一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法。将被检测对象上的测试区域分隔成多个单元格，生成初始模型，将在测试区域设置的每对激励传感器与响应传感器之间的弹性波传播视为射线；根据所述初始模型利用射线追踪算法计算出每条射线穿过测试区域时所经过的每个成像的单元格的长度，并标注出射线所经过的单元格，通过正演算法形成成像方程中的距离矩阵；根据所述距离矩阵依据图像重建算法实现所述被检测对象内部损伤特征的显现。本发明专利技术可以解决一些有损或无损检测方法不能实现损伤位置的可视化以及精确判断损伤的位置与大小等等问题，为材料结构损伤检测提供一种新的方案。本发明专利技术方法的算法已经通过我们编写出的软件成功实现。们编写出的软件成功实现。们编写出的软件成功实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法


[0001]本专利技术涉及无损检测
，尤其涉及一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国基础设施建设的发展日新月异，但在水利工程、桥梁、建筑以及现代工业等领域，仍然存在大部分结构材料因长时间使用、外部环境的侵蚀、材料自身的老化以及长期受载产生的疲劳等因素的耦合作用，而产生结构及系统的损伤和变形，使得其抵抗灾害的能力大打折扣。一旦这些结构较大的基础设施发生损坏，将会造成巨大的经济损失，甚至是不可弥补的人员伤亡。因此，及时检测发现结构损伤极其重要。目前，传统的无损检测技术，例如电磁探伤和超声波探伤等技术被广泛地应用于疲劳损伤检测中。
[0003]目前，现有技术中的无损检测方法可以探测到结构的表面或内部的缺陷，从而保证结构的健康状态，但是不能探测到结构内部早期的损伤，不能实现损伤位置的可视化以及精确判断损伤的位置与大小等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供了一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法，以实现有效地对材料进行损伤检测。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0006]一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法，包括：
[0007]将被检测对象上的测试区域分隔成多个单元格，生成初始模型，在测试区域设置多个激励传感器与响应传感器，将每对激励传感器与响应传感器之间弹性波的传播视为射线；
[0008]根据所述初始模型利用射线追踪算法计算出每条射线穿过测试区域时所经过的每个成像的单元格的长度，并标注出射线所经过的单元格，通过正演算法形成成像方程中的距离矩阵；
[0009]根据所述距离矩阵依据图像重建算法实现所述被检测对象内部损伤特征的显现。
[0010]优选地，所述的将被检测对象上的测试区域分隔成多个单元格，生成初始模型，在测试区域设置多个激励传感器与响应传感器，将每对激励传感器与响应传感器之间弹性波传播视为射线，包括：
[0011]将被检测对象上的测试区域进行离散化处理，将测试区域分隔成多个面积相同的矩形的单元格，生成初始模型；
[0012]在测试区域内的被检测对象的两侧平行设置相等数量的激励传感器和响应传感器，每个激励传感器与响应传感器之间的连线称为一条射线。
[0013]优选地，所述的根据所述初始模型利用射线追踪算法计算出每条射线穿过测试区域时所经过的每个成像的单元格的长度，并标注出射线所经过的单元格，通过正演算法形
成成像方程中的距离矩阵，包括：
[0014]根据测试区域所构建的初始模型，利用射线追踪算法计算出每条射线穿过测试区域时所经过的每个成像的单元格的长度，并标注出是经过的哪个单元格；
[0015]当有m条射线穿过测试区域时，通过正演算法得到成像方程如下：
[0016][0017]其中，a
mn
为第m条射线穿过的第n个网格的路径长度；
[0018]s
n
为第n个单元网格内的波慢，该波慢为速度的倒数；
[0019]t
m
为第m条射线穿越网格的旅行时间将上述式(1)写成矩阵形式：AS＝T；
[0020]式中A为距离矩阵；T为旅行时间列向量；S为慢度列向量。
[0021]获取每条射线与网格线的水平交点和垂直交点，去除重合的交点以及不在测试范围中的交点，并将剩余交点按照横坐标值进行排序，根据排序后的交点计算出每个单元格中各段射线长度，对各线段中点进行求解，通过中点坐标将各段射线长度与单元格进行匹配，求出距离矩阵A。
[0022]优选地，所述的根据所述距离矩阵依据图像重建算法实现所述被检测对象内部损伤特征的显现，包括：
[0023]给距离矩阵中的第j个单元格元素赋予初始波慢值，再按照距离矩阵中的网格单元的顺序，利用公式(2)从第一个单元格到最后一个单元格进行迭代计算，迭代完成后，得到第j个单元格元素的波慢值为一轮迭代结束，之后判断是否满足迭代收敛准则，如果满足要求则退出迭代计算，不满足收敛准，则将作为下一轮迭代计算中的波速初值，再利用公式(2)迭代计算第j个单元格元素的波慢值，不断循环上述迭代计算过程，直到第j个单元格元素的波慢值满足迭代收敛准则；
[0024]迭代计算距离矩阵中的各个单元格元素的波慢值的计算公式如下：
[0025][0026]s0为波速初值，k为迭代次数；i为第i条射线，M
j
为距离矩阵A中的第j列中非零元素的个数，s
k
代表第k轮迭代求出的所有单元格的波慢值，代表第k轮求出的第j个单元格的波慢，a
ij
代表距离矩阵中的第i行第j列个元素，a
i
代表距离矩阵A的第i行，t
i
代表第i条射线的旅行时间；
[0027]迭代收敛标准：
[0028]式中，s
k+1
为第k+1轮迭代求出的波慢值，s
k
为第k轮迭代求出的波慢值，ε为收敛因
子；
[0029]用不同的颜色代表不同的波慢值，根据每个单元格元素的波慢值大小填入相应的颜色，汇成波速场图像，在波速场图像中单元格元素的波慢值越大，则代表该单元格元素区域中的被检测对象的损伤越严重。
[0030]由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术可以解决一些有损或无损检测方法不能实现损伤位置的可视化以及精确判断损伤的位置与大小等等问题，为材料结构损伤检测提供一种新的方案。
[0031]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术实施例提供的一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法的检测流程图；
[0034]图2为本专利技术实施例提供的一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法的软件流程图；
[0035]图3为本专利技术实施例提供的一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法的算法原理图；
[0036]图4为本专利技术实施例提供的一种激励传感器与响应传感器之间的连线形成射线示意图。
具体实施方式
[0037]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0038]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声发射技术和层析成像技术的损伤检测方法，其特征在于，包括：将被检测对象上的测试区域分隔成多个单元格，生成初始模型，在测试区域设置多个激励传感器与响应传感器，将每对激励传感器与响应传感器之间弹性波的传播视为射线；根据所述初始模型利用射线追踪算法计算出每条射线穿过测试区域时所经过的每个成像的单元格的长度，并标注出射线所经过的单元格，通过正演算法形成成像方程中的距离矩阵；根据所述距离矩阵依据图像重建算法实现所述被检测对象内部损伤特征的显现。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将被检测对象上的测试区域分隔成多个单元格，生成初始模型，在测试区域设置多个激励传感器与响应传感器，将每对激励传感器与响应传感器之间弹性波传播视为射线，包括：将被检测对象上的测试区域进行离散化处理，将测试区域分隔成多个面积相同的矩形的单元格，生成初始模型；在测试区域内的被检测对象的两侧平行设置相等数量的激励传感器和响应传感器，每个激励传感器与响应传感器之间的连线称为一条射线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据所述初始模型利用射线追踪算法计算出每条射线穿过测试区域时所经过的每个成像的单元格的长度，并标注出射线所经过的单元格，通过正演算法形成成像方程中的距离矩阵，包括：根据测试区域所构建的初始模型，利用射线追踪算法计算出每条射线穿过测试区域时所经过的每个成像的单元格的长度，并标注出是经过的哪个单元格；当有m条射线穿过测试区域时，通过正演算法得到成像方程如下：其中，a
mn
为第m条射线穿过的第n个网格的路径长度；s
n
为第n个单元网格内的波慢，该波慢为速度的倒数；t
m
为第m条射线穿越网格的旅行时间将上述式(1)写成矩阵形式：AS＝T；式中A为距离矩阵；T为旅行时间列向量；S为慢度列向量。获取每条射线与网格...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐红元，侯东明，罗予，骆路，韩得福，王翠苹，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：