一种基于超声波的混凝土密实性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，利用超声波检测设定的测点处的首波声时，继而确定混凝土内部声速的分布图，对分布图中疑似空洞或不密实区域进行标注，建立超声CT的正演模型，基于射线追踪最短路径法，获得超声波的传播路径，进行反演，以定量评估混凝土内部的空洞或不密实区域的大小。本发明专利技术测试精度相比传统超声CT方法要更高，引入二维成像，清晰明了的反映出混凝土内部缺陷，是一种具有广阔推广前景的评估方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于超声波的混凝土密实性评估方法。
技术介绍
超声检测技术是检测混凝土质量的重要手段，由于大量建设工程得需求，发展十分迅速。随着超声波检测仪器不断完善和改进，仪器本身变得更加小巧轻便，并采用集成化和智能化模块，实现“一机多能”，可以采集声速、波幅和频率等多重参数，逐渐运用到定量推定混凝土质量检测中。然而目前对于混凝土内部不密实区、空洞等的超声波检测方面，文献较少，尤其是定量检测内部空洞和不密实区的技术还未成形。目前对混凝土不密实区和空洞区的检测基本有冲击回波法，超声波法。冲击回波法基本只能通过回波的时间和波形的频率图，定性判别混凝土是否存在空洞或者不密实现象。超声波检测方面，目前的研究还仅仅停留在定性判别层次。主要研究可简介如下：1)通过无缺陷混凝土构件和有空洞混凝土构件的超声波首波时间来计算内部空洞区域的大小，但是内部空洞一般是理论假设的圆形，明显混凝土内部空洞的形状是随机形状。所以该方法的判别精度有待提高。2)通过无缺陷混凝土构件和有空洞和不密实区域混凝土构件的超声波的波形时程曲线形状去判别，而该方法仅能通过不同的波形形状去判别混凝土构件内部的空洞或者不密实病害，还停留在定性判别的层次。3)传统的超声CT技术，仅仅通过首波时间，进行反演，直接得到混凝土内部的不密实区或者空洞区域。但是由于构件内部混凝土的波速假定的初值都为统一定值，在该种统一初值情况得到的反演结果与实际构件内部空洞或者不密实区域会存在较大误差。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，本方法基于超声波，能够实现对结构无损、且能定量判断混凝土密实性的方法，解决现有的对混凝土内部空洞和不密实区的未能定量检测的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，利用超声波检测设定的测点处的首波声时，继而确定混凝土内部声速的分布图，对分布图中疑似空洞或不密实区域进行标注，建立超声CT的正演模型，基于射线追踪最短路径法，获得超声波的传播路径，进行反演，以定量评估混凝土内部的空洞或不密实区域的大小。一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，具体包括以下步骤：(1)根据测试构件大小，在构件表面随机确定测试区域，并采用一点发射多点接收的测点布置，并建立多个发射点，使声波射线网格覆盖到整个测试区域；(2)利用超声波检测仪对发射点及接收点进行检测，每个测点建立一个测试文件，在测试文件中记录相对应测点的测距与首波声时；(3)利用首波声时，得到混凝土内部声速的分布图，标记声速小于阈值的首波声时的线，统计分布图中交叉点处的标记线数量，将标记线数量超过预定值的交叉点进行标记；(4)根据标记的交叉点，定性评估混凝土内部空洞或者不密实区域；(5)根据判别得到的空洞或者不密实区域，建立超声CT的正演模型，正演模型中设置标记交叉点位置为低波速区域，基于射线追踪最短路径法，获得超声波的传播路径；(6)根据正演得到的超声波传播路径，基于SIRT模型重构算法进行测试对象的波速反演，最终达到定量评估混凝土内部的空洞或不密实区域的大小。所述步骤(1)中，根据测试构件的大小，随机抽取测试区域。所述步骤(2)中，在测试区域涂抹耦合剂，进行超声波检测，每个测点建立一个测试文件，在测试文件中记录测点的测距、首波声时。所述步骤(3)中，具体步骤包括：(3-1)对所有首波声时ti0，计算均值μ和方差σ2；(3-2)假定首波声时测试数据服从正态分布，对给定的置信度1-α,根据分布求分位数Zα/2；(3-3)对混凝土内部声速分布图中，小于的首波声时的线标记为虚线，n为测点数量；(3-4)统计图中各个交叉点的虚线数量，认为交叉点虚线数量大于n/3的交叉点的位置均为空洞或者不密实区域，对上述位置标记实心圆圈。所述步骤(5)中，具体步骤包括：(5-1)对实际介质进行离散化，将被测试区域剖分成一系列小单元，在小单元边界上设置若干节点，将彼此相邻的节点相连构成一个网络；(5-2)对于某个网格节点，选取与其所有相邻的邻域点组成计算网格点；(5-3)由一个源点出发，计算出从源点到计算网格点的透射走时、射线路径、和射线长度；(5-4)将除震源之外的所有网格点相继当作次级源，选取该节点相应的计算网格点，计算出从次级源点到计算网格点的透射走时、射线路径、和射线长度；(5-5)将每次计算出来的走时加上从震源到次级源的走时，作为震源点到该网格节点的走时，记录下相应的射线路径位置及射线长度。所述步骤(5)中，网络中，速度场分布在离散的节点上。所述步骤(6)中，设断层截面由一个未知的矩阵组成，然后由测量投影数据建立一组未知向量的关系式，将反演问题变为根据第j条射线走时误差求取声波慢度的修改增量，求解以计算得到未知图像向量。所述步骤(6)中，波传输时间求解速度分布的问题，用关系式表示为T＝∫rsdl (1)式中：T为波传输时间，r表示射线路径，s为网格慢度，即波速度的倒数。所述步骤(6)中，采用网格化模型,设第k个网格慢度产生增量Δsk， Δt j = Σ k = 1 K Δs k a j k , j = 1 , 2 , 3.... J - - - ( 2 ) ]]>式中：Δtj为理论传输时间与模型传输时间之差，j为射线编号，J是射线的总条数，k为网格编号，K为射线经过的网格总数，ajk为第j条射线在第个k网格内的线段长度。所述步骤(6)中，用网格化模型作为约束条件求得Δsk的L2模的极小解，通过拉格朗日乘子法建立目标函数，加入不随迭代变化的松弛因子μ，最终得到波波慢速修正值如下式： s ‾ k q , j = s ‾ k q , j + 1 + μ Σ k = 1 K ( a j k Δt 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，其特征是：利用超声波检测设定的测点处的首波声时，继而确定混凝土内部声速的分布图，对分布图中疑似空洞或不密实区域进行标注，建立超声CT的正演模型，基于射线追踪最短路径法，获得超声波的传播路径，进行反演，以定量评估混凝土内部的空洞或不密实区域的大小。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，其特征是：利用超声波检测设定的测点处的首波声时，继而确定混凝土内部声速的分布图，对分布图中疑似空洞或不密实区域进行标注，建立超声CT的正演模型，基于射线追踪最短路径法，获得超声波的传播路径，进行反演，以定量评估混凝土内部的空洞或不密实区域的大小。2.一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，其特征是：具体包括以下步骤：(1)根据测试构件大小，在构件表面随机确定测试区域，并采用一点发射多点接收的测点布置，并建立多个发射点，使声波射线网格覆盖到整个测试区域；(2)利用超声波检测仪对发射点及接收点进行检测，每个测点建立一个测试文件，在测试文件中记录相对应测点的测距与首波声时；(3)利用首波声时，得到混凝土内部声速的分布图，标记声速小于阈值的首波声时的线，统计分布图中交叉点处的标记线数量，将标记线数量超过预定值的交叉点进行标记；(4)根据标记的交叉点，定性评估混凝土内部空洞或者不密实区域；(5)根据判别得到的空洞或者不密实区域，建立超声CT的正演模型，正演模型中设置标记交叉点位置为低波速区域，基于射线追踪最短路径法，获得超声波的传播路径；(6)根据正演得到的超声波传播路径，基于SIRT模型重构算法进行测试对象的波速反演，最终达到定量评估混凝土内部的空洞或不密实区域的大小。3.如权利要求2所述的一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，其特征是：所述步骤(1)中，根据测试构件的大小，随机抽取测试区域。4.如权利要求2所述的一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，其特征是：所述步骤(2)中，在测试区域涂抹耦合剂，进行超声波检测，每个测点建立一个测试文件，在测试文件中记录测点的测距、首波声时。5.如权利要求2所述的一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，其特征是：所述步骤(3)中，具体步骤包括：(3-1)对所有首波声时ti0，计算均值μ和方差σ2；(3-2)假定首波声时测试数据服从正态分布，对给定的置信度1-α,根据分布求分位数Zα/2；(3-3)对混凝土内部声速分布图中，小于的首波声时的线标记为虚线，n为测点数量；(3-4)统计图中各个交叉点的虚线数量，认为交叉点虚线数量大于n/3的交叉点的位置均为空洞或者不密实区域，对上述位置标记实心圆圈。6.如权利要求2所述的一种基于超声波的混凝土密实性评估方法，其特征是：所述步骤(5)中，具体步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇军，张峰，姚晨，董旭，高磊，张万志，刘冠之，韩福州，
申请(专利权)人：山东大学，陕西宝汉高速公路建设管理有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37