专利名称：一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法
技术领域：
本发明属于信息处理技术领域，具体涉及一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法。
背景技术：
预应力技术己成为建设大(大跨度，大空间结构)、高(高层，高耸结构)、重(重荷载结构)、特(特种结构以及在钢结构、基础工程、道路、地下建筑、结构加固等工程中的特殊应用)、新(新型结构工程)中不可缺少的一项重要技术。预应力混凝土结构的优势是建立在预应力钢筋与混凝土 (砼体)黏结完好的基础上，因此管道压浆效果的好坏，直接影响到整个预应力混凝土结构的安全性、可靠性和使用寿命。预应力管道的注浆质量效果是预应力钢绞线在桥梁使用过程中确保长期发挥作用的重要影响因素之一。管道注浆的主要目的有三个，一是防腐作用:保护预应力钢筋免遭锈蚀，保证预应力混凝土构件的安全寿命；二是协同作用:使预应力钢筋与混凝土良好结合，保证预应力的有效传递，两者共同工作，并控制超载时裂缝的间距和宽度，同时避免预应力钢筋锚固端应力过分集中；三是抗疲劳作用:消除预应力混凝土构件在反复荷载作用下，由于应力变化对锚具造成的疲劳破坏，提高结构的可靠度和耐久性。预应力管道注浆质量的主要缺陷为管道注浆不密实。管道注浆不密实会降低预应力管道结构设施的耐久性从而影响其运营的安全性，国内外已出现多起因预应力管道注浆不密实引起的桥梁垮塌事故。因此，预应力管道注浆质量检测在桥梁建设和现有桥梁安全性检测方面具有重要的指导意义。目前，检测桥梁预应力管道注浆密实度的方法主要有钻芯法、雷达法、红外法、射线法和应力波检测法。钻芯法·为破坏性检测多用于验证性检测，密集钢筋干扰限制了雷达法的应用，设备复杂和危害性限制了红外法与射线法的使用。应力波检测法包括超声波检测法和冲击回波法。混凝土预应力梁中的管道结构体系是由水泥浆、孔隙、预应力钢筋和波纹管等组成的多相复合体系，对高频的超声波信号衰减和干扰比较大，限制了超声波检测法的应用。冲击回波法是一种基于应力波的无损检测法，其原理是利用冲击产生应力波，该应力波会在结构中传播从而被内部缺陷和外部表面反射，来回反射的应力波会形成一种特殊模态，在激发点附近接收回波信号并将信号通过快速傅里叶变换转换至频域中，通过分析主频大小评定结构内部缺陷情况。冲击回波法因其检测方式和评定方式简单广泛应用于桥梁预应力管道密实度检测中。影响冲击回波法在预应力管道注浆质量准确评定的主要因素是主频值的正确提取。传统直接快速傅里叶变换提取主频值存在频率分辨率低，而通过增加采样字节来提高频率的分辨率的方法会增加一些无用的干扰信号，从而影响主频值的正确提取。用单一主频值来对应管道注浆质量会因外界干扰存在较大的误差，并且单点主频值不能显示较好的形象化图像。
预应力管道结构为多相的凝聚体和具有弹、粘、塑性的非均质材料。应力波在这种复杂体系中的传播和效应使得回波信号极为复杂。复杂的回波信号影响了传统快速傅里叶变换分析用于冲击回波法在管道注浆质量检测的准确评定，对于这种复杂的非稳态信号需要一种新的简单与准确的分析方法和成像方式。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种简单有效的基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法。为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，包括如下步骤:(I)基于砼体、砼体中管道和管道中注浆体各自的材料属性，根据管道注浆质量的多少，建立不同的管道注浆质量有限元模型；(2)激发应力波并获取应力波检测信号:对任一管道注浆质量有限元模型，在砼体外壁对应管道中心位置处施加脉冲载荷，激发应力波，在砼体表面获取回波的时域信号，即应力波检测信号；(3)对步骤(2)获 取的应力波检测信号进行带通滤波处理；(4)采用小波变换法提取带通滤波后应力波检测信号中的八阶细节信号D8 (以下称为“D8细节信号”)；(5)对D8细节信号进行细化处理，然后利用快速傅里叶变换将所有细化处理后的八阶细节信号D8转换为频域信号；(6)改变管道注浆质量，重复步骤(2) (5);(7)将得到的不同管道注浆质量所对应的频域信号，进行图像堆积显示。进一步，步骤(I)中，所述管道注浆质量有限元模型中包括砼体、砼体中管道和管道中注浆体各自的材料参数以及表征管道注浆质量的管道注浆密实度C ;所述砼体、砼体中管道和管道中注浆体各自的材料参数包括砼体、管道和注浆体各自的弹性模量E、密度P和泊松比u ;管道注浆密实度C的表达式为
权利要求
1.一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，包括如下步骤: (1)基于砼体、砼体中管道和管道中注浆体各自的材料属性，根据管道注浆质量的多少，建立不同的管道注浆质量有限元模型； (2)激发应力波并获取应力波检测信号:对任一管道注浆质量有限元模型，在砼体外壁对应管道中心位置处施加脉冲载荷，激发应力波，在砼体表面获取回波的时域信号，即应力波检测信号； (3)对步骤(2)获取的应力波检测信号进行带通滤波处理； (4)采用小波变换法提取带通滤波后应力波检测信号中的八阶细节信号D8； (5)对八阶细节信号D8进行细化处理，然后利用快速傅里叶变换将所有细化处理后的八阶细节信号D8转换为频域信号； (6)改变管道注浆质量，重复步骤(2) (5)； (7)将不同管道注浆质量所对应的频域信号，进行图像堆积显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，步骤(I)中，所述管道注浆质量有限元模型中包括砼体、砼体中管道和管道中注浆体各自的材料参数以及表征管道注浆质量的管道注浆密实度C，所述砼体、砼体中管道和管道中注浆体各自的材料参数包括砼体、管道和注浆体各自的弹性模量E、密度P和泊松比u ;管道注浆密实度C的表达式为
3.根据权利要求1或2所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，步骤(2)中，在砼体外壁所施加的脉冲载荷为接触时间为50us，幅值为IOON的半正弦力；在脉冲载荷施加位置上方5cm处获取应力波检测信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，步骤(2)中，获取应力波检测信号时，采样间隔为lus，采样时间为2ms。
5.根据权利要求1所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，步骤(3)中，进行带通滤波处理时，通频带的低频段的截止频率小于频率f，高频段的截止频率大于频率f ;其中，频率f表达式为:
6.根据权利要求1所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，步骤(4 )中，小波变换法采用小波DB06。
7.根据权利要求1所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，步骤(5)中，细化处理的方法是在八阶细节信号D8的末端，使信号的时间长度加长3-8倍，并使加长的时间所对应的振动位移幅值为零。
8.根据权利要求7所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，在八阶细节信号D8的末端，使信号的时间长度加长5倍。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，其特征在于，步骤(7)中，图像堆积的方法为:将不同注浆质量所对应的频率信号进行Y方向排列，X 方向为频率值，用颜色的深浅表示频率值的幅值。
全文摘要
本发明涉及一种基于小波提取的管道注浆质量应力波检测信号处理方法，包括如下步骤(1)建立不同的管道注浆质量有限元模型；(2)对任一有限元模型，激发应力波并获取应力波检测信号；(3)对应力波检测信号进行带通滤波处理；(4)小波变换法提取带通滤波后应力波检测信号中的D8细节信号；(5)对D8细节信号的末端进行细化处理，然后利用快速傅里叶变换将所有细化处理后的D8细节信号转换为频域信号；(6)改变管道注浆质量，重复(2)～(5)步；(7)将不同管道注浆质量所对应的频域信号进行图像堆积显示。本发明通过简单有效的信号处理方法提高了频率分辨率，能识别50%以下的注浆密实度情况。
文档编号G01N29/44GK103245732SQ201310123919
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者龙士国, 雷刚, 马增胜, 尤振南, 李婷, 杨丽 申请人:湘潭大学