基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法技术

本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，提供一种基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法

【技术实现步骤摘要】
基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法


[0001]本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料
，特别涉及一种基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法
。

技术介绍

[0002]氯化物引起的劣化对混凝土结构来说是一个严重的问题，容易出现严重的钢筋锈蚀和混凝土剥落现象，有研究表明，受氯盐腐蚀的工程使用
5~10
年就会出现结构损伤严重
、
承载力不足的难题
。
因此，对钢筋混凝土结构中的氯离子进行科学检测，确定结构中被氯化物
/
盐腐蚀的位置，并在其严重受损之前进行预防性维护是非常重要的
。
目前，对于混凝土结构中氯离子含量的测量，主要通过破坏性测试
(
如取心
)
，从现场取样带回实验室进行室内试验获取氯离子的数据，从时效性
、
成本
、
以及对混凝土结构的破坏性的角度来看，其用途受限
。
因此，非常需要能够在钢筋开始腐蚀之前，在现场直接实现快速
、
无损定量测量氯离子含量的方法
。
[0003]为实现无损定量测量氯离子含量，一些技术引入了近红外光谱法，目前，基于近红外光谱混凝土氯离子含量检测通常采用多元回归模型对近红外光谱中多个波长点处的中心波长与氯离子含量进行拟合来建立预测模型，但实际应用中发现，现场诱发钢筋腐蚀的氯离子含量通常非常微小，且现场环境非常复杂，导致氯离子的近红外光谱波长特征很可能被自然和现场环境的干扰信号所掩盖，无法对微小波动含量进行有效建模，进而无法有效预测氯离子含量，导致该方法在在实际中不具有可操作性，也无法在业内推广使用
。
故，如何从光谱特征中提取出微小波动的氯离子含量信息，是我们面临的挑战
。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题
。
[0005]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：本申请提供了一种基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法，包括：采集不同氯离子含量的混凝土的近红外光谱数据，并绘制不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线；基于所述近红外光谱曲线确定氯离子的近红外光谱特征谱段；在所述近红外光谱特征谱段范围内，对含有不同氯离子含量的近红外光谱曲线进行几何特征参数的提取，得到含有不同氯离子含量的近红外光谱吸收峰初始特征变量；所述几何特征参数包括：峰高
、
峰面积
、
半高宽
、
左肩宽
、
右肩宽和左右肩宽比；对不同氯离子含量与对应的所述近红外光谱吸收峰初始特征变量进行相关性分析，以确定近红外光谱吸收峰的最优特征变量组；基于不同氯离子含量与所述近红外光谱吸收峰的最优特征变量组，建立多元线性回归模型，并基于所述多元线性回归模型对混凝土结构中的氯离子含量进行测量
。
[0006]优选地，所述近红外光谱特征谱段为
2250nm~2300nm
波段，中心波长为
2280nm。
[0007]优选地，所述最优特征变量组包括：近红外光谱吸收峰的峰高
、
半高宽
、
左肩宽
。
[0008]优选地，在采集不同氯离子含量的混凝土的近红外光谱数据之后
、
绘制不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线之前，还包括：使用最大距离法对所采集到的近红外光谱数据进行筛选，得到筛选后的近红外光谱数据
。
[0009]优选地，所述绘制不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线，具体为：对所述筛选后的近红外光谱数据按照不同氯离子含量进行取平均值处理，得到不同氯离子含量对应的平均值光谱曲线；将所述平均值光谱曲线作为不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线
。
[0010]优选地，所述对所述近红外光谱曲线中的光谱数据进行降噪增强处理，得到增强处理后的近红外光谱曲线，包括：针对每一个氯离子含量，从所述近红外光谱曲线中随机选择
N
条曲线；分别使用
M
种数据处理方法对所选择的
N
条曲线中的光谱数据进行初步处理；利用偏最小二乘回归方法对初步处理后的波长进行初步建模，得到
M
种数据处理方法对应的初步建模结果；分别计算
M
种数据处理方法对应的初步建模结果的决定系数
、
均方根误差和预残差平方和，以根据所述决定系数
、
均方根误差和预残差平方和确定最优数据处理方法组合；利用所述最优数据处理方法组合对所述近红外光谱曲线中的光谱数据进行数据降噪增强处理，得到增强处理后的近红外光谱曲线
。
[0011]优选地，所述最优数据处理方法组合为：一阶导数
、
多点平滑和标准正态变量变换法三种方法的结合
。
[0012]优选地，在对混凝土中不同氯离子含量与其对应的所述近红外光谱吸收峰初始特征变量进行相关性分析之前，还包括：对提取得到的含有不同氯离子含量的近红外光谱吸收峰初始特征变量进行归一化处理
。
[0013]有益效果：本实施例提供的基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法，采集不同氯离子含量的混凝土的近红外光谱数据，并绘制不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线；基于近红外光谱曲线确定氯离子的近红外光谱特征谱段；在近红外光谱特征谱段范围内，对含有不同氯离子含量的近红外光谱曲线进行几何特征参数的提取，得到含有不同氯离子含量的近红外光谱吸收峰初始特征变量；其中，几何特征参数包括：峰高
、
峰面积
、
半高宽
、
左肩宽
、
右肩宽和左右肩宽比；对不同氯离子含量与对应的近红外光谱吸收峰初始特征变量进行相关性分析，以确定近红外光谱吸收峰的最优特征变量组；基于不同氯离子含量与近红外光谱吸收峰的最优特征变量组，建立多元线性回归模型，并基于多元线性回归模型对混凝土结构中的氯离子含量进行测量
。
该方法利用近红外光谱中氯离子特征谱段的几何特征参数，建立定量模型，并对特征谱段的几何特征进行相关性排序，择优选取关键参数，参与建模，排除了冗余参数以及相关性弱的参数，保证了建模源数据的质量，实现对氯离子含量微小波动的有效建模
。
附图说明
[0014]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定
。
其中：图1为根据本申请的一些实施例提供的基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法的流程示意图；图2为根据本申请的一些实施例提供的一阶导数法（
1st
‑
Der
）对近红外光谱处理效果示意图；图3为根据本申请的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于近红外光谱的混凝土结构中氯离子含量检测方法，其特征在于，包括：采集不同氯离子含量的混凝土的近红外光谱数据，并绘制不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线；基于所述近红外光谱曲线确定氯离子的近红外光谱特征谱段；在所述近红外光谱特征谱段范围内，对含有不同氯离子含量的近红外光谱曲线进行几何特征参数的提取，得到含有不同氯离子含量的近红外光谱吸收峰初始特征变量；所述几何特征参数包括：峰高
、
峰面积
、
半高宽
、
左肩宽
、
右肩宽和左右肩宽比；对不同氯离子含量与对应的所述近红外光谱吸收峰初始特征变量进行相关性分析，以确定近红外光谱吸收峰的最优特征变量组；基于不同氯离子含量与所述近红外光谱吸收峰的最优特征变量组，建立多元线性回归模型，并基于所述多元线性回归模型对混凝土结构中的氯离子含量进行测量
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近红外光谱特征谱段为
2250nm~2300nm
波段，中心波长为
2280nm。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优特征变量组包括：近红外光谱吸收峰的峰高
、
半高宽
、
左肩宽
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集不同氯离子含量的混凝土的近红外光谱数据之后
、
绘制不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线之前，还包括：使用最大距离法对所采集到的近红外光谱数据进行筛选，得到筛选后的近红外光谱数据
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，绘制不同氯离子含量对应的近红外光谱曲线，具体为：对筛选后的近红外光谱数据按照不同氯离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳，张明，王东升，梅宏，高尚，曹恒，董双林，刘学增，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：