k+1之间激振器第i次激励计算品质谱。

进一步，所述步骤S6中，将浅表层介质多次覆盖的异源品质谱数据Q_i,k+1,k(f)叠加平均，得到叠后品质谱Q_k+1,k(f)为：

其中Q_k+1,k(f)为k,k+1两测点之间n次覆盖叠加平均，κ为修正系数。

本发明的有益效果在于：相对传统超声波平测法，检测结果品质谱除了包含速度信息外，还包括了能量、频率信息与浅表层异常厚度信息，提高了检测精度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所述检测方法的流程图；

图2为实施例所述检测装置的示意图；

图3为图2所示检测装置的具体结构示意图；

图4为图2所示检测装置的工作示意图；

图5为采用2所示检测装置采集的同源多通道弹性波数据；

图6为对图5所示同源多通弹性波数据的截断预处理后半周期直达首波示意图；

图7为对图6同源多道直达首波数据示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

请参阅图1～图3，图1所示为一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，将一个弹性波激振器与多个拾波传感器按几何排列组合“小排列”检测装置，通过激振器通过瞬态冲击结构表面产生弹性波，拾波传感器接受沿介质传播弹性波，“小排列”检测装置同步移动，每次激励形成同源多道直达首波半周期数据，通过数据补偿获取同源多道直达首波整周期数据；依次对同源多道直达首波数据谱分析与相邻道品质谱计算，得到多源相邻道浅表层介质品质谱数据体，再将浅表层介质多次覆盖的异源品质谱数据叠加平均，得到浅表层介质叠后品质谱数据体，然后，对叠后品质谱数据体空间转化、数学插值、二维三维成像，得到检测结果。品质谱变化幅度越小表示混凝土结构表面越均匀，缺陷越少，频率越小说明表层异常厚度越大。具体包括以下步骤：

1)将一个弹性波激振器与多个拾波传感器按几何尺度排列组合“小排列”检测装置(如图2、3所示)，激振器通过瞬态激励产生弹性波，拾波传感器接受沿介质传播弹性波，S为弹性波激振器，R为拾波传感器，如下图。

2)检测装置同步移动，每次激励形成同源多道弹性波数据，多次激励形成多源多道弹性波数据体如图4、5所示，i为拾波传感器编号，j为弹性波激振器次数激励编号，j＝1,2,……,n，n为弹性激振器总数量；k为测点编号。图2、图3中n＝3。

3)依次对同源多道弹性波数据进行预处理，获得同源多道直达首波前半周期数据如图6所示；并拾取直达首波初至时间

4)补偿同源多道直达首波后半周期数据形成整周期数据补偿方式为将直达首波前半周期数据相位反转作为后半周期数据，如图7所示：

5)依次对同源多道直达首波谱分析：

其中F_R(f)为谱分析结果，X为谱变换，f为频率。

6)计算多源相邻道浅表层介质品质谱数据体Q_i,k+1,k(f)为：

其中Q_i,k+1,k(f)为相邻测点k,k+1之间激振器第i次激励计算品质谱。

7)将浅表层介质多次覆盖的异源品质谱数据Q_i,k+1,k(f)叠加平均，得到叠后品质谱Q_k+1,k(f)为：

其中Q_k+1,k(f)为k,k+1两测点之间n次覆盖叠加平均，κ为修正系数。

8)将数据体Q_k+1,k(f)按k,k+1测点中间坐标(x,y)通过数学插值得品质谱数据体Q(x,y,f)，进行三维或二维成像，得到检测结果。Q(x,y,f)变化幅度越小混凝土结构表面越均匀，缺陷越少，f与结构表面探测深度有关，频率越小说明表层异常厚度越大。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：将弹性波激振器与拾波传感器按相同几何尺度排列组合安装在同一个检测装置上，波激振器通过瞬态激励产生弹性波，拾波传感器接受沿介质传播弹性波，S表示弹性波激振器，R表示拾波传感器；

S2：检测装置在待测混凝土结构表面移动，此时弹性波激振器与拾波传感器同步工作，弹性波激振器每次激励形成同源多道弹性波数据，多次激励形成多源多道弹性波数据体i为拾波传感器编号，j为弹性波激振器次数激励编号，j＝1,2,…,n，n为弹性激振器总数量；k为测点编号；

S3：依次对同源多道弹性波数据进行处理，得到同源多道直达首波数据；

S4：依次对同源多道直达首波数据谱分析；

S5：计算多源相邻道浅表层介质的品质谱，得到多源相邻道浅表层介质品质谱数据体；

S6：将浅表层介质多次覆盖的异源品质谱数据叠加平均，得到叠后品质谱；

S7：将数据体按k,k+1测点中间坐标(x,y)通过数学插值得浅表层介质品质谱数据体，进行三维或二维成像，得到检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，弹性波激振器与拾波传感器按照一对多或者多对多的数量按相同几何尺度排列组合安装在检测装置上。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：依次对同源多道弹性波数据进行截断预处理，获得同源多道直达首波前半周期数据并拾取直达首波初至时间

S32：补偿同源多道直达首波后半周期数据形成整周期数据补偿方式为将直达首波前半周期数据相位反转作为后半周期数据：

4.根据权利要求3所述的一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，依次对同源多道直达首波谱分析：

其中F_R(f)为谱分析结果，X为谱变换，f为频率。

5.根据权利要求4所述的一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，计算多源相邻道浅表层介质品质谱数据体Q_i,k+1,k(f)：

其中Q_i,k+1,k(f)为相邻道测点k,k+1之间激振器第i次激励计算品质谱。

6.根据权利要求5所述的一种混凝土结构浅表层质量快速检测方法，其特征在于，所述步骤S6中，将浅表层介质多次覆盖的异源品质谱数据Q_i,k+1,k(f)叠加平均，得到叠后品质谱Q_k+1,k(f)为：

其中Q_k+1,k(f)为k,k+1两测点之间n次覆盖叠加平均，κ为修正系数。