一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于解卷積技術的缺陷形狀超聲成像方法，提出了一種分辨率更高、可靠性更強的無損檢測方法，基于解卷積技術對回波信號進行逐點處理并分析，提取出缺陷各個表面的深度信息，定位出缺陷位置，并呈現(xiàn)缺陷形狀，從而得到結構體的內部結構信息；利用解卷積的信道補償特性能力，實現(xiàn)缺陷的定位和缺陷的成像，能夠用于如混凝土結構體的無損檢測，缺陷分辨率高，可視性強，方便直觀地了解波紋管內部的缺陷形狀，排查出一些危害性較大的缺陷，方便及時實施補救措施，降低危害性，是一種精確、實用、經(jīng)濟的無損檢測方法，能夠有效地對橋梁或建筑等結構體進行質量監(jiān)測和維護，具有良好的應用前景。
【專利說明】一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，屬于超聲檢測及分析【技術領域】。

【背景技術】
[0002]波紋管廣泛應用于預應力橋梁結構中，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，直接導致橋梁、梁體結構喪失使用性能，導致嚴重的安全問題。近些年來，超聲無損檢測技術(NDT)越來越多應用于混凝土結構內部問題的檢測工作中。
[0003]一些研究者基于脈沖回波法，通過使用一種高效簡單的裝置得到的時域脈沖回波信號能夠檢測出混凝土中的裂縫。基于瞬時頻率熵的超聲無損檢測方法可以估計結構體中缺陷的時頻位置，而且還能識別多個缺陷；利用瑞利波頻譜分析法可以檢測大體積、層狀混凝土結構質量和確定結構中半閉合或充有水的裂縫的深度有較高精度；相關法處理接收到的回波信號，不僅能有效地排除隨機干擾，同時還能保留缺陷信號的完整信息。
[0004]但在實際孔道預應力波紋管壓漿質量檢測中，內部問題往往是無規(guī)則形狀的缺陷或空腔，一般的信號處理方法對缺陷分析特征不夠明顯，存在漏判、誤判等現(xiàn)象，檢測效率低，尤其是難以定位缺陷位置，而對于缺陷形狀則更加難以顯示。


【發(fā)明內容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于突破缺陷形狀顯示這一瓶頸，提出一種基于解卷積技術的無損檢測方法，能夠準確提取缺陷各個表面的深度，最終呈現(xiàn)出缺陷的形狀，方法簡單高效，可靠性高。
[0006]為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案:
[0007]—種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，包括如下步驟:
[0008]S1、由發(fā)射換能器和接收換能器組成的換能器組以固定間隔r1、同時沿待測結構體的端部切面的周向每隔固定距離a，以一發(fā)一收的模式采集結構體內部的數(shù)據(jù)信息，直至換能器組回到原位；
[0009]S2、將換能器組沿待測結構體軸向方向平移距離S，然后重復步驟SI，采集距待測結構體上次測試切面的距離為S處的切面周向的數(shù)據(jù)信息；
[0010]S3、多次重復步驟S2，直至檢測完整個待測區(qū)域；
[0011]S4、基于解卷積算法，定位并提取缺陷各個表面的深度信息Xi ；
[0012]S5、通過MATLAB反向求解深度坐標Xi，并用圖像顯示出得到的缺陷信息數(shù)據(jù)，展示出待測結構體的缺陷形狀。
[0013]前述發(fā)射換能器產(chǎn)生經(jīng)過漢寧窗函數(shù)調制的高頻大功率超聲脈沖信號，用于檢測待測結構體，所述接收換能器對回波信號Y (t)進行接收并存儲在計算機中。
[0014]前述待測結構體為混凝土結構體，內部有波紋管。
[0015]本發(fā)明中，X(t) = Y(t) ΘΗ(?)，其中，“Θ”代表解卷積運算，X(t)是輸入缺陷信號，H(w)是無缺陷的結構體系統(tǒng)響應，Y(t)是回波信號。
[0016]本發(fā)明中，.v(/) = vl{i) = Xj + + rr，其中，s (i)為超聲波從發(fā)射換能器經(jīng)過缺陷反射到接收換能器經(jīng)歷的路程，V為在待測結構體中超聲波的波速，t(i)為缺陷表面反射回波的時間，Xi為待求取的發(fā)射換能器A到缺陷點C的距離，r,為發(fā)射換能器A到接收換能器B的距離。
[0017]前述距離a和距離S相等且均小于固定間隔
[0018]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明針對結構體的壓漿質量進行無損檢測，提出一種分辨率更高、可靠性更強的無損檢測方法，基于解卷積技術對回波信號進行逐點處理并分析，提取出缺陷各個表面的深度信息，定位出缺陷位置，并呈現(xiàn)缺陷形狀，從而得到結構體的內部結構信息；利用解卷積的信道補償特性能力，實現(xiàn)缺陷的定位和缺陷的成像，能夠用于如混凝土結構體的無損檢測，缺陷分辨率高，可視性強，方便直觀地了解波紋管內部的缺陷形狀，排查出一些危害性較大的缺陷，方便及時實施補救措施，降低危害性，是一種精確、實用、經(jīng)濟的無損檢測方法，能夠有效地對橋梁或建筑等管狀或截面為矩形的結構體進行質量監(jiān)測和維護，具有良好的應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的待檢測的混凝土結構體的結構示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的換能器組沿待測結構體周向位移的示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的換能器組沿待測結構體軸向位移的示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的方法中的解卷積原理的示例波形圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的方法提取缺陷表面深度(切面視角)的示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明的方法提取缺陷表面深度(軸向視角)的示意圖。
[0025]圖中附圖標記的含義:1、鋼絞線，2、水泥漿，3、波紋管，4、混凝土，5、發(fā)射換能器，
6、接收換能器，7、缺陷。

【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0027]如圖1所示，本實施例的待測結構體截面為矩形，由混凝土 4制成，內部嵌有波紋管3，波紋管3中心位置沿軸向具有一鋼絞線1，鋼絞線I和波紋管3之間澆制有水泥漿2。本發(fā)明的檢測方法是特別適用于對結構體的壓漿質量進行無損檢測的高可靠性方法，具體包括如下步驟:
[0028]S1、由發(fā)射換能器5和接收換能器6組成的換能器組以固定間隔巧、同時沿待測結構體的端部切面的周向每隔固定距離a，以一發(fā)一收的模式采集結構體內部的數(shù)據(jù)信息，如圖2所示，測試周向的多個點，直至換能器組回到原位；發(fā)射換能器5產(chǎn)生經(jīng)過漢寧窗函數(shù)調制的高頻大功率超聲脈沖信號，用于檢測待測結構體，接收換能器6對回波信號Y(t)進行接收并存儲在計算機中；
[0029]S2、將換能器組沿待測結構體軸向方向平移距離S，然后重復步驟SI，采集距待測結構體上次測試切面的距離為S處的切面周向的數(shù)據(jù)信息；
[0030]S3、重復步驟S2，直至檢測完整個待測區(qū)域；
[0031]S4、基于解卷積算法，定位并提取缺陷7各個表面的深度信息Xi ；
[0032]S5、通過MATLAB反向求解深度坐標Xi，并用圖像顯示出得到的缺陷7信息數(shù)據(jù)，展示出待測結構體的缺陷7形狀。
[0033]作為一種優(yōu)選，距離a和距離S相等且均小于固定間隔&，這樣能夠利用解卷積的信道補償特性能力，提高缺陷7分辨率。
[0034]為了更好地理解本發(fā)明，下面對檢測過程和原理進行詳細闡述:
[0035]圖1所示的是待檢測的混凝土 4結構體，內部有波紋管3 ;圖2和圖3所示的分別是從不同角度對混凝土4結構體進行測試的示意圖，其中，圖2所示的是換能器組繞著混凝土 4結構體周長方向轉動并以一發(fā)一收方式采集數(shù)據(jù)，箭頭所示的方向是換能器組的運動路徑，待一周的數(shù)據(jù)都采集完畢后，換能器組沿著圖3所示的波紋管3的軸向方向(圖3中箭頭所示方向)平移一定距離S，然后換能器組再以圖2所示的方式采集距端部距離為S處的混凝土 4結構體的周長方向的數(shù)據(jù)信息，如此反復，直至檢測完整個混凝土 4結構體。
[0036]本發(fā)明利用了如下解卷積原理:在混凝土 4結構體系統(tǒng)中，缺陷7散射的回波信號不僅包含了缺陷7散射過程的特征信息，還與換能器、波紋管3、鋼絞線1、水泥漿2等介質特性有關，直接從回波信號難以評判缺陷7特征。如果把無缺陷7的結構體視為一個系統(tǒng)響應H(W)，對于存在缺陷7的混凝土 4結構體系統(tǒng)來說，將其回波信號定義為Y(t)，那么:
[0037]Y(t) = X(t)*H(w) (I)
[0038]其中，代表卷積運算，X(t)是輸入缺陷7信號，H(W)是無缺陷7的結構體系統(tǒng)響應。
[0039]解卷積運算是已知輸出求取輸入信號的一種方式，也可以看成信道的一種補償特性。實際測量過程中，我們可以獲得回波信號Y(t)以及無缺陷7的結構體系統(tǒng)響應H(W)，定義解卷積運算為“O”，那么缺陷7信號可以通過下式得到:
[0040]X(t) = Y(t) Θ H(w) (2)
[0041]對缺陷7回波信號進行解卷積運算，去除其他因素的影響，提取出缺陷7散射特征，能夠更好地獲取缺陷7特征信息。
[0042]圖4所示的是一個解卷積的例子示意波形圖，從解卷積結果可以得到缺陷7信號X(t)的起振時間t(i)，t(i)對應著缺陷7表面反射回波的時間。對于特定的物質進行檢測，超聲波的波速是一定的，設為V，那么可以求出超聲波經(jīng)歷的路程s (i)，
[0043]s (i) = vt (i) (3)
[0044]如圖5所示的是本發(fā)明提取缺陷7表面深度原理圖，設超聲波從發(fā)射換能器5經(jīng)過缺陷7反射到接收換能器6經(jīng)歷的路程為s(i)，那么
[0045]s(i) = Xi + +η2(4)
[0046]其中，Xi為發(fā)射換能器5A到缺陷7點C的距離，r,為發(fā)射換能器5A到接收換能器6B的距離。
[0047]由式⑶式⑷可得:
[0048]Xi + sjx； + if = vt(i')(5 )
[0049]式(5)中除了 Xi未知以外，其余均已知，故可由式(5)解出Xi,即缺陷7點C距檢測表面的深度距離。
[0050]圖6所示的是本發(fā)明獲取缺陷7的各個表面深度信息原理圖，通過(5)式可以得到某次掃描時，缺陷7點C距檢測表面的深度距離。
[0051]以圖2方式轉動一周，那么就可以得到缺陷7點C在此切面上一周的表面深度信息，再以圖3方式平移，直至整個檢測過程結束，便可以獲得該缺陷7點C所有的表面深度信息，以達到缺陷7成像的目的，如此往復測試，直至完成對整個結構體的檢測，便可得到結構體內部的缺陷7信息并定位出缺陷7位置和缺陷7形狀，可視性強，分辨率高。
[0052]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、由發(fā)射換能器和接收換能器組成的換能器組以固定間隔r1、同時沿待測結構體的端部切面的周向每隔固定距離a，以一發(fā)一收的模式采集結構體內部的數(shù)據(jù)信息，直至換能器組回到原位； 52、將換能器組沿待測結構體軸向方向平移距離S，然后重復步驟SI，采集距待測結構體上次測試切面的距離為S處的切面周向的數(shù)據(jù)信息； 53、多次重復步驟S2，直至檢測完整個待測區(qū)域； 54、基于解卷積算法，定位并提取缺陷各個表面的深度信息Xi； 55、通過MATLAB反向求解深度坐標Xi，并用圖像顯示出得到的缺陷信息數(shù)據(jù)，展示出待測結構體的缺陷形狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，其特征在于，所述發(fā)射換能器產(chǎn)生經(jīng)過漢寧窗函數(shù)調制的高頻大功率超聲脈沖信號，用于檢測待測結構體，所述接收換能器對回波信號Y (t)進行接收并存儲在計算機中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，其特征在于，所述待測結構體為混凝土結構體，內部有波紋管。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，其特征在于，X(t) = Y(t) ΘΗ(?)，其中，“Θ”代表解卷積運算，X(t)是輸入缺陷信號，H(W)是無缺陷的結構體系統(tǒng)響應，Y(t)是回波信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，其特征在于，s(i) = Vtd) =xi+^x: +rf，其中，s(i)為超聲波從發(fā)射換能器經(jīng)過缺陷反射到接收換能器經(jīng)歷的路程，V為在待測結構體中超聲波的波速，t (i)為缺陷表面反射回波的時間，Xi為待求取的發(fā)射換能器A到缺陷點C的距離，r,為發(fā)射換能器A到接收換能器B的距離。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于解卷積技術的超聲無損檢測方法，其特征在于，所述距離a和距離S相等且均小于固定間隔r”
【文檔編號】G01N29/44GK104132995SQ201410365888
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】成錦, 韓慶邦, 陳媛, 朱昌平, 殷成, 李建, 湯一彬 申請人:河海大學常州校區(qū)