【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及古建筑修复，特别是涉及一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统及方法。
技术介绍
1、超声波检测技术是一种应用广泛的无损检测方法，其基本原理是利用超声波在介质中传播时的反射、折射和衍射等现象来探测物体内部的缺陷和不均匀性。超声波测试仪器产生高频超声波，通过换能器将电能转换为声能并发射出去。当超声波穿过待检测部件时，遇到缺陷或材料界面时会产生反射、折射等现象。接收探头检测到这些反射回来的超声波，通过分析回波的波形参数，可以对材料的强度和完整性进行评估。目前超声波检测技术已经使用在混凝土强度、桩基础完整性检测等多个混凝土质量检测中。
2、在某些情况下，古代砖砌体结构建筑中的古砖是通过将旧砖的碎片或其他碎石材料融入到原始粘土中而制成的，这些碎石可能没有与新的粘土完全融合，导致明显的块状物或内含物具有不同的颜色和纹理。这些块状物的存在又会使砖体产生区域强度差异，简单的无损检测获得的数据偏差较大，不能很好的检测评估其强度。
3、古砖由于长时间暴露在外部环境中，受到外部环境侵蚀，其强度、孔隙度均存在一定程度的变化。因此，强度、孔隙度成为判定古青砖侵蚀程度的关键指标，也是进行修复的一个重要依据。现有的对古砖强度检测的方法主要是超声法或超声回弹方法，这种方法能在无损或低损的情况下，利用超声波波速和回弹值进行计算，能较好的评定古砖的强度，与常规古砖试样单轴抗压所测强度拟合程度在50％至70％之间。
4、常见的超声回弹检测方法，需要对古砖进行超声测试和回弹检测，最后将二者的数据进行拟合获得砖石的强度
5、总之，亟需一种能够快速、精准地无损检测砖石的结构强度，并能准确检测古砖受损程度及侵蚀方向的方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统及方法，实现保证砖石完整性的前提下，快速准确地判定砖石的结构强度，从而准确确定古青砖受损程度及侵蚀方向。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，包括：
4、含水率测湿仪，用于对需要测试区域的多块古青砖进行干燥状态含水率检测，经过含水率检测的古青砖标记为待测古青砖；
5、毛细吸水装置，布置在待测古青砖的上面一行的上层古青砖上，用于给待测古青砖提供毛细饱水条件；所述毛细吸水装置包括渗流仓、固定装置，所述渗流仓通过所述固定装置贴合固定在所述上层古青砖的表面，所述渗流仓贴合所述上层古青砖的一侧面设置有若干渗流口，在所述渗流仓中位于所述渗流口的对立侧面设置有渗流与注水连接口，所述渗流与注水连接口与注水管道螺纹连接，使得注水管道能扭转角度；所述注水管道内部设置有内部螺纹，所述注水管道上设置有注水口；
6、超声探头，设置于被标记的待测古青砖对立两侧，用于分别在干燥条件下和毛细饱水条件下测试所述被标记的待测古青砖的超声速度、超声幅值；
7、数据处理装置，所述数据处理装置包括数据分析模块以及聚类分析模块；
8、所述数据分析模块，用于根据在干燥条件下和毛细饱水条件下实际测量的所述被标记的待测古青砖的超声速度、超声幅值、以及干燥状态含水率，进行计算优化，来消除干燥状态含水率不同带来的影响；
9、所述聚类分析模块，用于基于肘部法、轮廓指数法和davies-bouldin指数，利用所测干燥条件下及毛细饱水条件下测量的超声速度及幅值、超声速度差值、幅值差值共六组数据进行k值计算，确定最佳k值；利用k-means聚类划分法将上述六组数据划分为k类，通过对比这k类数据情况，对待测古青砖的结构强度进行评判，并划分待测古青砖等级，分析待测古青砖的受损情况及侵蚀方向。
10、进一步的，所述注水管道为弧形。
11、进一步的，所述渗流口为橡胶环渗流口。
12、进一步的，所述系统还包括水瓶，通过所述内部螺纹将所述水瓶组装于注水口上，再通过扭转注水管道使得水瓶呈倒立状态。
13、进一步的，所述固定装置为固定3m双面胶，所述固定3m双面胶粘贴渗流仓的表面，使得所述渗流口与所述上层古青砖表面紧密结合。
14、本专利技术还提供了一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价方法，应用于所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，包括以下步骤：
15、s1、选点并测量古青砖含水率：对需要测试区域进行选点，挑选具有区域代表性的多块古青砖用含水率测湿仪进行干燥状态含水率检测，并将经过含水率检测的古青砖标记为待测古青砖；
16、s2、干燥条件超声测试：在干燥条件下，在待测古青砖对立两侧布置超声探头，对其进行超声测试，并记录超声速度vdry测、超声幅值hdry测；
17、s3、布置毛细吸水装置：将毛细吸水装置布置在所述待测古青砖上面一行的上层古青砖上，使得渗流口与所述待测古青砖表面紧密结合；
18、s4、毛细饱水条件超声测试：利用毛细吸水装置在所述待测古青砖中加注清水，使其处于毛细饱水状态，并在所述待测古青砖对立两侧布置超声探头，对其进行超声测试，并记录超声速度vsat测、超声幅值hsat测；
19、s5、数据分析：利用下式进行计算优化，来消除干燥状态含水率不同带来的影响，公式如下：
20、
21、
22、vdry测及vsat测为实际测试中干燥与毛细饱水下的超声速度，hdry测及hsat测为实际测试中干燥与毛细饱水下的超声幅值，p为干燥状态含水率大小；
23、s6、聚类分析：基于肘部法、轮廓指数法和davies-bouldin指数，利用所测干燥条件下及毛细饱水条件下测量的超声速度及幅值、超声速度差值、幅值差值共六组数据进行k值计算，确定最佳k值；利用k-means聚类划分法将上述六组数据划分为k类，通过对比这k类数据情况，对待测古青砖的结构强度进行评判，并划分待测古青砖等级，分析待测古青砖的受损情况及侵蚀方向。
24、进一步的，所述基于肘部法、轮廓指数法和davies-bouldin指数，利用所测干燥条件下及毛细饱水条件下的超声速度及幅值、超声速度差值、幅值差值共六组数据进行k值计算，确定最佳k值，具体包括：
25、计算方法：
26、
27、
28、
29、
30、其中，k是簇的数量；ci是第i个簇；q是ci中的一个数据点；mi是第i个簇的中心；a是簇内平均距离，b是簇间平均距离；di,j是第i和第j簇的簇间距比；是第i个簇中每个点与第i个簇的质心之间的平均距离，是第i个簇中每个点与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述注水管道为弧形。
3.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述渗流口为橡胶环渗流口。
4.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述系统还包括水瓶，通过所述内部螺纹将所述水瓶组装于注水口上，再通过扭转注水管道使得水瓶呈倒立状态。
5.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述固定装置为固定3M双面胶，所述固定3M双面胶粘贴渗流仓的表面，使得所述渗流口与所述上层古青砖表面紧密结合。
6.一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价方法，应用于权利要求1-5任一项所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价方法，其特征在于，所述基于肘部法、轮廓指数法和Davies-Bouldin指数，利用所测干燥条件
8.根据权利要求6所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价方法，其特征在于，所述S1中，进行干燥状态含水率检测，具体包括：在天气干燥时，用含水率测湿仪进行含水率检测，以使所述待测古青砖的含水率控制在25％以下。
9.根据权利要求6所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价方法，其特征在于，所述S4中，利用毛细吸水装置在所述待测古青砖中加注清水，具体方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述注水管道为弧形。
3.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述渗流口为橡胶环渗流口。
4.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述系统还包括水瓶，通过所述内部螺纹将所述水瓶组装于注水口上，再通过扭转注水管道使得水瓶呈倒立状态。
5.根据权利要求1所述的基于水变化的掺碎石古青砖超声评价系统，其特征在于，所述固定装置为固定3m双面胶，所述固定3m双面胶粘贴渗流仓的表面，使得所述渗流口与所述上层古青砖表面紧密结合。
6.一种基于水变化的掺碎石古青砖超声评价方法，应用于权...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴同喜，张军，张环林，欧阳军胜，金宇晖，刘敦文，曹坤鹏，
申请(专利权)人：中交七鲤古镇赣州文化旅游有限公司，
类型：发明
国别省市：
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