CN115032272B - 融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置包括敲击装置，敲击装置包括壳体、安装在壳体顶部的WIFI天线、安装于壳体底部的隔音罩和设于壳体内的激振器、总电路板、声音放大器、声音采集器、北斗装置、螺杆、力传感器、锤头，壳体内设有激振器室，激振器安装在激振器室内，且底部两侧通过垫块支撑，螺杆顶部连接激振器，底部活动穿过壳体底部和隔音罩顶部连接力传感器，力传感器连接锤头，北斗装置位于壳体底部，声音采集器贯穿设置在壳体底部和隔音罩顶部之间，WIFI天线、激振器、声音放大器、声音采集器、北斗装置和力传感器分别连接总电路板，还提供了缺陷检测方法，该装置能对结构缺陷分类，检测精度高，现场检测操作简单，携带方便。

Description

融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置及方法
技术领域
本发明涉及钢管混凝土缺陷的检测装置及检测方法的技术领域，尤其涉及一种融合敲击力信号与声音信号的钢管混凝土损伤检测装置及方法。
背景技术
敲击检测法作为一种无损检测技术，常用于铁轨、陶瓷和农产品等材料的质量检测。近年来，随着自然灾害的频发，无损快速检测需求日益迫切，敲击检测法在钢管混凝土缺陷检测方面的应用引起了业界的极大关注。但传统敲击检测难以直接应用于现场的检测，因为这种检测技术多是基于检测人员的人耳听觉或敲击的手感进行主观判断，人为因素对检测结果的干扰很大。为此，人们开发了一些传感器，例如力锤传感器，用于采集敲击过程的力信号，取代了人为的主观判断。同时还建立了基于力信号的评判指标，例如英国的Cawley教授等人在20世纪80年代奠定的基于力信号识别结构缺陷的相关理论，成为了敲击力信号识别缺陷研究的基础。随着研究的进一步深入，尤其是信息技术的迅猛发展，人们对敲击声音信号也产生了浓厚的研究兴趣，取得了较为丰硕的研究成果。研究表明，单独基于敲击力信号或者声音信号特征对那些浅而大的缺陷进行识别时，判别效果较为良好，但对于那些小而深的缺陷，单一信号的识别准确性往往不能满足要求，而通过融合多种信号特征，有望进一步全面掌握缺陷的信息，进而进行准确判断。
此外，由于声音信号对于环境噪音比较敏感，在提取声音信号特征前，通常需要降噪处理。常用的降噪算法包括小波阈值法和经验模式分解法等，这些算法能够有效滤除大部分的干扰信号，但那些事先未知且复杂的嘈杂声音，常常混淆在结构振动信号中难以辨别，从而影响到判别的准确性。
发明内容
本发明采用算法降噪和物理隔离结合降噪，提供一种能降低噪音的干扰，获取微小损伤缺陷信息，使检测结果精度大幅提升的融合敲击力信号与声音信号的钢管混凝土损伤检测装置及方法，具体方案如下：
融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置，包括敲击装置，所述敲击装置包括壳体、安装在壳体顶部的WIFI天线、安装于壳体底部的隔音罩和设置于壳体内的激振器、声音放大器、声音采集器、北斗装置、螺杆、力传感器、锤头，所述壳体内中部设有激振器室，激振器安装在激振器室内，且底部两侧通过垫块支撑，螺杆顶部连接激振器，底部活动穿过壳体底部和隔音罩顶部连接力传感器，力传感器连接锤头，北斗装置位于壳体底部，声音采集器贯穿设置在壳体底部和隔音罩顶部之间。
进一步地，还包括把手、隔板、电池一、电池二、电池三、开关一、开关二、开关三、总电路板和控制器，所述把手安装在壳体顶部，所述激振器室两侧分别通过隔板连接壳体内侧，总电路板、声音放大器和电池三分别位于隔板上，电池一提供激振器的电源，电池二提供北斗装置的电源，安装于壳体底部一侧，电池三分别提供总电路板、声音放大器、声音采集器和力传感器的电源，开关一、开关二、开关三分别连接电池一、电池二和电池三，且分别安装在壳体外侧，WIFI天线、激振器、声音放大器、声音采集器、北斗装置和力传感器分别连接总电路板，总电路板通过WIFI天线连接控制器。
进一步地，所述隔音罩为方形罩体，其顶部设有声音采集器孔，隔音罩至少两侧分别设有刻度线，隔音罩由隔音罩板模材质制成，其底部还依次安装有磁铁和软质胶体。
进一步地，所述隔音罩板模包括由外至内的硬质层、多空隙层和蜂窝层连接组成，硬质层为聚乙烯材料，多空隙层为纤维性吸声材料、泡沫吸声材料或颗粒吸声材料。
进一步地，所述隔音罩底部设有弧形部。
进一步地，所述控制器为PC机，PC机包括执行模块和分析模块，执行模块用于控制激振器驱动锤头敲击过程、控制力传感器采集敲击过程的力信号，控制声音采集器采集声音信号，控制降噪算法对声音放大器放大的声音信号进行降噪；分析模块包括特征提取器、分类算法和根据现有含结构缺陷的钢管混凝土构件建立缺陷数据库，特征提取器用于提取和融合待检测钢管混凝土构件的力信号和声音信号的特征值构造成特征向量；分类算法用于对待检测钢管混凝土构件的结构缺陷进行分类；缺陷数据库用于存储不同缺陷类型钢管混凝土构件的力信号和声音信号特征，并为待检测钢管混凝土构件提供对照数据源。
进一步地，所述根据现有含结构缺陷的钢管混凝土构件建立缺陷数据库包括：对现有含结构缺陷的钢管混凝土构件基于脱粘缺陷和脱空缺陷划分不同的缺陷类型，对于脱粘缺陷的钢管混凝土构件，在钢管内部的预设位置安装适合尺寸的橡胶片或矩形塑料盒后浇筑混凝土，根据适合尺寸的橡胶片或矩形塑料盒的面积大小划分不同的脱粘程度；对于脱空缺陷的钢管混凝土构件，在钢管内部的预设位置安装适合尺寸矩形塑料盒后浇筑混凝土，根据适合尺寸的矩形塑料盒的面积大小划分不同的脱空程度，根据适合尺寸的矩形塑料盒距离钢管内壁的距离划分不同的脱空缺陷深度；在实验室测试中提取到该含结构缺陷的钢管混凝土构件的所有缺陷类型、各个类型的缺陷程度和缺陷深度的力信号和声音信号特征，通过所有力信号和声音信号特征建立缺陷数据库。
一种所述的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置的缺陷检测方法，包括如下步骤：
步骤一，接通电源，建立控制器与敲击装置的通信，预设好敲击力参数和降噪算法；
步骤二，将敲击装置紧贴于待检测钢管混凝土构件上，通过执行模块控制激振器驱动锤头按步骤一预设好的敲击力参数敲击待检测钢管混凝土构件；
步骤三，通过执行模块控制力传感器实时采集待检测钢管混凝土构件敲击过程中的力信号，控制北斗装置实时获取待检测钢管混凝土构件敲击的位置信息，控制声音采集器实时采集敲击待检测钢管混凝土构件产生的声音信号，控制声音放大器放大声音采集器采集的声音，并通过步骤一的降噪算法对声音放大器放大的声音进行降噪；
步骤四，通过特征提取器提取并融合步骤三中待检测钢管混凝土构件的力信号和声音信号的特征值构造成特征向量，缺陷数据库通过该特征向量识别待检测钢管混凝土构件的结构缺陷，通过分类算法对待检测钢管混凝土构件的结构缺陷进行分类后，获得待检测钢管混凝土构件结构缺陷信息。
进一步地，所述敲击力参数包括敲击力大小和敲击力频率，所述降噪算法包括小波阈值法和经验模式分解法，所述分类算法包括支撑向量机和决策树分类算法，所述力信号特征包括脉冲持续时间和R指标，声音信号特征包括时域信号的幅值、波长、衰减速率，以及频域信号的能量，所述结构缺陷信息包括位置信息、缺陷类型和缺陷程度。
本发明的优点
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明装置的隔音罩能够适应圆形结构和方形结构的待检测钢管混凝土构件，能形成所要达到的敲击封闭空间，同时对于金属和非金属结构均良好的吸附性，敲击过程不易发生晃动或者移位，现场检测操作简单，携带非常方便，通用性非常好，具有很高的推广应用价值。
(2)本发明装置能够取代人工检测，自动对缺陷进行分类，包括缺陷位置、缺陷类型和缺陷程度，并且每次采集的数据都能被纳入本装置的缺陷数据库中，检测次数越多，数据库越大，所能检测缺陷范围越大，检测精度更高。
(3)本发明融合敲击力信号与声音信号的钢管混凝土损伤检测装置与方法在现有降噪算法的基础上，采用发明的隔音罩屏蔽外界噪声，同时有效减小隔音罩内部声音的回声作用，采集的声音还能够反映真实的结构声音。解决了现场检测通常受到机械噪音、环境噪声、人为操作噪声以及其他意外噪声的干扰，“纯净”的结构敲击声音信号难以采集的问题。
(4)本发明通过融合力信号与声音信号特征，能够捕捉结构缺陷更多更全面的信息，显著提高检测的准确性。解决了现有敲击检测或者是基于敲击的力信号特征分析，或者是基于敲击声音信号特征分析，对于缺陷不明显的检测对象，精度和准确率明显不高的问题。
附图说明
图1为本发明缺陷检测装置的结构示意图。
图2为图1的适用于方形结构待检测钢管混凝土构件的隔音罩结构示意图。
图3为图1的适用于圆形结构待检测钢管混凝土构件的隔音罩结构示意图。
图4为图1的隔音罩板模结构示意图。
图5为图1的工作原理框架图。
图6为图1的力信号提取的脉冲持续时间△t的示意图。
图7为图1的力信号的高频率和低频率面积占比示意图。
图中：
壳体1、把手2、开关一3、开关二4、开关三5、WIFI天线6、隔音罩7、控制器8、激振器9、总电路板10、声音放大器11、声音采集器12、北斗装置13、螺杆14、力传感器15、锤头16、隔板17、电池一18、电池二19、电池三20、垫块21、声音采集器孔22、刻度线23、硬质层241、多空隙层242、蜂窝层243、磁铁25、软质胶体26。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明，需要注意的是，本具体实施例不用于限定本发明的权利范围。
如图1至图5所示，本具体实施例提供的融合敲击力信号与声音信号的钢管混凝土损伤检测装置，包括敲击装置和控制器，所述敲击装置包括壳体1、把手2、开关一3、开关二4、开关三5、安装在壳体1顶部的WIFI天线6、安装于壳体1底部的隔音罩7、设置于壳体1内的激振器9、总电路板10、声音放大器11、声音采集器12、北斗装置13、螺杆14、力传感器15、锤头16、隔板17、电池一18、电池二19和电池三20。
两把手2安装在敲击装置的顶部，用于移动整个装置。
安装在壳体1顶部的WIFI天线6用于PC机与敲击装置的连接。
所述壳体1内中部设有激振器室，激振器9用于敲击待检测钢管混凝土构件，通过螺栓安装在激振器室内，且底部两侧通过垫块21支撑，垫块21用于支撑激振器9。
所述激振器9室两侧分别通过隔板17连接壳体1内侧，总电路板10、声音放大器11和电池三20位于隔板17上，总电路板10用于控制整个敲击装置的运行。声音放大器11用于放大敲击声音。
螺杆14顶部连接激振器9，底部活动穿过壳体1底部和隔音罩7顶部连接力传感器15，力传感器15用于采集敲击过程的力信号。力传感器15连接锤头16，锤头16一端为平端部，另一端为圆端部，平端部连接力传感器15底部，锤头16用于敲击待检测钢管混凝土构件。北斗装置13用于记录敲击位置信息，安装于壳体1底部，声音采集器12贯穿设置在壳体1底部和隔音罩7顶部之间，用于采集敲击声音。隔音罩7通过螺栓安装于壳体1底部，用于隔离外部噪音，并减少内部声音的回响。
电池一18提供激振器9的电源，电池二19提供北斗装置13的电源，安装于壳体1底部一侧，电池三20分别提供总电路板10、声音放大器11、声音采集器12和力传感器15的电源，开关一3连接电池一18，开关二4连接电池二19，开关三5连接电池三20，开关一3、开关二4和开关三5分别安装在壳体1外侧，总电路板10通过WIFI天线6连接控制器。
所述隔音罩7为方形罩体，通过螺栓连接在壳体1底部，适用于方形结构的待检测钢管混凝土构件。也能在隔音罩7底部设置弧形部，适用于圆形结构的待检测钢管混凝土构件。隔音罩7顶部中间位置设有两个声音采集器孔22，能使螺杆14和声音采集器12从壳体1底部延伸到隔音罩7内部。隔音罩7至少两侧分别设有刻度线23，用于标记敲击位置。
隔音罩7由隔音罩板模材质制成，为了提高装置与待检测钢管混凝土构件的吸附性，并减少隔音罩7与待检测钢管混凝土构件的摩擦声响，隔音罩7底部还通过螺栓依次连接有磁铁25和软质胶体26。
软质胶体26用于减小敲击过程隔音罩7与待检测钢管混凝土构件之间的摩擦声响。所述磁铁25厚度为1cm，能够将整体敲击装置吸附在钢管等铁质材料上，防止敲击时装置晃动或者移位。所述隔音罩板模包括由外至内的硬质层241、多空隙层242和蜂窝层243连接组成，硬质层241选用聚乙烯材料制成，既能隔离声音，又能保护隔音罩7不易被损坏。多空隙层242为纤维性吸声材料、泡沫吸声材料或颗粒吸声材料，目的在于吸收声音，进一步减小噪音的影响。所述蜂窝层243内部空洞大而表面开口小，用于消除内部声音的回音影响。
WIFI天线6、激振器9、声音放大器11、声音采集器12、北斗装置13和力传感器15分别连接总电路板10。
北斗装置13型号为G908，来源于上海欧孚通信技术有限公司。力传感器15采用C2N40型号的富士压电陶瓷力传感器。声音采集器12采用东方所INV9206A型号的前置放大器。声音放大器11采用东方所INV9206声压传感器。
控制器27为PC机，通过WIFI天线6与敲击装置中的总电路板9连接，PC机包括执行模块和分析模块，执行模块分别连接北斗装置13、激振器9、力传感器15、声音采集器12和声音放大器11，执行模块用于控制激振器9驱动螺杆14带动锤头16敲击过程、控制力传感器15采集敲击过程的力信号，控制声音采集器12采集声音信号，控制降噪算法对声音放大器11放大的声音信号进行降噪；分析模块包括特征提取器、分类算法和根据现有含结构缺陷的钢管混凝土构件建立缺陷数据库，特征提取器用于提取和融合待检测钢管混凝土构件的力信号和声音信号的特征值构造成特征向量；分类算法用于对待检测钢管混凝土构件的结构缺陷进行分类；缺陷数据库用于对特征提取器构造的特征向量识别待检测钢管混凝土构件的结构缺陷。
降噪算法为现有技术，来源于臧玉萍,张德江,王维正.小波分层阈值降噪法及其在发动机振动信号分析中的应用[J].振动与冲击,2009,28(08):57-60+198-199。贾民平,凌娟,许飞云,钟秉林.基于时序分析的经验模式分解法及其应用[J].机械工程学报,2004(09):54-57。
分类算法为现有技术，来源于付春雨,单德山,李乔.基于支持向量机的静力损伤识别方法[J].中国铁道科学,2010,31(05):47-53。姜绍飞,张永强.基于决策树的导管架海洋平台损伤定位[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2009,25(04):708-711+716。
根据现有含结构缺陷的钢管混凝土构件建立缺陷数据库包括：对现有含结构缺陷的钢管混凝土构件基于脱粘缺陷和脱空缺陷划分不同的缺陷类型，对于脱粘缺陷的钢管混凝土构件，在钢管内部的预设位置安装适合尺寸的橡胶片或矩形塑料盒后浇筑混凝土，根据适合尺寸的橡胶片或矩形塑料盒的面积大小划分不同的脱粘程度；对于脱空缺陷的钢管混凝土构件，在钢管内部的预设位置安装适合尺寸矩形塑料盒后浇筑混凝土，根据适合尺寸的矩形塑料盒的面积大小划分不同的脱空程度，根据适合尺寸的矩形塑料盒距离钢管内壁的距离划分不同的脱空缺陷深度；在实验室测试中提取到该含结构缺陷的钢管混凝土构件的所有缺陷类型、各个类型的缺陷程度和缺陷深度的力信号和声音信号特征，通过所有力信号和声音信号特征建立缺陷数据库。
具体地，所述脱粘缺陷是钢管内壁与核心混凝土分离。脱空缺陷是核心混凝土内部有空洞。胶粘缺陷又分为小脱粘缺陷和大脱粘缺陷。
对于小脱粘缺陷的预制方法是在浇筑混凝土前，在钢管内壁粘贴厚度为0.2mm的橡胶片，橡胶片前后两面均涂上脱模油，并在靠钢管一侧的橡胶片四条边上涂抹高强结构胶，使橡胶片四条边紧紧粘贴在钢管内壁上，之后再浇筑混凝土。橡胶片的尺寸根据需要自行控制，适合的橡胶片面积大小代表不同的脱粘程度。
对于大脱粘缺陷的预制材料为一个开口的矩形塑料盒(厚度为0.2mm，强度要求在浇筑混凝土时不被压坏)，首先在矩形塑料盒的开口边缘均匀涂上高强结构胶后，用手将其紧紧压在钢管内壁，待结构胶硬化后检查开口边缘是否有漏洞，若有，需要用结构胶将漏洞封好，之后再浇筑混凝土。矩形塑料盒的长度和宽度根据需要自行控制，矩形塑料盒的面积大小代表着不同的脱粘程度。
脱空缺陷的预制材料为一个闭口的矩形塑料盒，矩形塑料盒能在浇筑混凝土前通过特定方法固定在钢管内部的预设位置，也能在浇筑过程利用混凝土的支撑作用进行固定。矩形塑料盒的尺寸及其距钢管内壁的距离均根据需要自行控制，矩形塑料盒的面积大小代表不同的脱空程度，矩形塑料盒距钢管内壁的距离代表缺陷的深度。
在实验室测试中，敲击预制好的含结构缺陷的钢管混凝土构件，采用装有力传感器的力锤以特定力度对含结构缺陷的钢管混凝土构件的缺陷中心区域进行敲击，采集敲击过程中的力信号特征，同时通过声音采集器采集敲击过程的声音信号特征。
提取力信号和声音信号特征值。
对于力信号特征提取：
①原始获取的力信号为时域信号，通过总电路板10的提取力信号的脉冲持续时间△t作为第1个特征值s1，脉冲持续时间△t的示意图如图6所示；
②对时域信号进行傅里叶变换
其中：ω＝2πf，f(t)为时域数据序列，F(ω)为频域的普函数序列。
将时域信号转换为频域信号，提取R指标为力信号的高频率面积占比，作为第2个特征值时s2，如图7所示；
R指标的计算公式如下：
R＝B/(A+B)
如图所示，A表示力信号频谱中被fb分割的低频率的面积，B表示力信号频谱中被fb分割的高频率的面积，fb通常取fmax的30％～50％。
(2)对于声音信号特征提取
①原始获取的声音信号同样为时域信号，提取声音的幅值A、波长L、衰减速率v三个统计参数分别作为第3、4、5个特征值s3、s4、s5；
②对于声音信号采用傅里叶变换将时域信号转化为频域信号，并将频域信号按最大值法进行归一化处理，提取功率谱归一化后1k～3kHz之间的能量Ng作为第6个特征值s6。
由此，得到了不同缺陷类型不同缺陷程度的钢管混凝土力信号和声音信号特征。当对现场钢管混凝土某个部位进行检测时，能提取其相应的特征，并以这些特征作为输入向量，通过机器学习算法进行分类，即可得到预测的缺陷类型和缺陷程度。当对判别结果有异议时，可采用其他方法如超声波法、钻孔法等进行验证。
本具体实施例还提供了采用融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置进行缺陷检测方法，包括如下步骤：
步骤一，接通电源，建立控制器27与敲击装置的通信，预设好敲击力参数和降噪算法，所述敲击力参数包括敲击力大小和敲击力频率，所述降噪算法包括小波阈值法和经验模式分解法；
步骤二，将敲击装置紧贴于待检测钢管混凝土构件上，通过执行模块控制激振器9驱动锤头16按步骤一预设好的敲击力参数敲击待检测钢管混凝土构件；
步骤三，通过执行模块控制力传感器15实时采集待检测钢管混凝土构件敲击过程中的力信号特征，力信号特征包括力信号持续时间和力峰值，控制北斗装置13实时获取待检测钢管混凝土构件敲击的位置信息，控制声音采集器12实时采集敲击待检测钢管混凝土构件产生的声音信号特征，声音信号特征包括梅尔倒谱系数和最大峰值频域，控制声音放大器11放大声音采集器12采集的声音，并通过步骤一的降噪算法对声音放大器11放大的声音进行降噪；
步骤四，通过特征提取器提取并融合步骤三中待检测钢管混凝土构件的力信号和声音信号的特征值构造成特征向量，缺陷数据库通过该特征向量识别待检测钢管混凝土构件的结构缺陷，分类算法包括支撑向量机和决策树分类算法，采用分类算法对待检测钢管混凝土构件的结构缺陷进行分类后，获得待检测钢管混凝土构件结构缺陷信息，所述结构缺陷信息包括位置信息、缺陷类型和缺陷程度。

Claims (8)

1.融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置，其特征在于，包括敲击装置和控制器，所述敲击装置包括壳体、安装在壳体顶部的WIFI天线、安装于壳体底部的隔音罩和设置于壳体内的激振器、声音放大器、声音采集器、北斗装置、螺杆、力传感器、锤头，所述壳体内中部设有激振器室，激振器安装在激振器室内，且底部两侧通过垫块支撑，螺杆顶部连接激振器，底部活动穿过壳体底部和隔音罩顶部连接力传感器，力传感器连接锤头，北斗装置位于壳体底部，声音采集器贯穿设置在壳体底部和隔音罩顶部之间，所述控制器为PC机，PC机包括执行模块和分析模块，执行模块用于控制激振器驱动锤头敲击过程、控制力传感器采集敲击过程的力信号，控制声音采集器采集声音信号，控制降噪算法对声音放大器放大的声音信号进行降噪；分析模块包括特征提取器、分类算法和根据现有含结构缺陷的钢管混凝土构件建立缺陷数据库，特征提取器用于提取和融合待检测钢管混凝土构件的力信号和声音信号的特征值构造成特征向量；分类算法用于对待检测钢管混凝土构件的结构缺陷进行分类；缺陷数据库用于存储不同缺陷类型钢管混凝土构件的力信号和声音信号特征，并为待检测钢管混凝土构件提供对照数据源。
2.根据权利要求1所述的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置，其特征在于，还包括把手、隔板、电池一、电池二、电池三、开关一、开关二、开关三和总电路板，所述把手安装在壳体顶部，所述激振器室两侧分别通过隔板连接壳体内侧，总电路板、声音放大器和电池三分别位于隔板上，电池一提供激振器的电源，电池二提供北斗装置的电源，安装于壳体底部一侧，电池三分别提供总电路板、声音放大器、声音采集器和力传感器的电源，开关一、开关二、开关三分别连接电池一、电池二和电池三，且分别安装在壳体外侧，WIFI天线、激振器、声音放大器、声音采集器、北斗装置和力传感器分别连接总电路板，总电路板通过WIFI天线连接控制器。
3.根据权利要求1所述的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置，其特征在于，所述隔音罩为方形罩体，其顶部设有声音采集器孔，隔音罩至少两侧分别设有刻度线，隔音罩由隔音罩板模材质制成，其底部还依次安装有磁铁和软质胶体。
4.根据权利要求3所述的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置，其特征在于，所述隔音罩板模包括由外至内的硬质层、多空隙层和蜂窝层连接组成，硬质层为聚乙烯材料，多空隙层为纤维性吸声材料、泡沫吸声材料或颗粒吸声材料。
5.根据权利要求1或3所述的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置，其特征在于，所述隔音罩底部设有弧形部。
6.根据权利要求1所述的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置，其特征在于，所述根据现有含结构缺陷的钢管混凝土构件建立缺陷数据库包括：对现有含结构缺陷的钢管混凝土构件基于脱粘缺陷和脱空缺陷划分不同的缺陷类型，对于脱粘缺陷的钢管混凝土构件，在钢管内部的预设位置安装适合尺寸的橡胶片或矩形塑料盒后浇筑混凝土，根据适合尺寸的橡胶片或矩形塑料盒的面积大小划分不同的脱粘程度；对于脱空缺陷的钢管混凝土构件，在钢管内部的预设位置安装适合尺寸矩形塑料盒后浇筑混凝土，根据适合尺寸的矩形塑料盒的面积大小划分不同的脱空程度，根据适合尺寸的矩形塑料盒距离钢管内壁的距离划分不同的脱空缺陷深度；在实验室测试中提取到该含结构缺陷的钢管混凝土构件的所有缺陷类型、各个类型的缺陷程度和缺陷深度的力信号和声音信号特征，通过所有力信号和声音信号特征建立缺陷数据库。
7.一种权利要求1至6中任意一项所述的融合敲击力信号与声音信号的结构缺陷检测装置的缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，接通电源，建立控制器与敲击装置的通信，预设好敲击力参数和降噪算法；
步骤二，将敲击装置紧贴于待检测钢管混凝土构件上，通过执行模块控制激振器驱动锤头按步骤一预设好的敲击力参数敲击待检测钢管混凝土构件；
步骤三，通过执行模块控制力传感器实时采集待检测钢管混凝土构件敲击过程中的力信号，控制北斗装置实时获取待检测钢管混凝土构件敲击的位置信息，控制声音采集器实时采集敲击待检测钢管混凝土构件产生的声音信号，控制声音放大器放大声音采集器采集的声音，并通过步骤一的降噪算法对声音放大器放大的声音进行降噪；
步骤四，通过特征提取器提取并融合步骤三中待检测钢管混凝土构件的力信号和声音信号的特征值构造成特征向量，缺陷数据库通过该特征向量识别待检测钢管混凝土构件的结构缺陷，通过分类算法对待检测钢管混凝土构件的结构缺陷进行分类后，获得待检测钢管混凝土构件结构缺陷信息。
8.根据权利要求7所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述敲击力参数包括敲击力大小和敲击力频率，所述降噪算法包括小波阈值法和经验模式分解法，所述分类算法包括支撑向量机和决策树分类算法，所述力信号特征包括脉冲持续时间和R指标，R指标为力信号的高频率面积占比，声音信号特征包括时域信号的幅值、波长、衰减速率和频域信号的能量，所述结构缺陷信息包括位置信息、缺陷类型和缺陷程度。
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