一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法及系統，所述的方法包括：1)在待檢測混凝土表面設置一條測線，在測線上設置n個檢測點；2)以第一個檢測點為中心的一條直線上設置檢波器陣列，并設置彈性波激發裝置；3)彈性波激發裝置激發彈性波，檢波器陣列采集彈性波，并通過電纜將其傳送給數據記錄儀；4)將檢波器陣列的中點移至下一個檢測點，重復步驟3)，至檢測完畢；5)對數據進行波形處理，提取并顯示面波的頻散曲線；6)將頻散曲線轉換為斷面圖，獲得混凝土內部狀況；所述的系統包括依次連接的數據采集模塊、數據分析模塊和數據可視化處理模塊。與現有技術相比，本發明專利技術具有精度好、效率高、探測深度大、成本低等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種混凝土結構無損檢測方法及檢測系統，尤其是涉及一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法及系統。
技術介紹
近年來隨著我國大規模基礎建設的展開，工程質量事故時有發生，因此巖土工程質量檢測，尤其是混凝土結構工程無損檢測顯得越來越重要，對檢測的要求也越來越高。目前的混凝土工程結構無損檢測方法主要有回彈法、雷達法、沖擊回波法、P波波速法及超聲波法等?；貜椃ㄊ且环N常用的混凝土無損檢測方法，但該方法檢測深度淺，只能測得混凝土表面附近的平均強度，無法反映混凝土內部狀況，而且回彈值分散性大，通常需要16個以上的有效回彈數據進行平均，作業效率低；雷達法對混凝土內部缺陷可以準確定位，但受鋼筋等低電阻率物質的屏蔽影響大，尤其是鋼筋密度較大時難以得到鋼筋背后的電磁波影像，而且雷達無法提供強度方面的信息；沖擊回波法可測得結構內部缺陷及構件的厚度，但其縱向分辨率低，檢測精度受結構內部的鋼筋和含水量影響大；超聲波對穿測試，雖然可以得到材料整體的縱波速度，但無法應用于隧洞襯砌等無法對穿測試的結構物；P波速度法通常只能測得混凝土表層的P波速度，無法探測混凝土內部結構狀況。雖然上述各種混凝土無損檢測法各有所長，但共同的弱點是無法檢測混凝土內部深處的力學性能，難以滿足我國大規?；A建設中巖土工程無損檢測的要求。巖土工程的無損檢測技術是一個復雜的系統工程，包括檢測物理量和測量方法的選取，數據采集與數據分析以及結果的定量評價等。檢測物理量和測量方法的選取不僅要考慮方法在理論上的可行性，還要考慮測量難易程度、施工條件、檢測效率和成本。檢測結果的定量評價除與檢測設備的技術參數有關外，還與檢測數據的分析方法有關，還要考慮結構物內部鋼筋分布、厚度分布、圍巖類別等因素，需要基于嚴格的理論分析和大量的現場實驗。近年來表面波在軟土地基勘探方面的應用研究發展很快，已被廣泛應用于地質調查中。表面波又稱為面波，是沿固體介質表層傳播的一類彈性波，具有如下特點面波的傳播速度主要取決于介質的橫波速度構造，與材料的彈性模量和抗壓強度等力學參數具有良好的相關性；面波沿介質表層傳播時其振幅在深度方向急劇衰減，穿透深度與波長有關，波長越大，穿透深度也越大，因此，理論上，用不同波長的面波就可檢測介質內部不同深度的力學性能及是否有缺陷存在；當在介質表面激發彈性波時，所產生的彈性波中面波的能量最強，振幅大，便于測量?；炷羶炔拷Y構無損檢測的面波方法及系統正是基于面波的以上特性和大量的實驗而專利技術的。該技術的研發為檢測巖土結構材料的內部力學性能及可能存在的缺陷提供了一種精度好，效率高，快速便捷的手段，具有重要意義。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法及系統，通過分析面波穿透介質時的頻散特性(頻率與傳播速度的關系)獲取介質內部不同深度的力學特性，并判斷介質內部是否存在缺陷，具有簡單直觀、精度好、效率高、探測深度大、成本低等優點。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法，包括如下步驟I)在待檢測混凝土表面設置一條測線，在測線上設置η個檢測點，n^l；2)以第一個檢測點為中心的一條直線上設置檢波器陣列，并在與檢波器陣列的距離為D(D約為最大計劃檢測深度的2倍以上)的位置設置一彈性波激發裝置； 3)彈性波激發裝置激發彈性波，檢波器陣列采集彈性波，并通過電纜將其傳送給數據記錄儀，每個檢波器所對應的數據點為一個檢波點；4)將檢波器陣列的中點移至下一個檢測點，重復步驟3)，直至η個檢測點均檢測完畢；5)對數據記錄儀記錄的數據進行波形處理，提取并顯示數據中面波的頻散曲線；6)通過反演分析將頻散曲線轉換為深度-橫波速度曲線，根據深度-橫波速度曲線獲得混凝土內部狀況，并將結果進行顯示。所述的波形處理具體為首先對數據進行去噪處理，然后利用位置重復的檢波器的數據做關聯把整條測線的數據疊加在一起，形成一個能夠覆蓋整條測線的大型陣列數據。所述的提取面波的頻散曲線具體為從第一個檢波點開始，取連續的i個檢波點的數據作頻散分析，i > 1，并把得到的頻散曲線作為這i個檢波點中間位置的頻散曲線；向前移動k個檢波點，k^ I,即從檢波點k+Ι開始取連續i個檢波點的數據做頻散分析，并把所得頻散曲線作為檢波點k+Ι k+i的中點位置的頻散曲線。所述的斷面圖包括頻率-面波速度斷面圖、周期-面波速度斷面圖或深度-橫波速度斷面圖。所述的凝土內部狀況包括彈性波速度分布、澆注缺陷、疏密分布和強度。一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測系統，包括依次連接的數據采集模塊、數據分析模塊和數據可視化處理模塊，其中，數據采集模塊包括檢波器陣列、彈性波激發裝置和數據記錄儀，所述的檢波器陣列、彈性波激發裝置設在混凝土表面，所述的數據記錄儀通過電纜與檢波器陣列連接；數據分析模塊用于對數據采集模塊采集的數據進行波形處理、頻散分析處理和頻散曲線反演分析處理；數據可視化處理模塊對數據分析模塊的處理結果進行圖形化顯示。所述的檢波器陣列由4-12個檢波器分體或一體化設置而成。所述的檢波器包括垂直分量檢波器、水平分量檢波器或多分量檢波器。所述的彈性波激發裝置包括錘子。所述的數據記錄儀的低截頻低于IOOHz,高截頻高于5KHz。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點I)由于面波的穿透深度與波長有關，且面波傳播速度主要由所穿透介質的橫波速度決定，與彈性模量和強度等力學參數有很好的相關性，因此本專利技術通過分析面波穿透介質時的頻散特性能夠精確地獲得介質內部不同深度的力學特性；2)本專利技術具有方法簡單直觀、精度好、效率高、探測深度大、成本低等特點。附圖說明圖1為本專利技術方法的示意圖；圖2為本專利技術的流程示意圖；圖3為采集到的實測波形示圖；圖4為本專利技術得到的頻散曲線示意圖； 圖5為頻率-面波速度斷面圖；圖6為周期-面波速度斷面圖；圖7為深度-橫波速度斷面圖；圖8為深度-抗壓強度斷面圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的實施例作詳細說明。實施例1如圖1-圖2所示，一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法，包括如下步驟I)在待檢測混凝土表面設置一條測線，在測線上設置η個檢測點，η彡1，當η > I時，該方法可稱為高密度檢測法；2)以第一個檢測點為中心的一條直線上設置檢波器陣列，并在與檢波器陣列的距離為D(D約為最大計劃檢測深度的2倍以上)的位置設置一彈性波激發裝置；3)彈性波激發裝置激發彈性波，檢波器陣列采集彈性波，并通過電纜將其傳送給數據記錄儀，每個檢波器所對應的數據點為一個檢波點；4)將檢波器陣列的中點移至下一個檢測點，重復步驟3)，直至η個檢測點均檢測完畢，沿測線布置多個檢測點，相鄰檢測點的檢波器陣列有一部分相互重合；5)對數據記錄儀記錄的數據進行波形處理，提取并顯示數據中面波的頻散曲線；所述的波形處理具體為首先對數據進行去噪處理，然后利用位置重復的檢波器的數據做關聯把整條測線的數據疊加在一起，形成一個能夠覆蓋整條測線的大型陣列數據。所述的提取面波的頻散曲線具體為從第一個檢波點開始，取連續的i (i > 1，通常i = 4 12)個檢波點的數據作頻散分析，并把得到的頻散曲線作為這i個檢波點中間位置的頻散曲線；向前移動k個檢波點，k^ I本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：1)在待檢測混凝土表面設置一條測線，在測線上設置n個檢測點，n≥1；2)以第一個檢測點為中心的一條直線上設置檢波器陣列，并在與檢波器陣列的距離為D的位置設置一彈性波激發裝置；3)彈性波激發裝置激發彈性波，檢波器陣列采集彈性波，并通過電纜將其傳送給數據記錄儀，每個檢波器所對應的數據點為一個檢波點；4)將檢波器陣列的中點移至下一個檢測點，重復步驟3)，直至n個檢測點均檢測完畢；5)對數據記錄儀記錄的數據進行波形處理，提取并顯示數據中面波的頻散曲線；6)通過反演分析將頻散曲線轉換為斷面圖，根據斷面圖獲得混凝土內部狀況，并將結果進行顯示。

【技術特征摘要】
1.一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法，其特征在于，包括如下步驟1)在待檢測混凝土表面設置一條測線，在測線上設置η個檢測點，η> I ；2)以第一個檢測點為中心的一條直線上設置檢波器陣列，并在與檢波器陣列的距離為 D的位置設置一彈性波激發裝置；3)彈性波激發裝置激發彈性波，檢波器陣列采集彈性波，并通過電纜將其傳送給數據記錄儀，每個檢波器所對應的數據點為一個檢波點；4)將檢波器陣列的中點移至下一個檢測點，重復步驟3)，直至η個檢測點均檢測完畢；5)對數據記錄儀記錄的數據進行波形處理，提取并顯示數據中面波的頻散曲線；6)通過反演分析將頻散曲線轉換為斷面圖，根據斷面圖獲得混凝土內部狀況，并將結果進行顯示。2.根據權利要求1所述的一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法，其特征在于，所述的波形處理具體為首先對數據進行去噪音處理，然后利用位置重復的檢波器的數據做關聯把整條測線的數據疊加在一起，形成一個能夠覆蓋整條測線的大型陣列數據。3.根據權利要求1所述的一種基于面波的混凝土內部狀況無損檢測方法，其特征在于，所述的提取面波的頻散曲線具體為從第一個檢波點開始，取連續的i個檢波點的數據作頻散分析，i > 1，并把得到的頻散曲線作為這i個檢波點中間位置的頻散曲線；向前移動k個檢波點，k^l,即從檢波點k+Ι開始取連續i個檢波點的數據做頻散分析，并把所得頻散曲線作為檢波點k+Ι k+i的中點位置的頻散曲線。4.根據權利要求1所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮少孔，車愛蘭，張國新，朱新民，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：