混凝土裂縫精確定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬混凝土監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種混凝土裂縫精確定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著施工技術(shù)的不斷進步和新型材料的使用，巨型工程、超高層等重大工程已廣泛進入人們的視線。伴隨而來的安全性問題也愈發(fā)嚴重，如何對重大工程進行實時、在線監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，為采取有效措施盡可能多的爭取時間，已成為當今工程界的重點及難點問題。混凝土作為土木工程應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，對其進行深入研究，建立混凝土-損傷一體化模型，對進行工程實時、在線監(jiān)測具有重要的價值?；炷两Y(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)裂縫是一個普遍現(xiàn)象，裂縫擴展到一定的寬度，就會引起滲水、鋼筋銹蝕等問題，直接破壞混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和安全性，嚴重影響工程的使用，以致不得不采取補救措施，費時費力，耗資巨大。及時捕捉檢測到混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，必能有效地提高安全監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警作用。
[0003]聲發(fā)射是材料應(yīng)變能量快速釋放而產(chǎn)生的瞬時彈性波。這種彈性波承載著豐富的材料損傷過程中的聲源信息，利用聲發(fā)射傳感器可以將其接收。通過儀器檢測、記錄和分析AE信號，并反演聲聲發(fā)射源信息的技術(shù)稱之為聲發(fā)射技術(shù)。作為一種動態(tài)無損檢測技術(shù)，其可長期、連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性和超限報警，對于結(jié)構(gòu)損傷分析研究和獲取材料內(nèi)部開裂信息是一種行之有效的方法，其中通過AE源定位技術(shù)獲得的關(guān)于材料內(nèi)部損傷時空分布的源定位信息被稱為最有價值的信息。聲發(fā)射信號處理能夠了解聲發(fā)射源的位置、性質(zhì)和嚴重程度。在相關(guān)工程應(yīng)用方面，精確定位結(jié)構(gòu)中缺陷的位置并評估其危險程度，進而采取措施進行補救，也是無損檢測的主要功能與最終目的?；诼暟l(fā)射技術(shù)的裂縫定位方法可分為兩大類，即區(qū)域定位法和定點定位法(也稱為時差定位法)。區(qū)域定位法所確定的聲源位置僅表示為一區(qū)域，具有一定的不確定性。定點法是通過處理三個或三個以上的聲發(fā)射傳感器采集到信號的到達時間測量數(shù)據(jù)來對未知聲發(fā)射源位置進行定位，是一種重要的無源定位方法，可分為線性定位、平面定位及三維定位。該方法是首先要估計出聲發(fā)射源到達各陣元傳感器的相對時間差，再通過時間差計算出各傳感器到聲發(fā)射源的距離差，最后由幾何算法或搜索確定具體聲發(fā)射源的位置，定位結(jié)果受聲速影響顯著。由于到達時間差的測量具有絕對性，沒有模糊性，所需信道數(shù)量少，時差測向定位適應(yīng)的工作頻帶寬，定位精度高，這項技術(shù)對各向同性材料在保持高精度測向定位的同時不會產(chǎn)生相位模糊。目前混凝土裂縫定位監(jiān)測手段主要是外貼聲發(fā)射傳感器于混凝土構(gòu)件表面，存在著傳感器與混凝土界面的粘接、耦合問題，傳感精度會大幅度降低，進而導(dǎo)致裂紋定位不準確。同時，混凝土是典型的各項異性材料，聲波在傳播的過程中存在著衰減、反射、畸變。而由實驗測得的聲速并非定值，聲速對定位結(jié)果影響顯著。實際應(yīng)用中，通過可探測到聲發(fā)射信號，卻難以找到聲發(fā)射源的確切位置。如何提高裂縫的定位精度，最大程度降低漏定位和偽定位，是聲發(fā)射定位與評定中的一個重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對上述不足，為實現(xiàn)對裂縫的精確定位，本發(fā)明提供一種混凝土裂縫精確定位方法。與現(xiàn)有定位技術(shù)相比，本發(fā)明采用埋入式聲發(fā)射傳感器對混凝土的裂縫進行監(jiān)測。因為傳感器埋入混凝土中，受混凝土包裹，能夠接收各個方向的聲波，并且信號幅值大，首波明顯，減少聲速對定位結(jié)果的影響，繼而達到精確定位的目的。該方法是將聲發(fā)射傳感器經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器通過同軸電纜與聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備相連，所用聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備為美國物理聲學(xué)公司的PC1-2系統(tǒng)。用斷鉛信號模擬混凝土開裂，用PC1-2的三維定位功能對裂縫進行定位。經(jīng)過監(jiān)測后，模擬裂縫監(jiān)測試驗的結(jié)果與使用相同靈敏度傳感器外貼于同一試件表面的模擬裂縫監(jiān)測結(jié)果相比，對定位數(shù)據(jù)進行分析，埋入式聲發(fā)射傳感器監(jiān)測結(jié)果中，絕對坐標誤差減小38.3%，平均標準差減小51.3%，埋入式聲發(fā)射傳感器定位準確性更高，離散性小，極大提高了聲源的定位精度。
[0005]本發(fā)明提供了一種應(yīng)用與混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的精確定位技術(shù)，操作簡單，結(jié)構(gòu)合理，使用方便，對進行混凝土試驗研究具有重要的意義。
[0006]本發(fā)明對混凝土裂縫定位精確，最大程度降低漏定位和偽定位。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明聲發(fā)射傳感器在混凝土的中布置及與聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備的連接示意圖；
圖2是本發(fā)明監(jiān)測時的斷鉛測點示意圖；
圖3是試驗中的埋入式聲發(fā)射三維定位結(jié)果；
圖4是試驗中的外置式聲發(fā)射三維定位結(jié)果。
[0008]圖中，1、埋入式聲發(fā)射傳感器，2、混凝土，3、同軸屏蔽電纜，4、聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備。
【具體實施方式】
[0009]下面通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應(yīng)該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對具體內(nèi)容進行限定。
[0010]參照附圖，一種混凝土裂縫精確定位方法，該方法是將聲發(fā)射傳感器經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器通過同軸屏蔽電纜與聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備相連。聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備用于記錄和分析聲發(fā)射源信息。依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號來定位具體聲發(fā)射源(裂縫)的位置，同時觀察其發(fā)展變化趨勢。所用聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備為美國物理聲學(xué)公司的PC1-2系統(tǒng)。所說的聲發(fā)射傳感器I的個數(shù)為四個，選取基點0，以基點O為準分別確定四個聲發(fā)射傳感器I的具體坐標位置，并布置于混凝土 2中，四個聲發(fā)射傳感器I分別通過同軸屏蔽電纜3引出，至聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備4，用于接收聲發(fā)射信號，聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備用于記錄和分析聲發(fā)射源信息。本發(fā)明中，聲發(fā)射傳感器的布置是關(guān)鍵。目前，在工程領(lǐng)域應(yīng)用主要的聲發(fā)射傳感器的布置方式是將其外貼與混凝土表面，存在著傳感器與混凝土界面的粘接、耦合問題，傳感精度會大幅度降低，進而導(dǎo)致裂紋定位不準確。同時，混凝土是典型的各項異性材料，聲波在傳播的過程中存在著衰減、反射、畸變。而由實驗測得的聲速并非定值，聲速對定位結(jié)果影響顯著。實際應(yīng)用中，通過可探測到聲發(fā)射信號，卻難以找到聲發(fā)射源的確切位置。本發(fā)明中采用埋入式聲發(fā)射傳感器。將聲發(fā)射傳感器作為一個大骨料埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，因為傳感器埋入混凝土中，受混凝土包裹，能夠接收各個方向的聲波，并且信號幅值大，首波明顯，減少聲速對定位結(jié)果的影響，繼而達到精確定位的目的。
[0011]該混凝土裂縫精確定位方法的使用方法是:將聲發(fā)射傳感器依具體情況埋入建筑時的混凝土中。監(jiān)測時，傳感器接收混凝土因開裂等引起的聲發(fā)射信號，通過屏蔽線接聲發(fā)射監(jiān)測裝置，依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號來定位具體聲發(fā)射源(裂縫)的位置，同時觀察其發(fā)展變化趨勢。
[0012]下面以試驗室實施例對本發(fā)明的工作原理加以說明。
[0013]本試驗為混凝土試件上聲發(fā)射信號三維定位實驗，通過斷鉛來模擬聲發(fā)射信號。本試驗研究的主要內(nèi)容是利用埋入式聲發(fā)射傳感器來定位監(jiān)測斷鉛模擬聲發(fā)射源的具體位置及聲源信息，探討埋入式聲發(fā)射傳感器三維定位對提高定位精度的有效性。試驗設(shè)計如下:首先，將本發(fā)明的傳感器分別置于混凝土中制成模塊，混凝土試件尺寸為500mm500mm400mm,與聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)相連，在聲發(fā)射系統(tǒng)中建立傳感器監(jiān)測矩陣，以設(shè)定O點為基點，本實驗中埋入式各傳感器坐標具體如下，1# (400, 300, 20),2# (480，100,400)、3# (100, 300, 480),4# (20,100,100)。設(shè)置好相關(guān)聲發(fā)射參數(shù)，在試件上確定預(yù)斷鉛點，如圖2所示，每個點上斷鉛10次，形成斷鉛模擬聲發(fā)射信號定位結(jié)果三維圖。同時對同批次、同質(zhì)量外置式傳感器進行相同的斷鉛模擬聲發(fā)射信號源定位試驗，埋入式及外置式傳感器條件下的定位監(jiān)測結(jié)果如圖3、圖4所示。對于埋入式聲發(fā)射傳感器，其混凝土斷鉛模擬聲發(fā)射源3D定位結(jié)果比較接近真實情況，與真值離散性較小，很好的實現(xiàn)了混凝土聲發(fā)射精確定位。而同批次，相同靈敏度的外置式聲發(fā)射傳感器3D定位試驗結(jié)果與真實情況相比離散性較大，混凝土聲發(fā)射定位結(jié)果不是很精確，定位結(jié)果投影離散性較大。定位結(jié)果統(tǒng)計分析顯示，與外貼傳感器監(jiān)測結(jié)果相較，埋入式聲發(fā)射傳感器監(jiān)測結(jié)果中，絕對坐標誤差減小38.3%，平均標準差減小51.3%。埋入式聲發(fā)射傳感器定位準確性更高，離散性小，極大提高了聲源的定位精度。
【主權(quán)項】
1.一種混凝土裂縫精確定位方法，其特征在于:該方法是將聲發(fā)射傳感器(I)經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土(2)結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器(I)通過同軸屏蔽電纜(3)與聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備(4)相連，聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備(4)用于記錄和分析聲發(fā)射源信息，依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號來定位具體聲發(fā)射源(裂縫)的位置，同時觀察其發(fā)展變化趨勢。
2.按照權(quán)利要求1所述的混凝土裂縫精確定位方法，其特征在于:所述的聲發(fā)射傳感器(I)的個數(shù)為四個，選取基點O，以基點O為準分別確定四個聲發(fā)射傳感器(I)的具體坐標位置，并布置于混凝土(2)中，四個聲發(fā)射傳感器(I)分別通過同軸屏蔽電纜(3)引出，至聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備(4)，用于接收聲發(fā)射信號，聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備用于記錄和分析聲發(fā)射源信肩、ο
【專利摘要】<b>本發(fā)明涉及</b>一種混凝土裂縫精確定位方法，該方法是將聲發(fā)射傳感器（1）經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土（2）結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器（1）通過同軸屏蔽電纜（3）與聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備（4）相連，聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備（4）用于記錄和分析聲發(fā)射源信息，依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號來定位具體聲發(fā)射源（裂縫）的位置，同時觀察其發(fā)展變化趨勢；所述的聲發(fā)射傳感器（1）的個數(shù)為四個，選取基點0，以基點O為準分別確定四個聲發(fā)射傳感器（1）的具體坐標位置，并布置于混凝土（2）中，四個聲發(fā)射傳感器（1）分別通過同軸屏蔽電纜（3）引出，至聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備（4），本發(fā)明對混凝土裂縫定位精確，最大程度降低漏定位和偽定位。
【IPC分類】G01N29-14
【公開號】CN104569159
【申請?zhí)枴緾N201310481241
【發(fā)明人】秦磊, 劉昱清, 任宏偉, 董必欽, 刑鎽, 秦琪, 侍月華, 華正曉, 王恩榮
【申請人】濟南大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月15日