力波回波信號接收點；C-包含管道有限元模型中，與B相反方向?qū)恢镁嗝}沖載荷施 加點A距離為1cm處應力波回波信號接收點；Cw-包含管道有限元模型中，與山_1相反方向 對應位置距脈沖載荷施加點A距離為n-lcm處應力波回波信號接收點；C。-包含管道有限元 模型中，與B。相反方向?qū)恢镁嗝}沖載荷施加點A距離為ncm處應力波回波信號接收 點；a-不包含管道有限元模型中，脈沖載荷施加點；Vi-不包含管道有限元模型中，距脈沖 載荷施加點a距離為n-lcm處應力波回波信號接收點；b。-不包含管道有限元模型中，距脈 沖載荷施加點a距離為ncm處應力波回波信號接收點；C-不包含管道有限元模型中，與b 相反方向?qū)恢镁嗝}沖載荷施加點a距離為1cm處應力波回波信號接收點；(Vi-不包含 管道有限元模型中，與IVi相反方向?qū)恢镁嗝}沖載荷施加點a距離為n-lcm處應力波 回波信號接收點；C。-不包含管道有限元模型中，與b。相反方向?qū)恢镁嗝}沖載荷施加點 距離為ncm處應力波回波信號接收點。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種混凝±預應力管道成像方法，包括如下步驟： [002引第一步：建立有限元模型；獲得混凝上1和混凝± 1中管道2各自的材料彈性模 量E、密度P和泊松比U;基于上述材料屬性參數(shù)建立包含管道有限元模型，見圖2a和不 包含管道有限元模型，見圖化；各材料屬性參數(shù)如表1所示。其中，混凝± 1為巧0,管道2 為HPPE波紋管。
[0029] 表1各材料屬性參數(shù)
[0030]
[0031] 第二步；激發(fā)應力波并獲取應力波回波陣列信號；如圖3所示，利用計算機分析軟 件ANSYS對第一步中的兩種有限元模型進行模擬計算，獲取應力波回波信號。
[0032] 模擬時，包含管道的有限元模型，混凝± 1長度為50cm，寬度為100cm，波紋管2內(nèi) 徑為7cm，壁厚為5mm。不包含管道的有限元模型，混凝± 1長度為50cm，寬度為100cm。在 混凝± 1表面施加脈沖載荷為接觸時間50US、幅值100N的半正弦力激發(fā)應力波。
[0033] 設置材料參數(shù)與模型尺寸，劃分網(wǎng)格，輸入上述脈沖載荷參數(shù)，設置邊界條件為底 邊固支，采用化11法，時間步長為lus、計算時間1ms，求解。在后處理化st26中獲取距激 發(fā)點處上下相鄰間距為lcm，n為50的不同位置處位移隨時間變化數(shù)據(jù)，得到應力波回波陣 列信號。圖4a為包含管道有限元模型中，距激發(fā)位置A5cm處的波形圖，圖4b為不包含管 道有限元模型中，距離激發(fā)位置a5cm處的波形圖。
[0034] 第H步；歸一化處理；對第二步中得到的應力波回波信號除W各應力波回波信號 幅值，獲得兩種有限元模型的應力波回波陣列信號各自的歸一化處理數(shù)據(jù)。
[0035] 第四步；獲得差值陣列信號；將第H步中進行歸一化后的兩種有限元模型的應力 波回波陣列信號進行差值處理，并對差值取絕對值，得到差值陣列信號。
[0036] 第五步：信號放大處理；取第四步中獲得的差值陣列信號取平方，使信號幅值增 大2次方倍，獲得差值陣列信號放大數(shù)據(jù)，使得兩種模型中的應力波回波信號之間的差異 性增大。
[0037] 第六步：圖像堆積顯示：第五步中放大后的差值陣列信號中時間列為X方向排列， Y方向為位置列，將差值陣列信號的幅值與彩虹色碼表對應，用顏色的變化表示差值陣列信 號的幅值大小，實現(xiàn)信號的圖像堆積顯示。
[0038] 圖化為直接對應力波回波陣列信號進行堆積成像結(jié)果圖，圖化中并不能清楚的 找到管道的位置和大小。圖5a為本發(fā)明的處理結(jié)果，可W看出在X軸50cm左右，Y軸在 100s至160s之間可W明顯看到應力波對管道的成像。作為驗證，混凝±的波速為4000m/s， 圖2a中管道左壁距離混凝±左邊界21cm，管道右壁距離混凝±左邊界29cm，由此，因管道 產(chǎn)生的應力波回波時間為2X21cm今4000m/s= 105s至2X29cm今4000m/s= 145s之間， 因此，本發(fā)明可W明顯正確的給出管道的應力波回波圖像。
[0039] 上述實施例中除通過計算機模擬激發(fā)應力波之外，還可W采用超磁震源或力鍵激 發(fā)應力波，采用多通道儀器利用壓電傳感器接收應力波回波信號，按照設定的采樣間隔采 樣時間采集檢測數(shù)據(jù)。
[0040] 本實施例只是對本發(fā)明的舉例說明，本發(fā)明也可其它的特定方式或其它的特 定形式實施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實施方式從任何方面來看均 應視為說明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應由附加的權利要求說明，任何與權利要求的 意圖和范圍等效的變化也應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 一種混凝土預應力管道成像方法，包括如下步驟： (1) 建立有限元模型：獲取混凝土、混凝土中管道各自的材料屬性，包括彈性模量E、密 度P和泊松比u，基于上述參數(shù)，建立包含管道與不包含管道的混凝土有限元模型； (2) 激發(fā)應力波并獲取應力波回波信號：對包含管道有限元模型，在混凝土外壁對應 管道中心位置（A)處施加脈沖載荷，激發(fā)應力波，在混凝土表面獲取與A同間距，上下位置 (B), (C),……，（Blri)、（Clri), (Bn)、（Cn)系列對應點的應力波回波陣列信號；對不包含管 道有限元模型，在與包含管道有限元模型的同一位置（a)處，施加脈沖載荷，激發(fā)應力波， 在混凝土表面與包含管道有限元模型相同位置（b)、（c)，……，（Iv 1)、（Clri)，（bn)、（Cn)系 列對應點處獲取應力波回波陣列信號；其中，n > 2,；所述脈沖載荷為半正弦力，其接觸時 間為50us，幅值為100N ; (3) 歸一化處理：對步驟（2)中不同位置處接收的應力波回波信號除以各應力波回波 信號幅值的最大值，獲得兩種有限元模型的應力波回波陣列信號各自的歸一化處理數(shù)據(jù)； (4) 獲得差值陣列信號：將步驟（3)中進行歸一化后的兩種有限元模型的應力波回波 陣列信號進行差值處理，并對差值取絕對值，得到差值陣列信號； (5) 信號放大處理：取步驟（4)中獲得的差值陣列信號，進行冪次方，使信號幅值增大m 次方倍，獲得差值陣列信號放大數(shù)據(jù)，其中m > 2 ; (6) 圖像堆積顯示：步驟（5)中放大后的差值陣列信號中時間列為X方向排列，Y方向 為位置列，將差值陣列信號的幅值與色碼表對應，用顏色的變化表示差值陣列信號的幅值 大小，實現(xiàn)信號的圖像堆積顯示。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種混凝土預應力管道成像方法，其特征在于，步驟（2)中， 獲取應力波回波陣列信號時，兩個相鄰接收信號位置的間距為lcm，采樣間隔為lus，采樣 時間為lms。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種混凝土預應力管道成像方法，其特征在于，步驟（4)中， 差值陣列信號是包含管道與不包含管道在相同接收位置處歸一化后的應力波回波信號進 行相減，并將相減后的數(shù)值取絕對值。4. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種混凝土預應力管道成像方法，其特征在于，步驟（5) 中取差值陣列信號的平方，使信號的幅值增加2次方倍。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種混凝土預應力管道成像方法，其特征在于，步驟(6)中， 圖像堆積的方法為：差值陣列信號中時間列為X方向排列，Y方向為位置列，將差值陣列信 號的幅值與色碼表對應，用顏色的變化表示差值陣列信號的幅值大小。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于應力波回波信號的混凝土預應力管道成像方法，包括有限元模型的建立、激發(fā)應力波并獲取應力波回波信號、對應力波回波陣列信號各自進行歸一化、獲得差值陣列信號、信號放大處理、圖像堆積顯示六個步驟。本發(fā)明通過簡單有效的信號處理方法提取了混凝土管道的應力波回波信號，顯著改善了混凝土管道應力波回波成像質(zhì)量，為橋梁預應力管道成像和預應力管道注漿質(zhì)量評價提供了有力支撐。
【IPC分類】G01N33/38
【公開號】CN104977395
【申請?zhí)枴緾N201410152047
【發(fā)明人】雷剛, 鐘志春, 尤振南, 馬增勝
【申請人】湖南芯儀電子科技有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月13日