一种混凝土缺陷检测方法
阅读：434发布：2021-06-11
专利汇可以提供一种混凝土缺陷检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 混凝土 缺陷 检测方法。方法包括：在空间的不同 位置 顺序发射宽时宽带的线性调频 信号 ；接收回波信号；对于接收到的回波信号，将时域上的宽脉冲线性调频信号压缩到较短的时间段内，根据空间位置和 相位 关系对不同位置的回波信号进行相干跌价处理，形成等效的大孔径图像，基于所述的大孔径 图像识别 混凝土缺陷。本发明将 脉 冲压 缩 技术与合成孔径成像检测方法结合，提高了检测信号的 信噪比 以及 分辨率 ，有利于混凝土缺陷尤其是较小缺陷的探测。，下面是一种混凝土缺陷检测方法专利的具体信息内容。
1.一种混凝土缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括：
发射换能器在混凝土表面的不同位置顺序发射宽时宽带的线性调频信号；
接收换能器接收回波信号，并将接收到的回波信号中的时域上的宽脉冲线性调频信号压缩到较短的时间段内；
根据空间位置和相位关系对对应于所述不同位置的压缩后的回波信号进行相干叠加处理，形成等效的大孔径图像；
基于所述的大孔径图像识别混凝土缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收换能器将接收到的回波信号中的时域上的宽脉冲线性调频信号压缩到较短的时间段内，具体为：接收换能器将所述宽脉冲线性调频信号与参考信号做相关运算，从而将所述宽脉冲线性调频信号压缩到较短的时间段内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考信号通过以下方式获得：发射换能器与接收换能器直接对接，并发射所述宽时宽带的线性调频信号给所述接收换能器，接收换能器接收到的信号即为所述参考信号。
一种混凝土缺陷检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及声学检测领域，尤其涉及一种混凝土缺陷检测方法。
背景技术
[0003] 脉冲回波法是利用单发单收的方式进行缺陷的检测，超声波在被检构件内传播距离较长，能量大幅衰减后的回波信号常被淹没在噪声内，导致缺陷信号不易识别。超声相控阵将声束聚焦到特定区域，从而加大回波信号的信噪比。相控阵技术在提高穿透距离和信噪比方面是有益的，但该技术需要复杂的硬件和软件控制系统，在复杂介质中阵列信号的波束控制方面还存在一定难度。同时，现场检测条件较为复杂，较大孔径的换能器布设存在一定的困难。
[0004] 目前不存在既能提高超声检测的信噪比和分辨率，又方便实施的方案。
发明内容
[0005] 针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种混凝土缺陷检测方法，所述方法包括：发射换能器在混凝土表面的不同位置顺序发射宽时宽带的线性调频信号；接收换能器接收回波信号，并将接收到的回波信号中的时域上的宽脉冲线性调频信号压缩到较短的时间段内；根据空间位置和相位关系对对应于所述不同位置的压缩后的回波信号进行相干叠加处理，形成等效的大孔径图像；基于所述的大孔径图像识别混凝土缺陷。
[0006] 优选地，所述接收换能器将接收到的回波信号中的时域上的宽脉冲线性调频信号压缩到较短的时间段内，具体为：接收换能器将所述宽脉冲线性调频信号与参考信号做相关运算，从而将所述宽脉冲线性调频信号压缩到较短的时间段内。
[0007] 优选地，所述参考信号通过以下方式获得：发射换能器与接收换能器直接对接，并发射所述宽时宽带的线性调频信号给所述接收换能器，接收换能器接收到的信号即为所述参考信号。
[0009] 下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，据此本发明的优点将更加凸显。在附图中：
[0010] 图1为本发明实施例的检测场景示意图；
[0011] 图2为本发明实施例涉及的含缺陷混凝土试块/试件示意图；
[0012] 图3为本发明实施例的对应于发射LFM信号的经29个测点接收到的接收信号示意图；
[0013] 图4为本发明实施例的对应于发射短脉冲信号的经29个测点接收到的接收信号示意图；
[0014] 图5是本发明实施例的关于短脉冲接收信号与LFM压缩信号，针对第18个测点信噪比对比示意图；
[0015] 图6是本发明实施例的关于短脉冲激励的SAFT成像结果示意图；
[0016] 图7是本发明实施例的关于LFM激励的SAFT成像结果示意图。
具体实施方式
[0017] 下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0018] 鉴于现有方案之缺陷，考虑将脉冲压缩技术与合成孔径成像检测方法结合。
[0019] 所述合成孔径聚焦成像方法（SAFT）在空间的不同位置顺序发射并接收回波信号，根据空间位置和相位关系对不同位置的回波信号进行相干叠加处理，从而形成等效的大孔径。该方法能够有效提高超声检测的信噪比。
[0020] 所述脉冲压缩技术是在发射端发射宽时宽带的线性调频信号，从而增大发射信号的能量，在接收端通过相关接收的原理将时域上的宽脉冲线性调频信号压缩到很短的时间段之内，既保证了压缩信号的分辨率，又较大程度地提高信号的能量和信噪比，使探测深度大大增加。目前，脉冲压缩技术集中于水声领域和医疗研究领域，在工程地球物理领域应用较少。
[0021] 总体上，本发明的技术方案是以下述方式实现的：
[0022] 1）选取适合现场检测条件的并且谐振频带较宽的发射换能器和接收换能器。
[0023] 2）利用式（1）编辑线性调频编码信号Scode，f0为调频信号中心频率，采样时间间隔为Δt,幅度为A，时间宽度为T，调频带宽为B，信号调频斜率为 编码信号长度(采样点数)为M0，信号的中心频率f0宜与换能器的中心频率一致，线性调频信号的带宽宜选在换能器-6dB带宽范围内。
[0024] 为保证信号具备良好的脉冲压缩特性，线性调频信号的脉冲宽度T与带宽B的乘积宜大于10，且小于100。
[0025]
[0026] 0≤iΔt≤T，i为正整数,Δt为采样间隔。
[0027] 3）将编码信号Scode(iΔt)导入信号发生器用于激励，发射换能器与接收换能器直接对接，记录接收信号Sref，Sref作为参考函数，考虑到换能器的延迟,Sref的采样长度M1大于M0。
[0028] 4)根据超声波现场测试技术规范，采用反射法检测，采用收发分置的换能器装置，收-发换能器距离小于2cm，在混凝土表面标记N个等间隔的测点的位置，Scode(t)导入信号发生器激励换能器检测，记录N个测点的回波信号ei(t)（1≤i≤N），并且记录测点坐标(xi,yi)。为保证发射的宽时带信号全部被接收，接收信号长度（采样点数）M2应满足：M2大于M1与ΔL·sample_rate/Vestimate之和。其中，ΔL为被测混凝土厚度，sample_rate为采样频率，Vestimate为波速估计值，其中编码信号与采集信号的采样频率sample_rate应一致。
[0029] 5)利用式（2），参考函数Sref与接收信号ei做相关运算，得到N个压缩信号设M3＝M2+M1,
[0030]
[0031] 计算过程中若(k+m)大于M2,取ei(k+m)＝0。
[0032] 6）不考虑收、发换能器的间距影响，采用二维成像的网格长度为
[0033] Δl＝vp/sample_rate,设混凝土长l1,高l2,则横向网格总数为hnumber＝l1/Δl,纵向网格数为vnumber＝l2/Δl,得到初值为0的图像矩阵Ii(m,n)，1≤m≤hnumber，1≤n≤Vnumber。
[0034] 采用循环计算，n1从1增加至M3，步长为1，如果空间网格点(m,n)满足2 2 1/2
[(mΔl-Δl)+(nΔl-Δl)] ＝k·Δt/2·vp，（3）
[(mΔl-Δl)+(nΔl-Δl)] ＝k·Δt/2·vp，（3）
[0035] 则，图像矩阵
[0036] m,nl,n为整数，1≤nl≤M3，vp为混凝土纵波速度。
[0037] 7）对所有测点的压缩信号 进行(4)式的运算，并叠加，可得最终图像矩阵[0038] 根据缺陷的截面大小，建立图像矩阵Isum(m,n)的每个网格(m，n)的亮度由压缩信号 在 时刻波的幅度决定的。 是理论上的波从震源到缺陷目标点的传播时间。所有测点的压缩信号峰值都将在缺陷目标点对应的网格(maim,naim)进行振幅叠加，结果是(maim,naim)处幅值最大，相反，无缺陷网格处振幅较小。所有图像网格的振幅将以不同的色尺成像，缺陷将以亮带区域显示出来。
[0039] 下面结合附图对本发明实施例进行更加详细的说明，以便本领域人员更好地了解其原理以及实施细节。
[0040] 图1为检测示意图。为实施所述检测，制作如图2的混凝土试块，该试块长35cm、高29cm、厚10cm。中间有一长10cm、高3cm的矩形缺陷。线性调频信号激励，时宽20μs，带宽范围250kHz-750kHz。
[0041] 具体地，实行以下步骤：
[0042] （1）根据试块大小，将试块划分为横向176、垂直方向145个网格。通过实际测试，试块纵波波速为3970m/s。选用换能器中心频率500kHz,-6dB带宽500kHz。
[0043] （2）利用技术方案中的3）得到参考信号。
[0044] （3）收、发换能器间距为1cm，第一个测点距离试块的左边缘3cm,依次向右同步移动收发换能器，相邻测点距离1cm，共检测29个测点，检测信号如图3。
[0045] （4）对直达波信号进行相同振幅压制后，利用式（2）得到29个测点的脉冲压缩信号，如图4，压缩信号的信噪比提高程度见表1。
[0046] （5）利用检测方案6）和7）得到图5所示的成像结果，由图5，成像结果与实际缺陷位置较为吻合。
[0047] 为与短脉冲激励检测效果对比，用2个周期的频率为500kHz短脉冲激励，测试方式和脉冲压缩方法测试方式相同。接收信号如图4。对比LFM检测的第18个测点的信号压缩后，较短脉冲检测信噪比提高约8dB，如图5。
[0048] 为对比SAFT图像效果，SAFT成像时只计算12dB以内的信号幅值，图6和图7分别为短脉冲激励的接收信号和LFM激励压缩信号的SAFT成像结果，两种方法均能对混凝土内部的缺陷位置进行成像，图6的缺陷成像位置略低于图7的缺陷位置，两图的亮带成像长度均能表明缺陷的横向长度。图6中的噪声点要明显高于图7中噪声点，表明脉冲压缩方法能够明显提高缺陷检测的信噪比。
[0049] 综上，可见本发明的关键点和优点如下：
[0050] 1）发射线性调频信号具有宽时、宽带特性，具有良好的压缩特性，压缩后信号的信噪比较高。
[0051] 2）发射信号的宽时、宽带特性决定信号的能量较大，能够穿透长距离的被检构件。
[0054] 4）计算得到的检测图像噪音点少，容易对缺陷的识别。
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