一種基于多重信號處理技術的無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多重信號處理技術的無損檢測方法，主要用于對混凝土結構體進行無損檢測。利用剝離干擾技術剝離原始信號對回波信號的干擾，提取各點系統(tǒng)信號；通過截斷技術提取有效信號段；基于互相關算法提取參考信號并分析待測區(qū)域，對有無缺陷，缺陷大小做出定性判斷。經(jīng)過層層優(yōu)化處理，方法缺陷特征，實現(xiàn)缺陷檢測。本發(fā)明不但檢測方法簡單而且結合利用幾種處理算法的優(yōu)點，提高了檢測的精確度，在日常環(huán)境下能夠提取出混凝土結構內部的缺陷等信息，更有效地對橋梁或建筑等混凝土結構進行質量監(jiān)測和維護，可靠性高，有利于實際的推廣及使用。
【專利說明】
一種基于多重信號處理技術的無損檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲無損檢測【技術領域】，尤其涉及一種基于多重信號處理技術的無損檢測方法。

【背景技術】
[0002]混凝土作為一種長期以來被廣泛應用的建筑材料，一直被用在各種水利和土建等工程項目中，混凝土的質量關系到整個工程的質量。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，波紋管注漿質量檢測問題急待解決.
[0003]從上個世紀20年代末開始，就有學者嘗試用超聲波來進行無損檢測了。1929年，前蘇聯(lián)科學家開始嘗試利用超聲波來檢測金屬內部缺陷，并在之后研制了相關儀器；上個世紀40年代，美國學者提出了沖擊波式超聲檢測技術，能較準確地檢測出厚鋼板內部的缺陷位置及尺寸；上個世紀60年代，利用超聲波進行無損檢測的技術作為一個有效而可靠的檢測技術，已經(jīng)被大量應用于工業(yè)探傷領域。國內外較常用的超聲檢測原理主要有:利用脈沖反射波進行檢測，利用超聲波的衍射時差進行檢測，利用透射波進行檢測，利用應力波的共振進行檢測等。反射法，研究被測對象內的氣泡、裂縫等結構的反射回波及工件底面的反射回波信息，進而對工件內缺陷有無、缺陷大小、缺陷位置等進行判定。衍射時差法，利用被測工件內部的裂縫端點與超聲波相互作用產(chǎn)生的衍射信號來判斷裂縫的深度。穿透法，在被測工件一端發(fā)射超聲信號，并在另一端進行接收，通過接收信號的幅度、相位等參數(shù)的變化來判斷缺陷情況。共振法，當被測物體的厚度與入射超聲波的波長達到一定的關系時，會產(chǎn)生共振，因此被測物體內部存在缺陷時，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出缺陷的相關信息。
[0004]基于脈沖回波法的超聲無損檢測技術越來越多且檢測識別效果也較好，但僅依靠脈沖回波法是有局限性的，因為混凝土是由水泥石、砂、碎石或卵石等不同的原材料組成，結構比較復雜，內部存在各種不同的界面，超聲波在介質中傳播時，由于衰減現(xiàn)象，入射超聲能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減小，接收到的回波信號強度較低，且系統(tǒng)成分混疊，難以區(qū)分缺陷信息?，F(xiàn)如今信號處理算法如合成孔徑成像，神經(jīng)網(wǎng)絡識別，小波技術，信息熵技術等都運用過在回波信號處理上，但僅依靠一種算法效果仍然有限。為了實現(xiàn)更優(yōu)的信號優(yōu)化處理，可以組合使用多重信號處理方法，各取優(yōu)點對回波信號進行多重優(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的準確度及精度還都無法達到工程要求，實測中經(jīng)常出現(xiàn)誤判。


【發(fā)明內容】

[0005]為了解決現(xiàn)上述問題，本發(fā)明提出的一種結合多種處理方法的技術方案，經(jīng)剝離干擾、截取有效信號段及互相關技術等信號處理技術的組合進行多次優(yōu)化回波信號后，找出缺陷特征信息，對結構體內部波紋管注漿質量情況作出準確判斷。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]—種基于多重信號處理技術的無損檢測方法，包括以下步驟:
[0008]S1、在待檢測結構體上沿波紋管軸向選取間隔距離相等的η個位置點，發(fā)射換能器依次在每個位置點上發(fā)射超聲波檢測信號Si (t)，接收換能器依次在每個位置點上接收超聲波檢測信號所返回的回波信號yi(t)，其中i表示位置點序號，i = 1，2…η ；
[0009]S2、對接收到的回波信號進行多重信號處理，從而找出缺陷。
[0010]進一步的，所述步驟S2對接收到的回波信號進行多重信號處理，從而找出缺陷包括如下步驟:
[0011]S21、剔除超聲波檢測信號Si(t)對回波信號yi(t)的干擾，求出系統(tǒng)信號Ni (t):首先運用小波分解與重構技術處理回波信號yi(t)，得到近似激勵信號Si，(t)，然后再根據(jù)公式(2)得到系統(tǒng)信號Ni (t):
[0012]Ni (t) = Yi (t) Θ Si, (t) (2)
[0013]其中，“Θ”代表解卷積運算；
[0014]S22、從系統(tǒng)信號Ni⑴中截取有效信號: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，求出有效信號時間段范圍為:[2Xdl/v，2Xd2/v]，根據(jù)該時間段截取出有效信號Hi (t)；
[0015]S23、通過互相關技術處理截取出來的有效信號Hi (t)，找出缺陷。
[0016]進一步的，通過互相關技術處理截取出來的有效信號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Hi (t)中i = 1，2…η時的每個信號值分別與Hi (t)本身所有的信號值做互相關運算，為了區(qū)別期間將兩組Hi (t)分別標記為Hi⑴與民(0，

【權利要求】
1.一種基于多重信號處理技術的無損檢測方法，其特征在于:包括以下步驟: 51、在待檢測結構體上沿波紋管軸向選取間隔距離相等的η個位置點，發(fā)射換能器依次在每個位置點上發(fā)射超聲波檢測信號Si (t)，接收換能器依次在每個位置點上接收超聲波檢測信號所返回的回波信號yi(t)，其中i表示位置點序號，i = 1，2…η ； 52、對接收到的回波信號進行多重信號處理，從而找出缺陷。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多重信號處理技術的無損檢測方法，其特征在于:所述步驟S2對接收到的回波信號進行多重信號處理，從而找出缺陷包括如下步驟: 521、剔除超聲波檢測信號Si(t)對回波信號yi(t)的干擾，求出系統(tǒng)信號Ni (t):首先運用小波分解與重構技術處理回波信號yi(t)，得到近似激勵信號Si，(t)，然后再根據(jù)公式(2)得到系統(tǒng)信號Ni (t):
Ni (t) = Yi (t) Θ Si, (t) (2) 其中，“Θ”代表解卷積運算； 522、從系統(tǒng)信號Ni(t)中截取有效信號: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，求出有效信號時間段范圍為:[2 X d I /V，2 X d2/v]，根據(jù)該時間段截取出有效信號Hi⑴； 523、通過互相關技術處理截取出來的有效信號Hi(t)，找出缺陷。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于多重信號處理技術的無損檢測方法，其特征在于:通過互相關技術處理截取出來的有效信號Hi (t)，找出缺陷，包括如下步驟: A、根據(jù)公式(3)將有效信號Hi(t)中i = 1，2…η時的每個信號值分別與Hi (t)本身所有的信號值做互相關運算，為了區(qū)別期間將兩組Hi (t)分別標記為Hi⑴與&(0，
其中，Raj0 ( τ )表示i位置點有效信號與j位置點有效信號的互相關運算，其中1、j均為位置點序號；i = I, 2...η ；j = 1，2...η ;t表示Hi (t)和Hj (t)的離散時間點，τ表示時間延遲，M表示采樣點個數(shù)； B、根據(jù)公式(4)、(5)求取Hi(t)各位置點有效信號與Hj(t)中各位置點有效信號之間的歸一化相關系數(shù)P (ij，構建互相關系數(shù)矩陣A(i，j)
其中，Oi的均方差值，0」是民(0的均方差值； 再構建互相關系數(shù)矩陣A(i，j)，確定參考信號，
找出互相關系數(shù)矩陣A(i，j)中值最大的歸一化相關系數(shù)將其記做P fof)，該P (e,f)對應著e位置點和f位置點的兩個有效信號，從兩個有效信號中任取一個，將其作為參考信號，記作Hk⑴； C、根據(jù)公式(6)將參考信號Hk(t)與Hi(t)中其余的η-l個位置點處的有效信號再次做互相關運算，并求出Hk(t)與Hi(t)中剩余η-l個位置點的有效信號的歸一化相關系數(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k; 再構建互相關系數(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)中的互相關系數(shù)P (Μ)值越大說明該系數(shù)所對應的位置點的有效信號就越接近參考信號，待檢測結構體中波紋管內的混凝土在該位置點的缺陷就越小，值越小說明該系數(shù)所對應的位置點的有效信號越偏離參考信號，待檢測結構體中波紋管內的混凝土在該位置點的缺陷就越大，若值等于I則說明該系數(shù)所對應的位置點的有效信號與參考信號一致，待檢測結構體中波紋管內的混凝土在該位置點無缺陷，其中P ou)的取值范圍為(0，I],缺陷位置點對應于P (k；i)的下標i。
【文檔編號】G01N29/04GK104181234SQ201410438991
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日: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 申請人:河海大學常州校區(qū)