专利名称：一种基础结构测试信号的动态检测方法
技术领域：
本发明涉及一种基础结构测试信号的动态检测方法。
背景技术：
基础结构主要是指建筑在地面下面的各种桩基结构，它在高层建筑、重型厂房、桥梁结构、海上平台、水利设施和核电站等工程得到了广泛的应用。具不完全统计，我国目前桩基机构年均用量以百万根计算，实际造价占工程总投资的百分之20至百分之30。由于基础结构的质量受施工条件等很多条件的影响很大，而且多为隐蔽工程，缺陷桩的比例较大，这对整体工程质量的影响严重，因此，对这些基础结构进行有效、可靠、准确的检测核隐患的诊断，工程质量的正确评估越来越受到重视。
近年来各种不同类型和不同施工工艺的灌注桩在各地的大量应用，对其进行可靠的监控及检测显得尤为重要和迫切。目前基于常规的动态检测方法，由于受测量系统的自身及环境震动噪声的影响，测量精度已近测量方法的极限，无法从中分辨出由于在桩基较长或地基比较复杂时由于缺陷引起的信号较弱时的微弱信号。同时尚未使用位移、频移等多种测试信息，基础结构质量的推断受到主观的影响较大，而且操作复杂。
由于基础结构地的体系问题十分复杂，测量系统测量到的信息数据不充分，部分缺陷与桩尖的放射信息往往被噪音所以掩盖，目前所用的CAPWAP计算方法没有能够做到自动迭代或优化，各种曲线拟和过程，目前还必须采取人机对话的方法，依靠经过正规培训的工程师介入，以反复计算的方法得到结果，可见这样的方法准确度不高和操作复杂。
为了获取微弱的信号，目前普遍采用的测试系统主要采用浮点模数与时变程控放大技术，如专利号为96212322.6，专利名称为浮点式桩基无损检测仪的中国实用新型专利，对小信号自动以较大的放大倍数进行放大，但这种技术最大的缺陷是在放大信号的同时也放大了噪声的信号，对小于噪声信号的微弱信号就无能为力，而这些数据的采集与有用信息的提取往往是测试分析的关键，如果提取的信息不足或混有噪声，最好的计算、分析方法也无济于事。
发明内容为了克服已有的桩基的检测方法不能有效去噪、准确度不高的不足，本发明提供一种能够有效去除噪声、检测准确度高的基础结构测试信号的动态检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基础结构测试信号的动态检测方法，所述的方法包括以下步骤(1)、在待测的桩顶以下桩身两侧对称的安装传感器；(2)、检测时，在桩基的顶部用锤敲击产生一个信号；(3)、传感器记录接收到的信号；(4)、两个传感器的信号被传输给信号平滑模块，根据振幅和声时差对两个信号进行处理和合并，并对信号的高频部分进行曲线平滑；(5)、通过低通滤波器对信号进行去噪；(6)、将减噪后的信号传输给信号处理模块，根据得到的信号进行桩基的完整性分析。
进一步，在所述的(3)中，两个传感器同时接收信号波，波形信号的公式为(1)x(t1)＝f(t1)+n1(t)，y(t2)＝f(t2)+n2(t) (1)；在所述的(4)中，计算两个信号波的首波振幅A1、A2和首波声时值t1、t2，计算振幅比ΔA＝A1/A2和声时差Δt＝t1-t2，得到两个信号(2)x(t1)=f(t1)+n1(t),y(t1)=A1ΔAf(t1-Δt)+n2(t)---(2);]]>通过对两个信号进行相加处理并取首波平均值为处理后的首波振幅，得到合并后的信号波，首波振幅的公式为(3)k(t1)=12[f(t1)+A1ΔAf(t1-Δt)+n1(t)+n2(t)]---(3).]]>再进一步，在所述的(4)中，利用快速傅立叶变换对信号的高频部分进行曲线平滑。
本发明的工作原理是两个传感器的信号进行处理和合并，通过合并提高了噪声的频率，然后对高频噪声进行平滑，最后得到去噪后的测试信号曲线。
假设非简谐信号y(t)是由x(t)经延时而得，令y(t)＝x(t-Δt)，则其互相关函数为(4)Rxy(τ)=limT→∞1T∫0Tx(t)y(t-Δt+τ)dt---(4)]]>可见当τ＝Δt时，两信号完全正线性相关，相关函数取最大值，也就是说，这两个信号互相关函数峰值点所对应的时间为两信号之间的时延时间，这种相关测量称为时差相关测量。因此在测量中分析得到的两个信号x(t)＝f(t)+n1(t)，y(t)＝f(t-Δt)+n2(t)，其中Δt表示两个信号间的时差，n1(t)、n2(t)表示噪声干扰。
由于传感器本身的因素，把振动转化为电荷信号的量化存在差异，因此接收的R1和R2信号的波形幅值存在差异，但因为是对同一信号波的接收，不考虑噪声的情况下两者在波形的幅值上存在比例关系。同时由于两个传感器在接收信号波上存在时间差，可以设Δt表示两个信号间的时差，因此如果不考虑噪声的话对一信号进行时差位移可以得到另一信号。
对合并后的信号进行平滑处理后，对信号的滤波采用低通滤波，计算出截止频率，将高于截止频率的噪声信号去除。首先对信号进行傅立叶变换得到FFT频谱，然后计算根据式(5)求截止频率FC=10×1T---(5)]]>其中，T为时域长度。我们采集的信号图像时域为波长，可以根据此求得截止频率。经过低通滤波处理，在信号中将频率高于截止频率的成分去除，获得平滑处理后的信号波，从而作为对桩基的结构检测的可靠依据。
利用快速傅立叶变换对信号的高频部分进行曲线平滑的原理是傅立叶变换的基本表达式为X(k)=Σn=0N-1x(n)WnkN,(k=0,1,···N-1)---(6)]]>WNnk=exp[-2πknN]---(7)]]>式(6)中的x(n)(n＝0，1，…N-1)是列长为N的输出序列，即经过傅立叶变换后的频域上的数据。对数字化后的信号而言，x(n)是一组离散的实数信号，而X(k)分为实部x(v)和虚部y(v)两部分。x(v)和y(v)又可组成振幅A(v)和相位P(v)
A(v)=x2(v)+y2(v)---(8)]]>P(v)=arctany(v)x(v)---(9)]]>而A(v)和P(v)中既含有目标信号的信息，也含有噪声的信息，如果两者所在的区域部同，则可以通过傅立叶变换分析出噪声信息，将之从捕获的信号中去除，从而达到噪声平滑的目的，获得高信噪比的目标信号。快速傅立叶变换的实质是利用式(6)中的权函数 的对称性和周期性，把N点DFT进行一系列的分解和组合，使整个DFT的计算过程变成一系列迭代运算过程，这样就能使DFT的运算量大大简化，使得信号的检测能快捷迅速。
本发明的有益效果主要表现在1、能够有效去除噪声；2、检测准确度高。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。
一种基础结构测试信号的动态检测方法，所述的方法包括以下步骤(1)、在待测的桩顶以下桩身两侧对称的安装传感器；(2)、检测时，在桩基的顶部用锤敲击产生一个信号；(3)、传感器记录接收到的信号；(4)、两个传感器的信号被传输给信号平滑模块，根据振幅和声时差对两个信号进行处理和合并，并对信号的高频部分进行曲线平滑；(5)、通过低通滤波器对信号进行去噪；(6)、将减噪后的信号传输给信号处理模块，根据得到的信号进行桩基的完整性分析。
进一步，在所述的(3)中，两个传感器同时接收信号波，波形信号的公式为(1)x(t1)＝f(t1)+n1(t)，y(t2)＝f(t2)+n2(t)(1)；在所述的(4)中，计算两个信号波的首波振幅A1、A2和首波声时值t1、t2，计算振幅比ΔA＝A1/A2和声时差Δt＝t1-t2，得到两个信号(2)x(t1)=f(t1)+n1(t),y(t1)=A1ΔAf(t1-Δt)+n2(t)---(2);]]>通过对两个信号进行相加处理并取首波平均值为处理后的首波振幅，得到合并后的信号波，首波振幅的公式为(3)k(t1)=12[f(t1)+A1ΔAf(t1-Δt)+n1(t)+n2(t)]---(3).]]>采用双通道检测不受激振能量的变化而产生影响。设某点在某一激振能量Q的作用下，两个传感器信号R1和R2的首波振幅分别为A1和A2，此时ΔA＝A1/A2；如果激振能量发生了变化，使两个传感器接收到的首波幅值分别改变了a1和a2倍，即A1′＝a1A1，A2′＝a2A2；因此激振能量变化对两个信号的影响是基本相同的，这时ΔA′＝a1A1/a2A2≈aA1/aA2＝A1/A2＝ΔA。
信号的时延也不会影响检测，如R1和R2的声时值发生了改变，改变了Δt1和Δt2，由于两个信号传感器是距离固定的，故Δt1≈Δt2＝Δt，因此Δt′＝(t1+Δt)-(t2+Δt2)≈(t1+Δt)-(t2+Δt)＝t1-t2＝Δt，因此，信号的处理仍然能保持准确性。
本实施例的工作过程是采用双通道检测技术，即通过两个传感器同时接收信号波，x(t1)＝f(t1)+n1(t)，y(t2)＝f(t2)+n2(t)，通过计算两个信号波的首波振幅A1、A2和首波声时值t1、t2。计算振幅比ΔA＝A1/A2和声时差Δt＝t1-t2，因此可得到两个信号x(t1)＝f(t1)+n1(t)，y(t1)=A1ΔAf(t1-Δt)+n2(t).]]>通过对两个信号进行相加处理并取首波平均值为处理后的首波振幅k(t1)=12[f(t1)+A1ΔAf(t1-Δt)+n1(t)+n2(t)],]]>以此为合并后的信号波。
相比下，噪声属于信号中的高频部分，另外由于噪声的不规则性和无相关性，两个信号的合并使得合并信号中的噪声为n(t)=12[n1(t)+n2(t)],,]]>合并信号中噪声的频率比原信号的频率更大。因此通过合并处理可以使提高噪声的频率，而信号本身不受影响，因此，如果对信号中的高频部分进行平滑，就能有效的去除信号噪声。
使用快速傅立叶变换进行信号的平滑后，对信号采用低通滤波，计算出截止频率，将高于截止频率的噪声信号去除。获得平滑处理后的信号波，作为对桩基的结构检测的可靠依据，并根据信号进行桩基的完整性分析。
权利要求
1.一种基础结构测试信号的动态检测方法，所述的方法包括以下步骤(1)、在待测的桩顶以下桩身两侧对称的安装传感器；(2)、检测时，在桩基的顶部用锤敲击产生一个信号；(3)、传感器记录接收到的信号；(4)、两个传感器的信号被传输给信号平滑模块，根据振幅和声时差对两个信号进行处理和合并，并对信号的高频部分进行曲线平滑；(5)、通过低通滤波器对信号进行去噪；(6)、将减噪后的信号传输给信号处理模块，根据得到的信号进行桩基的完整性分析。
2.如权利要求1所述的一种基础结构测试信号的动态检测方法，其特征在于在所述的(3)中，两个传感器同时接收信号波，波形信号的公式为(1)x(t1)＝f(t1)+n1(t)，y(t2)＝f(t2)+n2(t)(1)；在所述的(4)中，计算两个信号波的首波振幅A1、A2和首波声时值t1、t2，计算振幅比ΔA＝A1/A2和声时差Δt＝t1-t2，得到两个信号(2)x(t1)=f(t1)+n1(t),y(t1)=A1ΔAf(t1-Δt)+n2(t)---(2);]]>通过对两个信号进行相加处理并取首波平均值为处理后的首波振幅，得到合并后的信号波，首波振幅的公式为(3)k(t1)=12[f(t1)+A1ΔAf(t1-Δt)+n1(t)+n2(t)]---(3).]]>
3.如权利要求1或2所述的一种基础结构测试信号的动态检测方法，其特征在于在所述的(4)中，利用快速傅立叶变换对信号的高频部分进行曲线平滑。
全文摘要
一种基础结构测试信号的动态检测方法，所述的方法包括以下步骤(1)、在待测的桩顶以下桩身两侧对称的安装传感器；(2)、检测时，在桩基的顶部用锤敲击产生一个信号；(3)、传感器记录接收到的信号；(4)、两个传感器的信号被传输给信号平滑模块，根据振幅和声时差对两个信号进行处理和合并，并对信号的高频部分进行曲线平滑；(5)、通过低通滤波器对信号进行去噪；(6)、将减噪后的信号传输给信号处理模块，根据得到的信号进行桩基的完整性分析。本发明提供一种能够有效去除噪声、检测准确度高的基础结构测试信号的动态检测方法。
文档编号G01N3/30GK101033617SQ20061004978
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者赵新建, 乐孜纯, 徐俊 申请人:浙江工业大学