CN115219601A - 一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法 - Google Patents

一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115219601A
CN115219601A CN202210670900.1A CN202210670900A CN115219601A CN 115219601 A CN115219601 A CN 115219601A CN 202210670900 A CN202210670900 A CN 202210670900A CN 115219601 A CN115219601 A CN 115219601A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sound wave
wave signal
secondary lining
void
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210670900.1A
Other languages
English (en)
Inventor
魏克敏
卢永雄
杜功志
聂传杰
秦沛强
胡晨茜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Technology
Original Assignee
Wuhan Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Technology filed Critical Wuhan Institute of Technology
Priority to CN202210670900.1A priority Critical patent/CN115219601A/zh
Publication of CN115219601A publication Critical patent/CN115219601A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/048—Marking the faulty objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法，包括：激振装置、声波信号采集装置和芯片；声波信号采集装置用于：当激振装置对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，采集待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；声波信号采集装置还用于：对第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至芯片；芯片用于：根据第二声波信号，得到待测二次衬砌表面的脱空检测结果。本实施例的技术方案采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本实施例的技术方案采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。

Description

一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法
技术领域
本发明涉及隧道衬砌检测领域，尤其是涉及一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法。
背景技术
隧道二次衬砌结构作为支护和安全储备，常存在厚度不足、脱空、不密实等缺陷，其中二次衬砌脱空在各类病害中占有的比重最大。目前，无损检测技术已经越来越多的应用于新建隧道的衬砌质量检测和运营隧道的正常维护。无损检测不会对隧道衬砌结构产生破坏，利用基于声、光、电和磁等原理，就可以检查衬砌结构表面和内部的病害情况。根据TB10223-2004《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》可知，当中提出了地质雷达法和声波法可用于检测衬砌质量。但地质雷达在检测隧道二次衬砌脱空时，往往会因为二次衬砌结构中钢筋网架对雷达发出的超声波产生屏蔽的影响，造成检测结果不准，影响对脱空的判断。由于敲击法(声波法)检测不受二次衬砌结构中钢筋屏蔽带来的干扰，因此本发明采用声波法对二次衬砌脱空进行检测判定。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法。
本发明的一种隧道二次衬砌脱空检测系统的技术方案如下：
包括：激振装置、声波信号采集装置和芯片；
所述声波信号采集装置用于：当所述激振装置对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；
所述声波信号采集装置还用于：对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至所述芯片；
所述芯片用于：根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
本发明的一种隧道二次衬砌脱空检测系统的有益效果如下：
本发明的系统采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本发明的系统采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。
在上述方案的基础上，本发明的一种隧道二次衬砌脱空检测系统还可以做如下改进。
进一步，所述激振装置包括：轨道检测车和冲击筒；
所述声波信号采集装置用于设置在所述轨道检测车上，所述冲击筒设置在所述轨道检测车的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
进一步，所述声波信号采集装置为：拾音器。
进一步，所述芯片具体用于：
对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；
采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；
根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；其中，所述预设检测算法为：
Figure BDA0003688495750000021
α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65×F1)，C2＝T2(1+1.65×F2)，
Figure BDA0003688495750000022
Figure BDA0003688495750000031
F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，Fm为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，FR为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，
Figure BDA0003688495750000032
为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，FE为E的离散系数。
进一步，所述芯片还用于：
对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；
对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；
根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。
本发明的一种隧道二次衬砌脱空检测方法的技术方案如下：
当激振装置对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，声波信号采集装置采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；
所述声波信号采集装置对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至芯片；
所述芯片根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
本发明的一种隧道二次衬砌脱空检测方法的有益效果如下：
本发明的方法采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本发明的方法采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。
在上述方案的基础上，本发明的一种隧道二次衬砌脱空检测方法还可以做如下改进。
进一步，所述激振装置包括：轨道检测车和冲击筒；
所述声波信号采集装置设置在所述轨道检测车上，所述冲击筒设置在所述轨道检测车的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
进一步，所述声波信号采集装置为：拾音器。
进一步，所述芯片根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果，包括：
所述芯片对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；
所述芯片采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；
所述芯片根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；其中，所述预设检测算法为：
Figure BDA0003688495750000041
α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65×F1)，C2＝T2(1+1.65×F2)，
Figure BDA0003688495750000042
Figure BDA0003688495750000043
F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，Fm为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，FR为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，
Figure BDA0003688495750000044
为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，FE为E的离散系数。
进一步，还包括：
所述芯片对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；
所述芯片对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；
所述芯片根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。
附图说明
图1为本发明实施例的一种隧道二次衬砌脱空检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种隧道二次衬砌脱空检测系统中的激振装置的工作原理结构图；
图3为本发明实施例的一种隧道二次衬砌脱空检测方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例的一种隧道二次衬砌脱空检测系统100，包括：激振装置110、声波信号采集装置120和芯片130；
所述声波信号采集装置120用于：当所述激振装置110对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号。
其中，本实施例中采用的激振方式为声波法。
其中，第一声波信号为声波信号采集装置120所采集的声波的模拟信号。
所述声波信号采集装置120还用于：对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至所述芯片130。
其中，声波信号采集装置120中还设置有AD数据采集卡，用于将模拟信号进行模数转换，得到第二声波信号；第二声波信号为所采集的声波的数字信号。
所述芯片130用于：根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
其中，芯片130相当于上位机，能用于对采集的数字信号进行处理与计算等操作。
较优地，所述激振装置110包括：轨道检测车111和冲击筒112。
其中，如图2所示，本实施例的激振装置110由轨道专用的轨道检测车111和冲击筒112组成。
所述声波信号采集装置120用于设置在所述轨道检测车111上，所述冲击筒112设置在所述轨道检测车111的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
具体地，激振装置110的主要特点：(1)轨道检测车111自运行时的噪声低，搭载驱动电机113用于驱动轨道检测车111前进(后退)，轨道检测车上搭载声波信号采集装置120；(2)轨道检测车搭载里程计和录像装置，记录检测过程与现场实况；(3)轨道检测车搭载折叠式的伸缩架114，伸缩架114前端搭载冲击筒112，伸缩架114最大伸展长度可达衬砌表面；(4)伸缩架114前端装载至少两个测距模块115(红外测距模块)，可自动检测障碍及实现避障(隧道内接触网与定位桩)；(5)冲击筒112的内部锤头采用铁或低碳钢材料，单次激发无重复打击，且激振时产生噪声小。
较优地，所述声波信号采集装置120为：拾音器。
其中，本实施例的声波信号采集装置120采用高灵敏定向拾音器，用于采集第一声波信号，并对第一声波信号进行模数转化后，得到第二声波信号，并能将转化后的第二声波信号发送至芯片130。
需要说明的是，本实例的声波信号采集装置120还可以是其他的声波信号采集装置，只需能够实现本发明的技术方案即可，在此不设限制。
较优地，所述芯片130具体用于：
对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号。
其中，对第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析的过程为本领域的现有技术，在此不过多赘述。第二声波信号对应一个时域图，目标声波信号对应一个频域图。
采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数。
其中，根据目标声波信号对应的频谱图能够得到对应的卓越周期和重心周期。第一脱空阈值和第二脱空阈值只是针对于待测隧道衬砌本身的一个材料特性值，参与最后脱空指数的计算。具体地，在计算脱空阈值时，需要先得出激振装置110与二次衬砌表面的接触时间T0，再计算出振动卓越周期T1＝T0/1.25。根据误差传播定律，计算脱空阈值需要的参数有：待测二次衬砌表面的衬砌结构质量、激振装置的前端曲率半径、激振装置的激振速度和隧道的衬砌结构的动弹性模量的离散系数。
其中，所述预设检测算法为：
Figure BDA0003688495750000071
α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65×F1)，C2＝T2(1+1.65×F2)，
Figure BDA0003688495750000072
Figure BDA0003688495750000073
F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，Fm为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，FR为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，
Figure BDA0003688495750000074
为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，FE为E的离散系数。
需要说明的是，卓越周期指的是引起隧道二次衬砌振动最显著的一个谐波分量的周期，该周期与衬砌厚度及衬砌的材料特性有关。重心周期是为了减少卓越周期因噪声、诱发模态等因素在判定脱空阈值带来的影响，而引入的一个概念，它和卓越周期的变异系数相同，由卓越周期计算而来。
根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
其中，目标脱空指数的判定范围是根据数据计算以及结合实验验证，验证方式即在空洞周围敲击并采集声波数据进行计算，分析在空洞正中心处敲击及无空洞处敲击时，两处数据计算得出的脱空指数差异。因此，目标脱空指数越大即表明内部存在空洞的几率越大。在空洞正中心向四周延伸进行敲击，计算不同的距离处脱空指数的结果，即能得出判断范围。因为每处的具体情况不同，对于脱空指数计算结果的判断可能会有不同，结合对照实验再确定每处隧道的脱空指数判断范围。假设此时得到的判定范围规定：当目标脱空指数≥1.5时，待测二次衬砌表面的脱空检测结果为缺陷；当1≤目标脱空指数<1.5时，待测二次衬砌表面的脱空检测结果为疑似缺陷；当目标脱空指数<1时，待测二次衬砌表面的脱空检测结果为混凝土密实。若此时目标脱空指数为1.8时，则判定待测二次衬砌表面的脱空检测结果为缺陷。
较优地，所述芯片130还用于：
对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号。
其中，第一训练声波信号为训练数据，芯片130接收到第一训练声波信号后，对该信号进行绘图，得到声波原始波形图(时域图)，观察采集到的声波原始波形图，观察剔除异常或质量较差的信号样本。对信号进行截取，保留振幅大、变化明显的敲击振动成分，提高信噪比，细化信号特征研究；因此预处理后的信号为第二训练声波信号。
对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值。
其中，经过傅里叶变换及小波分析所得到的频域图中的脱空与密实会有极大的差异，主要表现为：对密实处进行激振时，声波的高频成分远大于低频成分；对脱空处进行激振时，声波的低频成分大于高频成分；直观表现为激振密实处时频域图中主要频域为高频。
其中，训练特征值为本实施例中通过激振不同的材料(如不同厚度、不同强度等级的混凝土材料)，使用不同的激振装置等实验情况，探究不同激振条件下频域图表现出的频域图特征。
其中，本实施例的训练数据通过连续激振同一个点三次或以上，采取对照实验，激振内部密实的隧道衬砌，再激振内部有确定脱空的隧道衬砌，实验后对比频域图的差距，进而验证结论是否正确。
其中，本实施例中的各项指数的离散系数是通过经过预处理的训练数据得到的。需要说明的是，离散系数又称变异系数。离散系数是测度数据离散程度的相对统计量，主要是用于比较不同样本数据的离散程度。离散系数大，说明数据的离散程度也大；离散系数小，说明数据的离散程度也小。其计算公式为：c＝标准差/平均值标准差和平均值即由每次数据计算得出。
根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。
其中，通过收集所有的训练特征值，分析不同情形下的频域图所表现的特征，重复进行验证，从而得到预设检测算法。
本实施例的技术方案采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本实施例的技术方案采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。
如图3所示，本实施例的一种隧道二次衬砌脱空检测方法，包括如下步骤：
S1、当激振装置110对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，声波信号采集装置120采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；
S2、所述声波信号采集装置120对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至芯片130；
S3、所述芯片130根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
较优地，所述激振装置110包括：轨道检测车111和冲击筒112；
所述声波信号采集装置110用于设置在所述轨道检测车111上，所述冲击筒112设置在所述轨道检测车的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
较优地，所述声波信号采集装置120为：拾音器。
较优地，所述S3包括：
S31、所述芯片130对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；
S32、所述芯片130采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；
S33、所述芯片130根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；
其中，所述预设检测算法为：
Figure BDA0003688495750000101
α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65×F1)，C2＝T2(1+1.65×F2)，
Figure BDA0003688495750000102
Figure BDA0003688495750000103
F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，Fm为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，FR为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，
Figure BDA0003688495750000104
为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，FE为E的离散系数。
较优地，还包括：
所述芯片130对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；
所述芯片130对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；
所述芯片130根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。
本实施例的技术方案采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本实施例的技术方案采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。
上述关于本实施例的一种隧道二次衬砌脱空检测方法中的各参数和步骤实现相应功能的过程，可参考上文中关于一种隧道二次衬砌脱空检测系统100的实施例中的各参数和模块，在此不做赘述。
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。其中，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (10)

1.一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，包括：激振装置(110)、声波信号采集装置(120)和芯片(130)；
所述声波信号采集装置(120)用于：当所述激振装置(110)对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；
所述声波信号采集装置(120)还用于：对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至所述芯片(130)；
所述芯片(130)用于：根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述激振装置(110)包括：轨道检测车(111)和冲击筒(112)；
所述声波信号采集装置(120)设置在所述轨道检测车(111)上，所述冲击筒(112)设置在所述轨道检测车(111)的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
3.根据权利要求1所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述声波信号采集装置(120)为：拾音器。
4.根据权利要求1所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述芯片(130)具体用于：
对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；
采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；
根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；其中，所述预设检测算法为：
Figure FDA0003688495740000011
α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65×F1)，C2＝T2(1+1.65×F2)，
Figure FDA0003688495740000021
Figure FDA0003688495740000022
F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，Fm为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，FR为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，
Figure FDA0003688495740000023
为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，FE为E的离散系数。
5.根据权利要求4所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述芯片(130)还用于：
对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；
对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；
根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。
6.一种隧道二次衬砌脱空检测方法，其特征在于，包括：
当激振装置(110)对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，声波信号采集装置(120)采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；
所述声波信号采集装置(120)对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至芯片(130)；
所述芯片(130)根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
7.根据权利要求6所述的一种隧道二次衬砌脱空检测方法，其特征在于，所述激振装置(110)包括：轨道检测车(111)和冲击筒(112)；
所述声波信号采集装置(120)设置在所述轨道检测车(111)上，所述冲击筒(112)设置在所述轨道检测车(111)的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
8.根据权利要求6所述的一种隧道二次衬砌脱空检测方法，其特征在于，所述声波信号采集装置(120)为：拾音器。
9.根据权利要求6所述的一种隧道二次衬砌脱空检测方法，其特征在于，所述芯片(130)根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果，包括：
所述芯片(130)对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；
所述芯片(130)采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；
所述芯片(130)根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；其中，所述预设检测算法为：
Figure FDA0003688495740000031
α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65×F1)，C2＝T2(1+1.65×F2)，
Figure FDA0003688495740000032
Figure FDA0003688495740000033
Figure FDA0003688495740000034
F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，Fm为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，FR为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，
Figure FDA0003688495740000035
为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，FE为E的离散系数。
10.根据权利要求9所述的一种隧道二次衬砌脱空检测方法，其特征在于，还包括：
所述芯片(130)对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；
所述芯片(130)对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；
所述芯片(130)根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。
CN202210670900.1A 2022-06-10 2022-06-10 一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法 Pending CN115219601A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210670900.1A CN115219601A (zh) 2022-06-10 2022-06-10 一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210670900.1A CN115219601A (zh) 2022-06-10 2022-06-10 一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115219601A true CN115219601A (zh) 2022-10-21

Family

ID=83608479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210670900.1A Pending CN115219601A (zh) 2022-06-10 2022-06-10 一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115219601A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115980189A (zh) * 2023-03-06 2023-04-18 中铁西南科学研究院有限公司 一种基于冲击回波信号的隧道衬砌脱空检测方法及系统
CN116203131A (zh) * 2023-04-28 2023-06-02 中国铁建高新装备股份有限公司 检测隧道脱空的方法、装置、及电子设备、存储介质

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115980189A (zh) * 2023-03-06 2023-04-18 中铁西南科学研究院有限公司 一种基于冲击回波信号的隧道衬砌脱空检测方法及系统
CN116203131A (zh) * 2023-04-28 2023-06-02 中国铁建高新装备股份有限公司 检测隧道脱空的方法、装置、及电子设备、存储介质
CN116203131B (zh) * 2023-04-28 2023-09-15 中国铁建高新装备股份有限公司 检测隧道脱空的方法、装置、及电子设备、存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115219601A (zh) 一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法
CN102721747B (zh) 一种非共线非线性超声无损检测方法
CN206583854U (zh) 一种钢轨扣件松紧状态的监测装置
CN111487315A (zh) 一种隧道衬砌厚度和脱空的声频无损检测方法
CN107436326A (zh) 高速铁路轨下结构缺陷快速无损检测装置及方法
CN110455917B (zh) 一种混凝土裂缝修补质量检测方法
EP0655623A1 (en) Relative resonant frequency shifts to detect cracks
CN103852523B (zh) 基于声发射技术判别预应力混凝土梁结构损伤类型的系统及方法
CN101561379A (zh) 一种用于结构损伤检测的敲击扫描方法
CN102183226B (zh) 基于多源信息融合的锚杆无损检测方法
CN101620203B (zh) 基于小波理论的机械设备缺欠超声检测设备
CN102183582A (zh) 超声波无损检测装置及其方法
CN107340334A (zh) 一种水下桥墩体内损伤检测方法
CN207215758U (zh) 高速铁路轨下结构缺陷快速无损检测车
CN115791596A (zh) 一种基于3d激光测振的界面损伤综合测试系统及方法
CN101419196A (zh) 一种禽蛋细小裂纹的敲击响应检测装置及方法
CN114942436A (zh) 基于地质雷达及深度学习的隧道衬砌病害识别方法及系统
CN113155967A (zh) 一种相控阵非线性激光超声检测系统
CN113533510B (zh) 一种钢轨疲劳微裂纹识别方法及装置
CN114942268A (zh) 基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损检测方法及巡检系统
CN105403627A (zh) 一种用于增强超声检测图像横向分辨率的方法
CN207764171U (zh) 一种隧道缓震滚动轮及其气动式隧道脱空检测锤击仪
CN113219054A (zh) 一种磁瓦内部缺陷检测装置及检测方法
CN116399948A (zh) 一种水闸混凝土底板局部脱空监测方法及系统
CN110988138B (zh) 一种焊接件质量检测装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination