一種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法，主要用于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)體進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。利用剝離干擾技術(shù)剝離原始信號(hào)對(duì)回波信號(hào)的干擾，提取各點(diǎn)系統(tǒng)信號(hào)；通過(guò)截?cái)嗉夹g(shù)提取有效信號(hào)段；基于互相關(guān)算法提取參考信號(hào)并分析待測(cè)區(qū)域，對(duì)有無(wú)缺陷，缺陷大小做出定性判斷。經(jīng)過(guò)層層優(yōu)化處理，方法缺陷特征，實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)。本發(fā)明不但檢測(cè)方法簡(jiǎn)單而且結(jié)合利用幾種處理算法的優(yōu)點(diǎn)，提高了檢測(cè)的精確度，在日常環(huán)境下能夠提取出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷等信息，更有效地對(duì)橋梁或建筑等混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)和維護(hù)，可靠性高，有利于實(shí)際的推廣及使用。
【專利說(shuō)明】
一種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲無(wú)損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]混凝土作為一種長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用的建筑材料，一直被用在各種水利和土建等工程項(xiàng)目中，混凝土的質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量。波紋管廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)中，波紋管注漿壓漿是極其重要的工序，波紋管注漿壓漿不密實(shí)，直接導(dǎo)致橋梁、梁體結(jié)構(gòu)喪失使用性能，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題，波紋管注漿質(zhì)量檢測(cè)問(wèn)題急待解決.
[0003]從上個(gè)世紀(jì)20年代末開始，就有學(xué)者嘗試用超聲波來(lái)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)了。1929年，前蘇聯(lián)科學(xué)家開始嘗試?yán)贸暡▉?lái)檢測(cè)金屬內(nèi)部缺陷，并在之后研制了相關(guān)儀器；上個(gè)世紀(jì)40年代，美國(guó)學(xué)者提出了沖擊波式超聲檢測(cè)技術(shù)，能較準(zhǔn)確地檢測(cè)出厚鋼板內(nèi)部的缺陷位置及尺寸；上個(gè)世紀(jì)60年代，利用超聲波進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)作為一個(gè)有效而可靠的檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)被大量應(yīng)用于工業(yè)探傷領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外較常用的超聲檢測(cè)原理主要有:利用脈沖反射波進(jìn)行檢測(cè)，利用超聲波的衍射時(shí)差進(jìn)行檢測(cè)，利用透射波進(jìn)行檢測(cè)，利用應(yīng)力波的共振進(jìn)行檢測(cè)等。反射法，研究被測(cè)對(duì)象內(nèi)的氣泡、裂縫等結(jié)構(gòu)的反射回波及工件底面的反射回波信息，進(jìn)而對(duì)工件內(nèi)缺陷有無(wú)、缺陷大小、缺陷位置等進(jìn)行判定。衍射時(shí)差法，利用被測(cè)工件內(nèi)部的裂縫端點(diǎn)與超聲波相互作用產(chǎn)生的衍射信號(hào)來(lái)判斷裂縫的深度。穿透法，在被測(cè)工件一端發(fā)射超聲信號(hào)，并在另一端進(jìn)行接收，通過(guò)接收信號(hào)的幅度、相位等參數(shù)的變化來(lái)判斷缺陷情況。共振法，當(dāng)被測(cè)物體的厚度與入射超聲波的波長(zhǎng)達(dá)到一定的關(guān)系時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，因此被測(cè)物體內(nèi)部存在缺陷時(shí)，共振頻率將隨著缺陷厚度的變化而變化，利用這一原理即可測(cè)出缺陷的相關(guān)信息。
[0004]基于脈沖回波法的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越多且檢測(cè)識(shí)別效果也較好，但僅依靠脈沖回波法是有局限性的，因?yàn)榛炷潦怯伤嗍?、砂、碎石或卵石等不同的原材料組成，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，內(nèi)部存在各種不同的界面，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于衰減現(xiàn)象，入射超聲能量會(huì)隨著傳播距離的增加而逐漸減小，接收到的回波信號(hào)強(qiáng)度較低，且系統(tǒng)成分混疊，難以區(qū)分缺陷信息?，F(xiàn)如今信號(hào)處理算法如合成孔徑成像，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別，小波技術(shù)，信息熵技術(shù)等都運(yùn)用過(guò)在回波信號(hào)處理上，但僅依靠一種算法效果仍然有限。為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的信號(hào)優(yōu)化處理，可以組合使用多重信號(hào)處理方法，各取優(yōu)點(diǎn)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多重優(yōu)化，使特征更加明顯化，但這種多重處理方法的組合目前還不多。故而目前的方法檢測(cè)的準(zhǔn)確度及精度還都無(wú)法達(dá)到工程要求，實(shí)測(cè)中經(jīng)常出現(xiàn)誤判。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種結(jié)合多種處理方法的技術(shù)方案，經(jīng)剝離干擾、截取有效信號(hào)段及互相關(guān)技術(shù)等信號(hào)處理技術(shù)的組合進(jìn)行多次優(yōu)化回波信號(hào)后，找出缺陷特征信息，對(duì)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部波紋管注漿質(zhì)量情況作出準(zhǔn)確判斷。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0008]S1、在待檢測(cè)結(jié)構(gòu)體上沿波紋管軸向選取間隔距離相等的η個(gè)位置點(diǎn)，發(fā)射換能器依次在每個(gè)位置點(diǎn)上發(fā)射超聲波檢測(cè)信號(hào)Si (t)，接收換能器依次在每個(gè)位置點(diǎn)上接收超聲波檢測(cè)信號(hào)所返回的回波信號(hào)yi(t)，其中i表示位置點(diǎn)序號(hào)，i = 1，2…η ；
[0009]S2、對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行多重信號(hào)處理，從而找出缺陷。
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟S2對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行多重信號(hào)處理，從而找出缺陷包括如下步驟:
[0011]S21、剔除超聲波檢測(cè)信號(hào)Si(t)對(duì)回波信號(hào)yi(t)的干擾，求出系統(tǒng)信號(hào)Ni (t):首先運(yùn)用小波分解與重構(gòu)技術(shù)處理回波信號(hào)yi(t)，得到近似激勵(lì)信號(hào)Si，(t)，然后再根據(jù)公式(2)得到系統(tǒng)信號(hào)Ni (t):
[0012]Ni (t) = Yi (t) Θ Si, (t) (2)
[0013]其中，“Θ”代表解卷積運(yùn)算；
[0014]S22、從系統(tǒng)信號(hào)Ni⑴中截取有效信號(hào):首先根據(jù)波紋管前端距離dl以及后端距離d2，以及波速V，求出有效信號(hào)時(shí)間段范圍為:[2Xdl/v，2Xd2/v]，根據(jù)該時(shí)間段截取出有效信號(hào)Hi (t)；
[0015]S23、通過(guò)互相關(guān)技術(shù)處理截取出來(lái)的有效信號(hào)Hi (t)，找出缺陷。
[0016]進(jìn)一步的，通過(guò)互相關(guān)技術(shù)處理截取出來(lái)的有效信號(hào)Hi (t)，找出缺陷，包括如下步驟:
[0017]A、根據(jù)公式(3)將有效信號(hào)Hi (t)中i = 1，2…η時(shí)的每個(gè)信號(hào)值分別與Hi (t)本身所有的信號(hào)值做互相關(guān)運(yùn)算，為了區(qū)別期間將兩組Hi (t)分別標(biāo)記為Hi⑴與民(0，

【權(quán)利要求】
1.一種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟: 51、在待檢測(cè)結(jié)構(gòu)體上沿波紋管軸向選取間隔距離相等的η個(gè)位置點(diǎn)，發(fā)射換能器依次在每個(gè)位置點(diǎn)上發(fā)射超聲波檢測(cè)信號(hào)Si (t)，接收換能器依次在每個(gè)位置點(diǎn)上接收超聲波檢測(cè)信號(hào)所返回的回波信號(hào)yi(t)，其中i表示位置點(diǎn)序號(hào)，i = 1，2…η ； 52、對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行多重信號(hào)處理，從而找出缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟S2對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行多重信號(hào)處理，從而找出缺陷包括如下步驟: 521、剔除超聲波檢測(cè)信號(hào)Si(t)對(duì)回波信號(hào)yi(t)的干擾，求出系統(tǒng)信號(hào)Ni (t):首先運(yùn)用小波分解與重構(gòu)技術(shù)處理回波信號(hào)yi(t)，得到近似激勵(lì)信號(hào)Si，(t)，然后再根據(jù)公式(2)得到系統(tǒng)信號(hào)Ni (t):
Ni (t) = Yi (t) Θ Si, (t) (2) 其中，“Θ”代表解卷積運(yùn)算； 522、從系統(tǒng)信號(hào)Ni(t)中截取有效信號(hào):首先根據(jù)波紋管前端距離dl以及后端距離d2，以及波速V，求出有效信號(hào)時(shí)間段范圍為:[2 X d I /V，2 X d2/v]，根據(jù)該時(shí)間段截取出有效信號(hào)Hi⑴； 523、通過(guò)互相關(guān)技術(shù)處理截取出來(lái)的有效信號(hào)Hi(t)，找出缺陷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多重信號(hào)處理技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于:通過(guò)互相關(guān)技術(shù)處理截取出來(lái)的有效信號(hào)Hi (t)，找出缺陷，包括如下步驟: A、根據(jù)公式(3)將有效信號(hào)Hi(t)中i = 1，2…η時(shí)的每個(gè)信號(hào)值分別與Hi (t)本身所有的信號(hào)值做互相關(guān)運(yùn)算，為了區(qū)別期間將兩組Hi (t)分別標(biāo)記為Hi⑴與&(0，
其中，Raj0 ( τ )表示i位置點(diǎn)有效信號(hào)與j位置點(diǎn)有效信號(hào)的互相關(guān)運(yùn)算，其中1、j均為位置點(diǎn)序號(hào)；i = I, 2...η ；j = 1，2...η ;t表示Hi (t)和Hj (t)的離散時(shí)間點(diǎn)，τ表示時(shí)間延遲，M表示采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)； B、根據(jù)公式(4)、(5)求取Hi(t)各位置點(diǎn)有效信號(hào)與Hj(t)中各位置點(diǎn)有效信號(hào)之間的歸一化相關(guān)系數(shù)P (ij，構(gòu)建互相關(guān)系數(shù)矩陣A(i，j)
其中，Oi的均方差值，0」是民(0的均方差值； 再構(gòu)建互相關(guān)系數(shù)矩陣A(i，j)，確定參考信號(hào)，
找出互相關(guān)系數(shù)矩陣A(i，j)中值最大的歸一化相關(guān)系數(shù)將其記做P fof)，該P(yáng) (e,f)對(duì)應(yīng)著e位置點(diǎn)和f位置點(diǎn)的兩個(gè)有效信號(hào)，從兩個(gè)有效信號(hào)中任取一個(gè)，將其作為參考信號(hào)，記作Hk⑴； C、根據(jù)公式(6)將參考信號(hào)Hk(t)與Hi(t)中其余的η-l個(gè)位置點(diǎn)處的有效信號(hào)再次做互相關(guān)運(yùn)算，并求出Hk(t)與Hi(t)中剩余η-l個(gè)位置點(diǎn)的有效信號(hào)的歸一化相關(guān)系數(shù)p (k,i)；
其中，。，是扎⑴的均方差值，01是故(0的均方差值，i = 1，2~11，且1關(guān)k; 再構(gòu)建互相關(guān)系數(shù)矩陣B (k，i)，
B(k, i) = p (k；i) = [ P (k；1) P (k；2)......P (k,n)] ⑶， 其中i =丨，2…n，且i古k，矩陣B(k，i)中的互相關(guān)系數(shù)P (Μ)值越大說(shuō)明該系數(shù)所對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)的有效信號(hào)就越接近參考信號(hào)，待檢測(cè)結(jié)構(gòu)體中波紋管內(nèi)的混凝土在該位置點(diǎn)的缺陷就越小，值越小說(shuō)明該系數(shù)所對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)的有效信號(hào)越偏離參考信號(hào)，待檢測(cè)結(jié)構(gòu)體中波紋管內(nèi)的混凝土在該位置點(diǎn)的缺陷就越大，若值等于I則說(shuō)明該系數(shù)所對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)的有效信號(hào)與參考信號(hào)一致，待檢測(cè)結(jié)構(gòu)體中波紋管內(nèi)的混凝土在該位置點(diǎn)無(wú)缺陷，其中P ou)的取值范圍為(0，I],缺陷位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)于P (k；i)的下標(biāo)i。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104181234SQ201410438991
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】成錦, 韓慶邦, 陳媛, 朱昌平, 殷成, 李建, 湯一彬 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)