智能化的聲波透射法檢測基樁完整性的測試與分析方法
【專利摘要】一種智能化的聲波透射法檢測基樁完整性的測試與分析方法，以聲波透射法檢測數(shù)據(jù)文件為基礎(chǔ)，計算聲速、首波波幅、波形畸變系數(shù)、頻率畸變系數(shù)和信號能量，進行聲參數(shù)異常臨界值計算與異常分類，按照分類結(jié)果將測線分類，并依據(jù)測線類別將水平剖面分類，進而確定樁身異常區(qū)段，形成水平剖面色譜圖，水平剖面色譜圖疊加為三維色譜圖，即樁身缺陷分布圖。本發(fā)明基于聲學(xué)檢測技術(shù)原理和工程檢測實踐經(jīng)驗，在聲參量計算、判定、分類以及綜合分析和圖形顯示等方面量化分析，減少數(shù)據(jù)分析過程中人工分析的工作量和難度，降低了錯判風(fēng)險，豐富了檢測結(jié)果信息量，樁身缺陷分布圖直觀顯示了樁身缺陷的異常程度和空間分布，提高了檢測結(jié)果的準確性和可靠性。
【專利說明】
智能化的聲波透射法檢測基樁完整性的測試與分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及基粧完整性檢測數(shù)據(jù)分析與判定方法，特別是涉及一種采用聲波透射 法進行的基粧完整性檢測數(shù)據(jù)分析與判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前建筑領(lǐng)域廣泛采用粧基結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的粧身完整性對建筑物的安全有很重要 的影響，混凝土灌注粧的聲波透射法超聲檢測是當今粧身完整性檢測中廣泛采用的一種方 法?，F(xiàn)有的基粧質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)范，包括國家行業(yè)標準、協(xié)會標準以及地方性技術(shù)標準，以 下技術(shù)標準具有代表性：（1)中華人民共和國行業(yè)標準《建筑基粧檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014); (2)中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準《超聲法檢測混凝土缺陷》(CECS 21:2000)。
[0003] 上述技術(shù)規(guī)范中，現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析與判定方法的基本特征為：（1)根據(jù)現(xiàn)場檢測 數(shù)據(jù)計算各測線的聲速、波幅和主頻，繪制聲參數(shù)一深度曲線；（2)計算各檢測剖面的聲速 異常判斷臨界值，以各個檢測剖面聲速異常臨界值的算術(shù)平均值作為各測線的聲速異常判 斷臨界值，并判定異常聲速值；（3)計算檢測剖面波幅異常判斷臨界值，并判定波幅異常值；
[4] 主頻和能量明顯降低時判定為異常；（5)根據(jù)粧身異常測線的聲學(xué)特征和空間分布范圍 判定粧身缺陷的空間分布范圍和粧身完整性類別。
[0004] 此外，上述規(guī)程的數(shù)據(jù)分析與判定方法中使用了一些非量化的聲學(xué)參數(shù)（如；波 形)和對異常程度的定性描述(如:輕微異常、明顯異常、嚴重異常等），并缺失某些異常情況 的判定原則，從而造成判定依據(jù)的盲區(qū)，在結(jié)果判定過程中存在相當程度的人為判定因素， 諸如：
[0005] (1)波形是反映聲波傳播路徑中是否存在缺陷以及缺陷嚴重程度的敏感參量，但 在規(guī)程中僅對波形作定性描述而沒有建立描述波形異常與否以及異常程度的量化參量； [0006] (2)規(guī)程中以聲速、波幅的異常判斷臨界值判定聲速、波幅的異常與否，但對其異 常程度只有定性的描述(輕微、明顯、嚴重)而沒有可量化的界定方法；
[0007] (3)規(guī)程中將主頻和信號能量視為輔助參量，說明在參量"明顯降低"時可判定為 異常，但沒有"明顯降低"的量化指標；
[0008] (4)規(guī)程中沒有說明當同一條測線的各種聲參量的異常與否以及異常程度相互之 間不一致時，如何界定測線的異常?但測線異常與否以及異常程度直接對應(yīng)測線路徑混凝 土質(zhì)量，所以可以而且應(yīng)該通過測線對應(yīng)聲參量的判定給出測線異常與否和異常程度的判 定，以表征測線路徑混凝土的質(zhì)量；
[0009] (5)規(guī)程只給出了根據(jù)聲參量異常程度以及異常測線縱向與橫向的分布情況判定 粧身完整性類別的原則，但并未明確粧身缺陷區(qū)段內(nèi)不同嚴重程度缺陷的分布以及空間位 置的判定方法，不能滿足在后期的取芯驗證以及進行缺陷修補加固時對于缺陷進一步定位 的需求。由此，需要較為繁瑣的人工后期綜合分析，提高了對測試人員專業(yè)知識以及測試經(jīng) 驗的要求，工作量和工作難度較大，也增加了檢測結(jié)果的不確定性。
[0010]因此，目前急需一套更智能化的聲波透射法檢測粧身完整性的分析方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是在與現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程要求不相悖的前提下，針對技術(shù)背景中所述諸 多不確定的判定因素導(dǎo)致需要測試者進行后期人工綜合分析的技術(shù)問題，基于聲學(xué)檢測技 術(shù)原理和多年工程檢測實踐經(jīng)驗的支持，提供一種智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的 測試與分析方法，在聲參量計算、判定、分類以及綜合分析和圖形顯示等諸方面量化分析， 減少檢測數(shù)據(jù)分析過程中人工綜合分析的工作量和分析難度，降低了錯判風(fēng)險，同時進一 步豐富了檢測結(jié)果的信息量，粧身異常區(qū)段圖形顯示直觀描述了粧身缺陷的異常程度和空 間位置，提高了檢測結(jié)果的準確性和可靠性。
[0012] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0013] -種智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其特征在于：
[0014] 步驟一:現(xiàn)場檢測:在完成埋設(shè)聲測管的混凝土灌注粧上進行聲波透射法檢測，聲 測管沿鋼筋籠內(nèi)側(cè)呈對稱形狀布置，根據(jù)粧徑大小，聲測管數(shù)量為2根、3根、4根或4根以上； 發(fā)射與接收換能器分別置于兩根聲測管中且始終保持相同深度，從粧底向上同步提升;聲 測線間距不大于100mm;實時顯示、記錄每條聲測線的信號時距曲線，讀取首波聲時、首波幅 度、保存不少于15個完整波形的波形樣本，獲得粧身聲波透射法檢測數(shù)據(jù)文件。
[0015] 步驟二:確定目標聲參量；以粧身聲波透射法檢測數(shù)據(jù)文件為基礎(chǔ)，確定目標聲參 量
[0016] 步驟三:聲參數(shù)計算:利用步驟一測得的數(shù)據(jù)，分別進行計算獲得實測聲參量；
[0017] 步驟四：聲參數(shù)異常臨界值計算與異常分類:計算各個目標聲參量的異常分類界 定值，將其分別與實測聲參量進行比較，判定聲參量異常與否，并依據(jù)異常程度進行分類；
[0018] 步驟五:按照測線聲參量異常類別將測線分類:按照同一條測線所對應(yīng)的聲參量 異常類別，判定測線異常與否，并對異常測線的異常程度進行分類；
[0019] 步驟六:水平剖面分類:綜合同一水平剖面內(nèi)的測線類別、相鄰縱向測線連續(xù)性、 水平剖面異常測線比例對水平剖面進行分類：
[0020]步驟七:粧身異常區(qū)段判定與分類:按照水平剖面內(nèi)測線的異常類別判定水平剖 面是否歸屬于粧身異常區(qū)段，確定異常區(qū)段的高程邊界，并對異常區(qū)段進行分類；
[0021] 步驟八:對粧身完整性進行分類:根據(jù)步驟五所得的粧身異常區(qū)段的類型以及其 分布，對粧身完整性進行分類；
[0022] 步驟九：繪制粧身水平剖面異常分布色譜圖和粧身缺陷分布色譜圖：根據(jù)測線類 別確定對應(yīng)區(qū)域的色譜，形成水平剖面色譜圖，水平剖面色譜圖疊加為粧身三維色譜圖，即 粧身缺陷分布圖，至此，智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析完成。
[0023] 所述步驟二中，所述目標聲參量有五種，分別為聲速、首波波幅、波形畸變系數(shù)、頻 率畸變系數(shù)和信號能量。
[0024]其中，所述波形畸變系數(shù)Ri為接收波與標準子波的互相關(guān)系數(shù)，表征接收波形相 對標準子波的畸變程度，所述頻率畸變系數(shù)Fci為接收波與標準子波頻率幅度譜對應(yīng)頻率 的幅度值之差的平方和，表征接收波相對標準子波在主頻和頻率譜能量的變化；
[0025] 所述步驟三中，波形畸變系數(shù)Ri通過式（1)和式(2)計算得到，頻率畸變系數(shù)Fci通 過式(3)式(4)和式(5)計算得到：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031] 式中：
[0032] fci(kA t)-測點i截取的接收波采樣數(shù)據(jù) [0033] fb(kA t)-標準子波的采樣數(shù)據(jù)；
[0034] Λ t-波形時域采樣間隔；
[0035] N-波形采樣點數(shù)；
[0036] m-以接收波首波起跳樣本點沿時間序列向后移動的樣本點數(shù)；
[0037] (m=l，2,3,……100)
[0038] Fci(kA f)-點i的接收波頻率幅度譜；
[0039] Fb(k Δ f)-標準子波頻率幅度譜。
[0040]進一步的，所述步驟四中，將各個聲參量分為4類:正常、輕微異常、明顯異常和嚴 重異常，目標聲參量的異常分類界定值的界定方法分別為：
[0041 ] 聲速
[0042] 正常聲速:Vi 2 Vc;
[0043] 輕微異常:Vb SVi<Vc;
[0044] 明顯異常:VL SVi <Vb;
[0045] 嚴重異常:Vi < VL;
[0046] 其中，Vc為聲速異常判斷臨界值，VL為聲速低限值，Vb = l/2(Vc+VL);
[0047] 首波波幅 [0048]正常波幅:Ai 2 Ac;
[0049] 輕微異常:Acl <Ai<Ac;
[0050] 明顯異常:Ac2<Ai<Acl;
[0051 ]嚴重異常 Ai<Ac2;
[OO52 ] 其中，Am為首波波幅平均值，異常判斷臨界值A(chǔ)c = Am-6，Acl=Ac-3 = Am-9，Ac 2 = Al-3=Am-12；
[0053] 波形畸變系數(shù)
[0054] 采用統(tǒng)一的波形畸變系數(shù)界定值R界定波形異常程度；
[0055] 正常波形 I 2 Ri 2 0.4;
[0056] 輕微異常波形0.4>Ri2 0.3;
[0057] 明顯異常波形0.3>Ri2 0.2;
[0058] 嚴重異常波形Ri<〇.2;
[0059] 頻率畸變系數(shù)
[0060]采用統(tǒng)一的頻率畸變系數(shù)界定值FC界定波形頻率異常程度；
[0061] 正常 12 FCi 2 0.4;
[0062] 輕微異常 0.4>FCi2 0.3;
[0063] 明顯異常 0.3>FCi2 0.2;
[0064] 嚴重異常 FCi<0.2;
[0065]信號能量
[0066] 正常 Ei 2 Ec;
[0067] 輕微異常 Ecl <Ei<Ec;
[0068] 明顯異常 Ec2<Ei<Ecl;
[0069] 嚴重異常 Ei<Ec2;
[0070] 其中，Em 為信號能量平均值，Ec = Em_6，Ecl =Ec-3 = Em_9，Ec2 = El-3 = Em_12。
[0071] 進一步的，所述步驟五中，測線的類別有四類，正常、輕微異常、明顯異常和嚴重異 常;分類時，將同一條測線的五種聲參數(shù)分為三類，第一類為聲速，第二類為首波幅度和信 號能量，第三類為波形畸變系數(shù)和頻率畸變系數(shù)，若在同一條測線的上述三類聲參數(shù)中有 兩類或兩類以上存在異常，即判定該測線為異常，若僅有一類異常，則該測線為正常。
[0072] 進一步的，對測線異常程度分類時，同一類聲參數(shù)中若僅有一個聲參數(shù)異常，以該 聲參數(shù)的類別為此類聲參數(shù)的類別；同一類聲參數(shù)中若存在兩個異常聲參數(shù)，若異常類別 分別為輕微異常與明顯異?；蛎黠@異常與嚴重異常，以較為嚴重的類別作為此類聲參數(shù)的 類別;若異常類別為輕微異常與嚴重異常，此類聲參數(shù)的類別為明顯異常;有兩類聲參數(shù)異 常:若各類異常為輕微異常與明顯異?；蛎黠@異常與嚴重異常，測線取較為嚴重的類別為 測線類別;若各類異常為輕微異常與嚴重異常，測線類別為明顯異常;若三類聲參數(shù)均為異 常，測線取排序居中的類別。
[0073] 進一步的，所述步驟七中，存在異常測線的水平剖面為有缺陷的水平剖面，判定水 平剖面是否歸屬于粧身異常區(qū)段時，按照異常測線的數(shù)量、異常程度以及相鄰縱向剖面內(nèi) 是否連續(xù)存在異常測線，來判定水平剖面歸屬于粧身異常區(qū)段，將連續(xù)異常的剖面合并為 一個粧身異常區(qū)段，并確定異常區(qū)段的上下高程，取粧身異常區(qū)段內(nèi)最嚴重的剖面等級為 整個粧身異常區(qū)段的異常類別。
[0074] 進一步的，所述步驟八中，根據(jù)粧身異常區(qū)段的類型以及分布確定粧身完整性類 另IJ，以最嚴重的粧身異常區(qū)段等級作為全粧完整性類別。
[0075] 更進一步的，所述步驟九中，根據(jù)水平剖面內(nèi)異常測線的數(shù)量、位置和異常程度， 界定水平剖面內(nèi)異常區(qū)域的范圍以及異常類別，每個類別分別用不同色彩進行標記，根據(jù) 測線異常類別確定對應(yīng)區(qū)域的色譜，形成水平剖面色譜圖；將水平剖面色譜圖縱向疊加形 成粧身三維色譜圖，即粧身缺陷分布圖。
[0076] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于：
[0077] 對現(xiàn)場測試聲參量的優(yōu)化與量化:現(xiàn)有規(guī)程中一般可量化的聲參量包括聲速、首 波波幅、主頻、信號能量;定性聲參量為波形，本發(fā)明的5項可量化聲參量包括:聲速、首波 波幅、波形畸變系數(shù)、頻率畸變系數(shù)和信號能量，將規(guī)程中的主頻改為頻率畸變系數(shù)，并以 波形畸變系數(shù)作為描述波形的量化參量；
[0078] 現(xiàn)有技術(shù)中對于聲速和首波波幅規(guī)定了異常判斷臨界值，但對于異常程度是由測 試人員自行判定，對于其他的聲參量的異常與否沒有量化的判定標準，本發(fā)明將聲參量判 定為4類:正常，輕微異常，明顯異常，嚴重異常，并提出各個聲參量的分類界定方法；
[0079] 現(xiàn)有技術(shù)中缺乏測線異常類別的判定，本發(fā)明依據(jù)測線的多種聲參量類別對該測 線異常與否和異常類別進行判定；
[0080] 現(xiàn)有技術(shù)中缺乏水平剖面類別的判定，本發(fā)明為判定存在異常測線的水平剖面屬 于有缺陷的水平剖面，通過該水平剖面內(nèi)的異常測線數(shù)量、異常程度以及相鄰縱向剖面內(nèi) 是否連續(xù)存在異常測線來判定該水平剖面歸屬于缺陷的類型；
[0081 ]現(xiàn)有技術(shù)中直接按照聲參量情況人為判定粧身完整性類別，本發(fā)明為按照水平剖 面類別，將連續(xù)異常的剖面合并為一個異常區(qū)段，取異常區(qū)段內(nèi)最嚴重的剖面等級為整個 區(qū)段的異常類別，獲得全粧身缺陷區(qū)段匯總列表，最終給出粧身完整性判定類別，以最嚴重 的異常區(qū)段等級作為全粧完整性類別；
[0082]現(xiàn)有技術(shù)中僅給出聲參量-深度曲線圖，缺乏粧身缺陷分布的圖形顯示，本發(fā)明給 出粧身缺陷分布圖形，進一步給出所有異常區(qū)段的空間位置、大體尺寸、異常區(qū)段內(nèi)的異常 分布，是對粧身完整性判定結(jié)果的豐富和補充；
[0083]綜上，本發(fā)明基于聲學(xué)檢測技術(shù)原理和多年工程檢測實踐經(jīng)驗的支持，在聲參量 計算、判定、分類以及綜合分析和圖形顯示等諸方面量化分析，減少檢測數(shù)據(jù)分析過程中人 工綜合分析的工作量和分析難度，降低了錯判風(fēng)險，同時進一步豐富了檢測結(jié)果的信息量， 粧身異常區(qū)段圖形顯示直觀描述了粧身缺陷的異常程度和空間位置，提高了檢測結(jié)果的準 確性和可靠性。
【附圖說明】
[0084] 通過結(jié)合以下附圖所作的詳細描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面和優(yōu)點將變得 更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本發(fā)明，其中：
[0085] 圖1為1條異常測線時三根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：
[0086] 圖2為2條異常測線時三根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：
[0087] 圖3為3條異常測線時三根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖；
[0088] 圖4為1條異常測線時四根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：
[0089] 圖5為2條異常測線時四根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：
[0090] 圖6為3條異常測線時四根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖；
[0091] 圖7中為對角線測線都異常時增加粧中心異常區(qū)域的四根聲測管粧的缺陷區(qū)域示 意圖；
[0092] 圖8為除對角線測線外4條測線異常的四根聲測管粧的對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖；
[0093] 圖9為6條異常測線時四根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖；
[0094] 圖10為不同測線對應(yīng)異常區(qū)域的色譜示意圖；
[0095] 圖11為水平剖面色譜圖按照縱向高程疊加而成的三維立體色譜圖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0096] 圖12為測線與剖面異常分類結(jié)果示意圖；
[0097]圖13粧身缺陷分布結(jié)果不意圖；
[0098] 圖14為獲得的聲參量-深度曲線圖。
【具體實施方式】
[0099] 在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試 與分析方法的實施例。
[0100] 在此記載的實施例為本發(fā)明的特定的【具體實施方式】，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均 是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明實施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的 實施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而 易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對在此記載的實施例的做出任何顯而易見的 替換和修改的技術(shù)方案。
[0101] 本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發(fā)明的構(gòu)思，示意性地表示各部分的形狀 及其相互關(guān)系。請注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間 并未按照相同的比例繪制。相同的參考標記用于表示相同的部分。
[0102] -種智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，
[0103] 現(xiàn)場檢測：在完成埋設(shè)聲測管的混凝土灌注粧上進行聲波透射法檢測，聲測管沿 鋼筋籠內(nèi)側(cè)呈對稱形狀布置，聲測管數(shù)量為3根;發(fā)射與接收換能器分別置于兩根聲測管中 且始終保持相同深度，從粧底向上同步提升;聲測線間距為100mm;實時顯示、記錄每條聲測 線的信號時距曲線，讀取首波聲時、首波幅度、保存不少于15個完整波形的波形樣本，獲得 粧身聲波透射法檢測數(shù)據(jù)文件；
[0104] 聲參數(shù)計算一以粧身聲波透射法檢測數(shù)據(jù)文件為基礎(chǔ)，計算聲速，首波波幅，波形 畸變系數(shù)，頻率畸變系數(shù)和信號能量；
[0105] 聲參數(shù)異常臨界值計算與異常分類，將聲參數(shù)分為4類：正常，輕微異常，明顯異 常，嚴重異常；
[0106] 按照測線聲參量類別將測線分為4類:正常，輕微異常，明顯異常，嚴重異常；
[0107] 綜合同一水平剖面內(nèi)的測線類別、相鄰縱向測線連續(xù)性、水平剖面異常測線比例 將水平剖面分類為4類:正常，輕微異常，明顯異常，嚴重異常；
[0108] 粧身異常區(qū)段判定:連續(xù)異常剖面組成一個異常區(qū)段，確定異常區(qū)段的高程邊界；
[0109] 根據(jù)測線類別確定對應(yīng)區(qū)域的色譜，形成水平剖面色譜圖，水平剖面色譜圖疊加 為粧身三維色譜圖一粧身缺陷分布圖。
[0110] 具體分析過程介紹如下：
[0111] 1、對現(xiàn)場測試聲參量的優(yōu)化與量化：
[0112] 規(guī)程中可量化的聲參量包括聲速、首波波幅、主頻、信號能量;定性聲參量為波形。
[0113] 本發(fā)明的5項可量化聲參量包括:聲速、首波波幅、波形畸變系數(shù)、頻率畸變系數(shù)、 信號能量。將規(guī)程中的主頻改為頻率畸變系數(shù)，并以波形畸變系數(shù)作為描述波形的量化參 量。
[0114] 聲速Vi:與規(guī)程定義相同；
[0115] 首波波幅Ai :與規(guī)程定義相同；
[0116] 頻率畸變系數(shù)Fi:足夠長時段的接收波頻譜能量總和與標準子波頻譜能量總和之 比，"足夠長時段"為自波形起始點起的10個以上完整波形時段(以下類同），
[0117]
[0118]
[0119]
[0120]其中，F(xiàn)i(kA t):測點i的接收波采樣數(shù)據(jù);fb(kA t):標準子波的采樣數(shù)據(jù)，k = 0， I，2. . . . (N-1); Δ t:波形時域采樣間隔;N:截取波段樣本數(shù)；
[0121] 頻率畸變系數(shù)F1表示接收波幅度譜與標準子波幅度譜的各種頻率的幅度變化量 的平方和，綜合反映了頻譜中主頻漂移、幅值變化等各種變異，頻率畸變系數(shù)越小表明接收 波的幅度譜與標準子波的幅度譜越接近，混凝土的密實性越高，而規(guī)程中的主頻偏移僅表 示接收波的主頻的變化，作為判定缺陷的頻率參量，頻率畸變系數(shù)比主頻更為敏感和有效。
[0122] (4)波形畸變系數(shù)Ri:足夠長時段的接收波與標準子波的相關(guān)系數(shù)，表征接收波形 的畸變程度，Ri為m個波形畸變系數(shù)中的最大值：
[0123]
[0124] Ri=MAX[Ri(m)]
[0125] 其中，m-以接收波首波起跳樣本點沿時間序列向后移動的樣本點數(shù);Ri(m)_接收 波fci與標準子波fb在不同滯后條件下(滯后m點）的第m個波形畸變系數(shù)。
[0126] (5)信號能量Ei(j):足夠長時段內(nèi)接收波時域樣本的幅度絕對值求和后取平均， 信號能量反映了聲波在混凝土介質(zhì)中各種聲傳播路徑上的總能量衰減情況，其影響區(qū)域大 于首波。
[0127]
[0128] 聲參量的異常與否與異常程度的量化判定
[0129] 規(guī)程中對于聲速和首波波幅規(guī)定了異常判斷臨界值，但對于異常程度是由測試人 員自行判定，對于其他的聲參量的異常與否沒有量化的判定標準。本發(fā)明是將聲參量判定 為4類:正常(類別編號0)，輕微異常(類別編號1)，明顯異常(類別編號2)，嚴重異常(類別編 號3)。各聲參量分類界定方法分別為：
[0130] (1)聲速:用聲速異常判斷臨界值Vc和聲速低限值VL界定聲速Vi的異常程度，
[0131] 正常聲速:Vi 2 Vc
[0132] 輕微異常:Vb SVi<Vc
[0133] 明顯異常:VLSVi <Vb
[0134] 嚴重異常:Vi<VL
[0135] 式中：Vc:剖面聲速異常判斷臨界值，具體計算方法見建筑基粧檢測技術(shù)規(guī)范 (;1106-2014);￥1^測試者輸入的聲速低限值，￥匕=1/2(￥〇+￥〇
[0136] (2)首波波幅： AiSAc 正常 AcKAi<Ac: 輕微異常
[0137] Ac2^Ai<CAcl 明顯異常 AisSAc2 嚴重異常
[0138] 式中:Am為首波波幅平均值
[0139]
[0140] 令：Ac=Am_6，Acl =Ac-3=Am_9，Ac2=Al-3=Am_12
[0141] (3)波形:采用統(tǒng)一的波形畸變系數(shù)界定值判定波形異常程度。
[0142] 令:Rc = 0.4，Rcl=0.3，Rc2 = 0.2 15s RiSs Re 正常波形 Re>Ri彡Rcl 輕微異常波形
[0143] Rcl>Ri彡Rc2 明顯異常波形 Ri<Rc2 嚴重異常波形
[0144] (4)頻率畸變系數(shù):采用統(tǒng)一的頻率畸變系數(shù)界定值判定波形頻率的異常程度，
[0145] 令:Fc = 0.4，F(xiàn)cl=0.3，F(xiàn)c2 = 0.2 FiSs Fe 正常 Fe >Fi彡Fcl 輕微異常
[0146] Fcl>Fi5? Fc2 明顯異常 Fi<Fc2 嚴重異常
[0147] (5)信號能量:信號能量分類界定值為： Ei彡Ec 正常 Eci彡Ei < Ec 輕微異常
[0148] Ec2^Ei<Ecl. 明顯異常 Ei彡Ec2 嚴重異常'
[0149] 式中：Em為信號能量平均值:Em= ΣΕ?
[0150] 令：Ec = Em_6
[0151] Eel =Ec-3 = Em-9
[0152] Ec2 = El-3 = Em-12
[0153] 3、測線異常類別判定：
[0154] 規(guī)程中不進行測線異常類別的判定，本發(fā)明依據(jù)測線的多種聲參量類別對該測線 異常與否和異常類別進行判定。根據(jù)判定結(jié)果給出測線類別：正常(類別編號〇)，輕微異常 (類別編號1)，明顯異常(類別編號2)，嚴重異常(類別編號3)。將同一條測線的五種聲參數(shù) 分為三類:第一類:聲速;第二類:幅度和能量;第三類:波形畸變系數(shù)和頻率畸變系數(shù)。在同 一條測線的三類聲參數(shù)中有2類或2類以上存在異常，即判定該測線為異常，若僅有一類異 常，則該測線為正常。
[0155] 對測線異常程度分類：
[0156] 同一類聲參數(shù)中若僅有丨個聲參數(shù)異常，以該聲參數(shù)的類別為此類聲參數(shù)的類別；
[0157] 同一類聲參數(shù)中若存在2個異常聲參數(shù)，若異常類別分別為（1與2或2與3)，以較為 嚴重的類別作為此類聲參數(shù)的類別。若異常類別為(1與3)，此類聲參數(shù)的類別為2。
[0158] 有2類聲參數(shù)異常:若各類異常為（1與2或2與3)，測線取較為嚴重的類別為測線類 另IJ;若各類異常為(1與3)，測線類別為2。
[0159] 若3類聲參數(shù)均為異常，測線取排序居中的類別。
[0160] 4、水平剖面的異常區(qū)域判定
[0161] 規(guī)程中不進行水平剖面類別的判定，本發(fā)明在異常測線的水平剖面屬于有缺陷的 水平剖面，通過該水平剖面內(nèi)的異常測線數(shù)量、異常程度以及相鄰縱向剖面內(nèi)是否連續(xù)存 在異常測線來判定該水平剖面歸屬于缺陷的類型。剖面分類代碼:正常(類別編號〇)，輕微 異常(類別編號1)，明顯異常(類別編號2)，嚴重異常(類別編號3)，具體見表1:
[0162] 表1.水平剖面類別判定表

[0165] 粧身完整性判定
[0166] 規(guī)程中直接按照聲參量情況人為判定粧身完整性類別。本發(fā)明為按照水平剖面類 另IJ，將連續(xù)異常的剖面合并為一個異常區(qū)段，取異常區(qū)段內(nèi)最嚴重的剖面等級為整個區(qū)段 的異常類別。獲得全粧身缺陷區(qū)段匯總列表，最終給出粧身完整性判定類別：以最嚴重的異 常區(qū)段等級作為全粧完整性類別。
[0167] 6、粧身缺陷分布圖形顯不
[0168] 規(guī)程不進行粧身缺陷分布的圖形顯示，本發(fā)明給出粧身缺陷分布圖形，進一步給 出所有異常區(qū)段的空間位置、大體尺寸、異常區(qū)段內(nèi)的異常分布。是對粧身完整性判定結(jié)果 的豐富和補充?；捝砣毕莘植紙D步驟如下：
[0169] (1)用統(tǒng)一色譜表征異常與否和異常程度，適用于聲參量、測線、水平剖面和粧身 缺陷所對應(yīng)的4個分類，確定具體分類對應(yīng)的色譜；
[0170] (2)界定水平剖面內(nèi)測線影響范圍的對應(yīng)區(qū)域，根據(jù)水平剖面內(nèi)的測線類別界定 水平剖面內(nèi)異常區(qū)域的范圍以及異常類別，形成水平剖面異常區(qū)域色譜圖，如圖1-11，圖中 陰影區(qū)域代表對應(yīng)缺陷區(qū)域。
[0171]其中，圖1-3為三根聲測管粧的異常測線示意圖，共三條測線，圖1所示為1條異常 測線時三根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：圖2所示為2條異常測線時三根聲測 管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：圖3所示為3條異常測線時三根聲測管粧的異常測線 對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖；
[0172] 圖4-9為四根聲測管粧的異常測線示意圖，共六條測線，圖4所示為1條異常測線時 四根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：圖5所示為2條異常測線時四根聲測管粧的 異常測線對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖：圖6所示為3條異常測線時四根聲測管粧的異常測線對應(yīng)缺 陷區(qū)域示意圖；圖7中，對角線測線都異常時，增加粧中心異常區(qū)域；圖8為除對角線測線外 4條測線異常的對應(yīng)缺陷區(qū)域示意圖；圖9為6條異常測線時四根聲測管粧的異常測線對應(yīng) 缺陷區(qū)域示意圖。
[0173] (3)依據(jù)測線異常分度在異常區(qū)域內(nèi)進一步區(qū)分不同測線對應(yīng)異常區(qū)域的色譜， 如圖10所示；
[0174] (4)將水平剖面色譜圖按照縱向高程疊加為三維立體色譜圖，可沿縱向中軸轉(zhuǎn)動 觀察，如圖11。
[0175] 比較規(guī)程方法與本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理結(jié)果：
[0176] 預(yù)埋三根聲測管，粧長19.00m，粧徑1200mm，測線間距：10cm，采樣周期：0.4ys， 樣本數(shù)量:1024,管間距:管1-2:800mm，管2-3間距:780mm，管3-1間距:810mm;
[0177]應(yīng)用本方法數(shù)據(jù)處理流程與結(jié)果為;聲參數(shù)計算結(jié)果見表2，聲參量異常分類界定 值計算結(jié)果見表3,測線與剖面異常分類結(jié)果見圖12,粧身缺陷區(qū)段匯總見表4,粧身完整性 類別判定為3類粧，粧身缺陷分布圖如圖13,按照技術(shù)規(guī)程計算方法獲得聲參量-深度曲線 圖如圖14,測試者根據(jù)圖中各縱剖面的聲參量-深度曲線判定粧身缺陷區(qū)段的空間位置和 異常程度。
[0178]表2.聲參數(shù)計算結(jié)果（X X位置數(shù)據(jù)略）
[0180]表3.聲參量異常分類界定值計算結(jié)果
[0184]上述披露的各技術(shù)特征并不限于已披露的與其它特征的組合，本領(lǐng)域技術(shù)人員還 可根據(jù)發(fā)明之目的進行各技術(shù)特征之間的其它組合，以實現(xiàn)本發(fā)明之目的為準。
【主權(quán)項】
1. 一種智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其特征在于， 步驟一:現(xiàn)場檢測:在完成埋設(shè)聲測管的混凝±灌注粧上進行聲波透射法檢測，聲測管 沿鋼筋籠內(nèi)側(cè)呈對稱形狀布置;發(fā)射與接收換能器分別置于兩根聲測管中且始終保持相同 深度，從粧底向上同步提升;聲測線間距不大于100mm;實時顯示、記錄每條聲測線的信號時 距曲線，讀取首波聲時、首波幅度、保存不少于15個完整波形的波形樣本，獲得粧身聲波透 射法檢測數(shù)據(jù)文件； 步驟二:確定目標聲參量；W粧身聲波透射法檢測數(shù)據(jù)文件為基礎(chǔ)，確定目標聲參量； 步驟Ξ:聲參數(shù)計算:利用步驟一測得的數(shù)據(jù)，分別進行計算獲得實測聲參量;步驟四： 聲參數(shù)異常臨界值計算與異常分類:計算各個目標聲參量的異常分類界定值，將其分別與 實測聲參量進行比較，判定聲參量異常與否，并依據(jù)異常程度進行分類； 步驟五:按照測線聲參量異常類別將測線分類:按照同一條測線所對應(yīng)的聲參量異常 類別，判定測線異常與否，并對異常測線的異常程度進行分類； 步驟六:水平剖面分類:綜合同一水平剖面內(nèi)的測線類別、相鄰縱向測線連續(xù)性、水平 剖面異常測線比例對水平剖面進行異常分類： 步驟屯:粧身異常區(qū)段判定與分類:按照水平剖面內(nèi)測線的異常類別判定水平剖面是 否歸屬于粧身異常區(qū)段，確定粧身異常區(qū)段的高程邊界，并對異常區(qū)段進行分類； 步驟八:對粧身完整性進行分類:根據(jù)步驟五所得的粧身異常區(qū)段的類型W及其分布， 對粧身完整性進行分類； 步驟九:繪制粧身水平剖面異常分布色譜圖和粧身缺陷分布色譜圖：根據(jù)測線類別確 定對應(yīng)區(qū)域的色譜，形成水平剖面色譜圖，水平剖面色譜圖疊加為粧身Ξ維色譜圖，即粧身 缺陷分布圖，至此，智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析完成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述步驟二中，所述目標聲參量有五種，分別為聲速、首波波幅、波形崎變系數(shù)、 頻率崎變系數(shù)和信號能量。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述波形崎變系數(shù)Ri為接收波與標準子波的互相關(guān)系數(shù)，表征接收波形相對標 準子波的崎變程度;所述頻率崎變系數(shù)Fci為接收波與標準子波頻率幅度譜對應(yīng)頻率的幅 度值之差的平方和，表征接收波相對標準子波在主頻和頻率譜能量的變化;波形崎變系數(shù) Ri通過式(1)和式(2)計算得到，頻率崎變系數(shù)Fci通過式(3)、式(4)和式巧)計算得到：式中： fci化Δ t)-測點i截取的接收波采樣數(shù)據(jù)； f b化Δ t)-標準子波的采樣數(shù)據(jù)； At-波形時域采樣間隔； N-波形采樣點數(shù)； m-W接收波首波起跳樣本點沿時間序列向后移動的樣本點數(shù)； (m=l，2,3,……100) Fci化Δ f)-點i的接收波頻率幅度譜； 機化Δ f)-標準子波頻率幅度譜。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述步驟四中，將各個聲參量的異常程度分為4類:正常、輕微異常、明顯異常和 嚴重異常。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述目標聲參量的異常分類界定值的界定方法分別為： (1) 聲速 正常聲速:Vi含Vc; 輕微異常:Vb^Vi<Vc; 明顯異常:VL^Vi<Vb; 嚴重異常:Vi<化； 其中，Vc為聲速異常判斷臨界值，VL為聲速低限值，Vb=l/2(Vc+VL); (2) 首波波幅 正常波幅:Ai含Ac; 輕微異常:Acl含Ai<Ac; 明顯異常:Ac2<Ai<Acl; 嚴重異常Ai ^Ac2; 其中，Am為首波波幅平均值，異常判斷臨界值A(chǔ)c = Am-6，Acl=Ac-3 = Am-9，Ac2 = Al-3 =Am-12； (3) 波形崎變系數(shù) 采用統(tǒng)一的波形崎變系數(shù)界定值R界定波形異常程度； 正常波形1>化>0.4; 輕微異常波形0.4>化> 0.3; 明顯異常波形0.3>化> 0.2; 嚴重異常波形化<0.2; (4) 頻率崎變系數(shù) 采用統(tǒng)一的頻率崎變系數(shù)界定值FC界定波形頻率異常程度； 正常 1 >FCi >0.4; 輕微異常〇.4>FCi>0.3; 明顯異常〇.3>FCi >0.2; 嚴重異常FCi<0.2; (5)信號能量 正常Ei>Ec; 輕微異常Eel ^Ei<Ec; 明顯異常Ec2含Ei<Ecl; 嚴重異常Ei ^Ec2; 其中，Em為信號能量平均值，Ec =血-6，Ecl=Ec-3 =血-9，Ec2 = El-3 =血-12。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述步驟五中，測線的類別有四類，正常、輕微異常、明顯異常和嚴重異常;分類 時，將同一條測線的五種聲參數(shù)分為Ξ類，第一類為聲速，第二類為首波幅度和信號能量， 第Ξ類為波形崎變系數(shù)和頻率崎變系數(shù)，若在同一條測線的上述Ξ類聲參數(shù)中有兩類或兩 類W上存在異常，即判定該測線為異常，若僅有一類異常，則該測線為正常。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述步驟五中，對測線異常程度分類時，同一類聲參數(shù)中若僅有一個聲參數(shù)異 常，W該聲參數(shù)的類別為此類聲參數(shù)的類別；同一類聲參數(shù)中若存在兩個異常聲參數(shù)，若異 常類別分別為輕微異常與明顯異?；蛎黠@異常與嚴重異常，W較為嚴重的類別作為此類聲 參數(shù)的類別;若異常類別為輕微異常與嚴重異常，此類聲參數(shù)的類別為明顯異常;有兩類聲 參數(shù)異常:若各類異常為輕微異常與明顯異?；蛎黠@異常與嚴重異常，測線取較為嚴重的 類別為測線類別;若各類異常為輕微異常與嚴重異常，測線類別為明顯異常;若Ξ類聲參數(shù) 均為異常，測線取排序居中的類別。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述步驟屯中，存在異常測線的水平剖面為有缺陷的水平剖面，判定水平剖面是 否歸屬于粧身異常區(qū)段時，按照異常測線的數(shù)量、異常程度W及相鄰縱向剖面內(nèi)是否連續(xù) 存在異常測線，來判定水平剖面歸屬于粧身異常區(qū)段，將連續(xù)異常的剖面合并為一個粧身 異常區(qū)段，并確定異常區(qū)段的上下高程，取粧身異常區(qū)段內(nèi)最嚴重的剖面等級為整個粧身 異常區(qū)段的異常類別。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述步驟八中，根據(jù)粧身異常區(qū)段的類型W及分布確定粧身完整性類別，W最嚴 重的粧身異常區(qū)段等級作為全粧完整性類別。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能化的聲波透射法檢測基粧完整性的測試與分析方法，其 特征在于:所述步驟九中，根據(jù)水平剖面內(nèi)異常測線的數(shù)量、位置和異常程度，界定水平剖 面內(nèi)異常區(qū)域的范圍W及異常類別，每個類別分別用不同色彩進行標記，根據(jù)測線異常類 別確定對應(yīng)區(qū)域的色譜，形成水平剖面色譜圖；將水平剖面色譜圖縱向疊加形成粧身Ξ維 色譜圖，即粧身缺陷分布圖。
【文檔編號】G01N29/04GK105842341SQ201610331598
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】何國勝, 濮存亭, 常志紅, 王文興, 張世嶒, 劉海永, 倪敏
【申請人】北京市康科瑞工程檢測技術(shù)有限責(zé)任公司