CN113702504B - 一种套筒灌浆饱满度检测方法及计算机设备 - Google Patents

一种套筒灌浆饱满度检测方法及计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种套筒灌浆饱满度检测方法及计算机设备，该方法包括步骤：将超声相控阵垂直于灌浆套筒方向布置在混凝土表面；轮流激励超声相控阵的阵元，多角度地接收来自套筒表面和套筒内部注浆体的反射回波数据，并根据反射回波数据构建全矩阵数据集；对全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像，根据重构图像确定灌浆套筒的定位信息；根据定位信息进行逆时偏移成像得到最终重构图像；根据最终重构图像判断灌浆套筒内部注浆体的饱满度。本发明采用超声相控阵结合全聚焦技术对灌浆套筒进行图像重构，利用逆时偏移成像技术进行图像重构，获取到灌浆套筒复杂结构内部空气缺陷的高精度重构图像，实现对装配式灌浆套筒饱满度的可视化检测和缺陷识别。

Description

一种套筒灌浆饱满度检测方法及计算机设备
技术领域
本发明属于工程无损检测技术领域，具体涉及一种套筒灌浆饱满度检测方法及计算机设备。
背景技术
套筒灌浆连接是预制装配式混凝土构件节点的重要连接方式，具有性能可靠、适用性广和施工便捷等优点，在我国得到了广泛应用。由于灌浆套筒内部结构复杂，且埋设在混凝土内部，实际施工中灌浆饱满度难以保证，影响装配式混凝土结构的稳定性和抗震性能。传统的检测方法面对灌浆套筒复杂结构时，精度较低，难以实现对缺陷的定性检测。
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种套筒灌浆饱满度检测方法，其能实现套筒灌浆饱满度的识别。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
一种套筒灌浆饱满度检测方法，包括步骤：
将超声相控阵垂直于灌浆套筒方向布置在混凝土表面；
轮流激励所述超声相控阵的阵元，多角度地接收来自套筒表面和套筒内部注浆体的反射回波数据，并根据所述反射回波数据构建全矩阵数据集；
对所述全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像，根据所述重构图像确定灌浆套筒的定位新；
根据所述定位信息进行逆时偏移成像得到最终重构图像；
根据所述最终重构图像判断灌浆套筒内部注浆体的饱满度。
作为本发明的进一步改进，所述轮流激励所述超声相控阵的阵元的步骤，包括步骤：
选取任意一个阵元作为发射器，激励超声信号；
其余的阵元作为接收器进行接收。
作为本发明的进一步改进，在所述对所述全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像的步骤之前，还包括如下步骤：
对所述全矩阵数据集进行带通滤波处理。
作为本发明的进一步改进，在进行带通滤波处理时，带通滤波器选用Hamming窗函数。
作为本发明的进一步改进，所述对所述全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像的步骤中，全矩阵数据集中任一点
Figure SMS_1
的重构图像由下式获得：
Figure SMS_2
其中，x、z分别表示该点的横纵坐标，N表示该超声相控阵的阵元总个数，
Figure SMS_3
表示当第i个阵元发射，第 j个阵元接收时，该成像点在/>
Figure SMS_4
时刻的回波振幅。/>
Figure SMS_5
即表示超声信号从阵元i发射，经过成像点/>
Figure SMS_6
后，被阵元j接收的双程旅行时。
作为本发明的进一步改进，所述根据所述定位信息进行逆时偏移成像得到最终重构图像的步骤，包括步骤：
根据所述定位信息，结合灌浆套筒参数，建立逆时偏移初始模型；
构建超声波在混凝土结构中传播的弹性波方程；
在发射源位置依次激励源信号；
采用有限差分法求解所述弹性波方程使源波场由最小时间正向延拓至最大时间；
对单一发射源对应的所有接收器所采集到的回波信号进行逆时处理后，在接收器所在的位置激励逆时处理后的回波信号，使接收波场由最大时间反向延拓至最小时间；
对所述源波场和所述接收波场应用成像条件，获得所述最终重构图像。
作为本发明的进一步改进，所述源波场由最小时间正向延拓至最大时间、所述接受波场由最大时间反向延拓至最小时间采用二阶时域有限差分的中心差分法进行计算。
作为本发明的进一步改进，所述成像条件为归一化互相关成像条件。
作为本发明的进一步改进，所述根据所述最终重构图像判断灌浆套筒内部注浆体的饱满度的步骤，包括步骤：
在所述最终重构图像中，若灌浆套筒内部注浆体存在强反射信号，判断灌浆套筒内部出现灌浆不饱满现象。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明首先采用超声相控阵结合全聚焦技术对灌浆套筒进行图像重构，然后再利用逆时偏移成像技术进行图像重构，获取到灌浆套筒复杂结构内部空气缺陷的高精度重构图像，能够实现对装配式灌浆套筒饱满度的可视化检测和缺陷识别，使用方便，图像容易解释。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1为实施例1所述套筒灌浆饱满度检测方法的流程图；
图2为实施例1中的超声相控阵检测方法示意图；
图3为实施例1中的灌浆套筒定位示意图；
图4为实施例1中的逆时偏移初始模型图；
图5为实施例1中的最终重构图像。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了一种套筒灌浆饱满度检测方法，如图1所示，包括步骤：
S1、将超声相控阵垂直于灌浆套筒方向布置在混凝土表面，对套筒的某一横截面进行检测；
S2、轮流激励超声相控阵的阵元，多角度地接收来自套筒表面和套筒内部注浆体的反射回波数据，并根据反射回波数据构建全矩阵数据集；
具体来说，在步骤S2中，检测示意图如图2所示，超声相控阵的工作模式为：选取第1个阵元作为发射器，激励超声信号，其余n-1个阵元作为接收器进行接收，以此类推，获得n*（n-1）道回波数据。全矩阵数据由n行n列的回波数据组成。当第i个阵元作为发射器，第j个阵元作为接收器时，该道数据记录为
Figure SMS_7
，当i=j时，/>
Figure SMS_8
。
为减少低频噪音的影响，在对全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像的步骤之前，还包括如下步骤：
对全矩阵数据集进行带通滤波处理，在进行带通滤波处理时，带通滤波器选用Hamming窗函数（200/400-800/1000 kHz），处理后的全矩阵数据集作为全聚焦成像的输入数据。
S3、对全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像，对全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像的步骤中，全矩阵数据集中任一点
Figure SMS_9
的重构图像由下式获得：
Figure SMS_10
其中，x、z分别表示该点的横纵坐标，N表示该超声相控阵的阵元总个数，
Figure SMS_11
表示当第i个阵元发射，第 j个阵元接收时，该成像点在/>
Figure SMS_12
时刻的回波振幅。/>
Figure SMS_13
即表示超声信号从阵元i发射，经过成像点/>
Figure SMS_14
后，被阵元j接收的双程旅行时，可以由下式表示：
Figure SMS_15
随后，根据重构图像中，如图3所示，可以根据套筒顶部反射，以及从建筑设计图纸中获取的套筒内径外径尺寸，可以准确地确定套筒的位置和埋深；
S4、根据定位信息进行逆时偏移成像得到最终重构图像，具体包括如下步骤：
S41、根据套筒的位置和埋深，并从建筑设计图纸中获取灌浆套筒的内径外径尺寸，建立逆时偏移初始模型，得到的逆时偏移初始模型如图4所示，图中圆形部分代表灌浆套筒的位置；
S42、构建超声波在混凝土结构中传播的弹性波方程，弹性波方程为：
Figure SMS_16
其中，
Figure SMS_17
、/>
Figure SMS_18
分别表示速度分量，/>
Figure SMS_19
、/>
Figure SMS_20
、/>
Figure SMS_21
分别为应力分量，/>
Figure SMS_22
表示体力的体积源密度，/>
Figure SMS_23
表示应力的体积源密度。
S43、在指定发射源位置依次激励源信号；
S44、采用有限差分法求解弹性波方程使源波场由最小时间正向延拓至最大时间，先从时间t=t0正向延拓至t=tmax时刻，存储逆时偏移初始模型边界处不同时刻的源波场数据；
S45、对单一发射源对应的所有接收器所采集到的回波信号进行逆时处理，即将步骤S44获取到的源波场数据沿时间轴翻转，从时间t=tmax t=t0反向传播至t=t0时刻，在接收器所在的位置激励逆时处理后的回波信号，使接收波场由最大时间反向延拓至最小时间；
其中，源波场由最小时间正向延拓至最大时间、接受波场由最大时间反向延拓至最小时间采用二阶时域有限差分的中心差分法进行计算，其表达式如下。
Figure SMS_24
Figure SMS_25
S46、对源波场和接收波场应用归一化互相关成像条件，获得最终重构图像，如图5所示，其中，归一化互相关成像条件的公式为：
Figure SMS_26
其中，
Figure SMS_27
表示第i个超声发射器激励信号时获得的源波场数据，/>
Figure SMS_28
表示其对应的接收波场数据，/>
Figure SMS_29
表示重构图像。
S5、根据最终重构图像判断灌浆套筒内部注浆体的饱满度，在最终重构图像中，若灌浆套筒内部注浆体存在强反射信号，判断灌浆套筒内部出现灌浆不饱满现象。
示例性地，如图5所示，图中虚线部分代表灌浆套筒的位置，由图中可清晰地观察到，灌浆套筒中心位置出现了强反射，由此可知，该灌浆套筒内部出现灌浆不饱满的现象。
实施例2
本实施例提供了一种计算机设备，计算机设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现实施例1的套筒灌浆饱满度检测方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种套筒灌浆饱满度检测方法，其特征在于，包括步骤：
将超声相控阵垂直于灌浆套筒方向布置在混凝土表面；
轮流激励所述超声相控阵的阵元，多角度地接收来自套筒表面和套筒内部注浆体的反射回波数据，并根据所述反射回波数据构建全矩阵数据集；
对所述全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像，根据所述重构图像确定灌浆套筒的定位信息；
根据所述定位信息进行逆时偏移成像得到最终重构图像；
根据所述最终重构图像判断灌浆套筒内部注浆体的饱满度；
所述对所述全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像的步骤中，全矩阵数据集中任一点
Figure QLYQS_1
的重构图像由下式获得：
Figure QLYQS_2
其中，x、z分别表示该点的横纵坐标，N表示该超声相控阵的阵元总个数，
Figure QLYQS_3
表示当第i个阵元发射，第 j个阵元接收时，成像点在/>
Figure QLYQS_4
时刻的回波振幅，/>
Figure QLYQS_5
即表示超声信号从阵元i发射，经过成像点/>
Figure QLYQS_6
后，被阵元j接收的双程旅行时；
所述根据所述定位信息进行逆时偏移成像得到最终重构图像的步骤，包括步骤：
根据套筒的位置和埋深，结合从建筑设计图纸中获取灌浆套筒的内径外径尺寸，建立逆时偏移初始模型；
构建超声波在混凝土结构中传播的弹性波方程；
在发射源位置依次激励源信号；
采用有限差分法求解所述弹性波方程使源波场由最小时间正向延拓至最大时间，存储逆时偏移初始模型边界处不同时刻的源波场数据；
对单一发射源对应的所有接收器所采集到的回波信号进行逆时处理后，在接收器所在的位置激励逆时处理后的回波信号，使接收波场由最大时间反向延拓至最小时间；
对所述源波场和所述接收波场应用归一化互相关成像条件，获得所述最终重构图像。
2.根据权利要求1所述的套筒灌浆饱满度检测方法，其特征在于，所述轮流激励所述超声相控阵的阵元的步骤，包括步骤：
选取任意一个阵元作为发射器，激励超声信号；
其余的阵元作为接收器进行接收。
3.根据权利要求1所述的套筒灌浆饱满度检测方法，其特征在于，在所述对所述全矩阵数据集进行全聚焦成像得到重构图像的步骤之前，还包括如下步骤：
对所述全矩阵数据集进行带通滤波处理。
4.根据权利要求3所述的套筒灌浆饱满度检测方法，其特征在于，在进行带通滤波处理时，带通滤波器选用Hamming窗函数。
5.根据权利要求1所述的套筒灌浆饱满度检测方法，其特征在于，所述源波场由最小时间正向延拓至最大时间、所述接收波场由最大时间反向延拓至最小时间采用二阶时域有限差分的中心差分法进行计算。
6.根据权利要求1所述的套筒灌浆饱满度检测方法，其特征在于，所述根据所述最终重构图像判断灌浆套筒内部注浆体的饱满度的步骤，包括步骤：
在所述最终重构图像中，若灌浆套筒内部注浆体存在强反射信号，判断灌浆套筒内部出现灌浆不饱满现象。
7.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至6任一所述的套筒灌浆饱满度检测方法。
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