混凝土裂缝精确定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属混凝土监测技术领域，具体的说是一种混凝土裂缝精确定位方法。
【背景技术】
[0002]随着施工技术的不断进步和新型材料的使用，巨型工程、超高层等重大工程已广泛进入人们的视线。伴随而来的安全性问题也愈发严重，如何对重大工程进行实时、在线监测，及早发现安全隐患，为采取有效措施尽可能多的争取时间，已成为当今工程界的重点及难点问题。混凝土作为土木工程应用最为广泛的建筑材料，对其进行深入研究，建立混凝土-损伤一体化模型，对进行工程实时、在线监测具有重要的价值。混凝土结构在使用过程中出现裂缝是一个普遍现象，裂缝扩展到一定的宽度，就会引起渗水、钢筋锈蚀等问题，直接破坏混凝土结构的整体性和安全性，严重影响工程的使用，以致不得不采取补救措施，费时费力，耗资巨大。及时捕捉检测到混凝土结构的裂缝，必能有效地提高安全监测系统的预警作用。
[0003]声发射是材料应变能量快速释放而产生的瞬时弹性波。这种弹性波承载着丰富的材料损伤过程中的声源信息，利用声发射传感器可以将其接收。通过仪器检测、记录和分析AE信号，并反演声声发射源信息的技术称之为声发射技术。作为一种动态无损检测技术，其可长期、连续地监视缺陷的安全性和超限报警，对于结构损伤分析研究和获取材料内部开裂信息是一种行之有效的方法，其中通过AE源定位技术获得的关于材料内部损伤时空分布的源定位信息被称为最有价值的信息。声发射信号处理能够了解声发射源的位置、性质和严重程度。在相关工程应用方面，精确定位结构中缺陷的位置并评估其危险程度，进而采取措施进行补救，也是无损检测的主要功能与最终目的。基于声发射技术的裂缝定位方法可分为两大类，即区域定位法和定点定位法(也称为时差定位法)。区域定位法所确定的声源位置仅表示为一区域，具有一定的不确定性。定点法是通过处理三个或三个以上的声发射传感器采集到信号的到达时间测量数据来对未知声发射源位置进行定位，是一种重要的无源定位方法，可分为线性定位、平面定位及三维定位。该方法是首先要估计出声发射源到达各阵元传感器的相对时间差，再通过时间差计算出各传感器到声发射源的距离差，最后由几何算法或搜索确定具体声发射源的位置，定位结果受声速影响显著。由于到达时间差的测量具有绝对性，没有模糊性，所需信道数量少，时差测向定位适应的工作频带宽，定位精度高，这项技术对各向同性材料在保持高精度测向定位的同时不会产生相位模糊。目前混凝土裂缝定位监测手段主要是外贴声发射传感器于混凝土构件表面，存在着传感器与混凝土界面的粘接、耦合问题，传感精度会大幅度降低，进而导致裂纹定位不准确。同时，混凝土是典型的各项异性材料，声波在传播的过程中存在着衰减、反射、畸变。而由实验测得的声速并非定值，声速对定位结果影响显著。实际应用中，通过可探测到声发射信号，却难以找到声发射源的确切位置。如何提高裂缝的定位精度，最大程度降低漏定位和伪定位，是声发射定位与评定中的一个重要问题。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述不足，为实现对裂缝的精确定位，本发明提供一种混凝土裂缝精确定位方法。与现有定位技术相比，本发明采用埋入式声发射传感器对混凝土的裂缝进行监测。因为传感器埋入混凝土中，受混凝土包裹，能够接收各个方向的声波，并且信号幅值大，首波明显，减少声速对定位结果的影响，继而达到精确定位的目的。该方法是将声发射传感器经环氧树脂封装进行防水处理后，作为一个大骨料埋在混凝土结构中，声发射传感器通过同轴电缆与声发射监测设备相连，所用声发射监测设备为美国物理声学公司的PC1-2系统。用断铅信号模拟混凝土开裂，用PC1-2的三维定位功能对裂缝进行定位。经过监测后，模拟裂缝监测试验的结果与使用相同灵敏度传感器外贴于同一试件表面的模拟裂缝监测结果相比，对定位数据进行分析，埋入式声发射传感器监测结果中，绝对坐标误差减小38.3%，平均标准差减小51.3%，埋入式声发射传感器定位准确性更高，离散性小，极大提高了声源的定位精度。
[0005]本发明提供了一种应用与混凝土结构健康监测的精确定位技术，操作简单，结构合理，使用方便，对进行混凝土试验研究具有重要的意义。
[0006]本发明对混凝土裂缝定位精确，最大程度降低漏定位和伪定位。
【附图说明】
[0007]图1是本发明声发射传感器在混凝土的中布置及与声发射监测设备的连接示意图；
图2是本发明监测时的断铅测点示意图；
图3是试验中的埋入式声发射三维定位结果；
图4是试验中的外置式声发射三维定位结果。
[0008]图中，1、埋入式声发射传感器，2、混凝土，3、同轴屏蔽电缆，4、声发射监测设备。
【具体实施方式】
[0009]下面通过具体实施例对本发明进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对具体内容进行限定。
[0010]参照附图，一种混凝土裂缝精确定位方法，该方法是将声发射传感器经环氧树脂封装进行防水处理后，作为一个大骨料埋在混凝土结构中，声发射传感器通过同轴屏蔽电缆与声发射监测设备相连。声发射监测设备用于记录和分析声发射源信息。依据接收到的声发射信号来定位具体声发射源(裂缝)的位置，同时观察其发展变化趋势。所用声发射监测设备为美国物理声学公司的PC1-2系统。所说的声发射传感器I的个数为四个，选取基点0，以基点O为准分别确定四个声发射传感器I的具体坐标位置，并布置于混凝土 2中，四个声发射传感器I分别通过同轴屏蔽电缆3引出，至声发射监测设备4，用于接收声发射信号，声发射监测设备用于记录和分析声发射源信息。本发明中，声发射传感器的布置是关键。目前，在工程领域应用主要的声发射传感器的布置方式是将其外贴与混凝土表面，存在着传感器与混凝土界面的粘接、耦合问题，传感精度会大幅度降低，进而导致裂纹定位不准确。同时，混凝土是典型的各项异性材料，声波在传播的过程中存在着衰减、反射、畸变。而由实验测得的声速并非定值，声速对定位结果影响显著。实际应用中，通过可探测到声发射信号，却难以找到声发射源的确切位置。本发明中采用埋入式声发射传感器。将声发射传感器作为一个大骨料埋在混凝土结构中，因为传感器埋入混凝土中，受混凝土包裹，能够接收各个方向的声波，并且信号幅值大，首波明显，减少声速对定位结果的影响，继而达到精确定位的目的。
[0011]该混凝土裂缝精确定位方法的使用方法是:将声发射传感器依具体情况埋入建筑时的混凝土中。监测时，传感器接收混凝土因开裂等引起的声发射信号，通过屏蔽线接声发射监测装置，依据接收到的声发射信号来定位具体声发射源(裂缝)的位置，同时观察其发展变化趋势。
[0012]下面以试验室实施例对本发明的工作原理加以说明。
[0013]本试验为混凝土试件上声发射信号三维定位实验，通过断铅来模拟声发射信号。本试验研究的主要内容是利用埋入式声发射传感器来定位监测断铅模拟声发射源的具体位置及声源信息，探讨埋入式声发射传感器三维定位对提高定位精度的有效性。试验设计如下:首先，将本发明的传感器分别置于混凝土中制成模块，混凝土试件尺寸为500mm500mm400mm,与声发射监测系统相连，在声发射系统中建立传感器监测矩阵，以设定O点为基点，本实验中埋入式各传感器坐标具体如下，1# (400, 300, 20),2# (480，100,400)、3# (100, 300, 480),4# (20,100,100)。设置好相关声发射参数，在试件上确定预断铅点，如图2所示，每个点上断铅10次，形成断铅模拟声发射信号定位结果三维图。同时对同批次、同质量外置式传感器进行相同的断铅模拟声发射信号源定位试验，埋入式及外置式传感器条件下的定位监测结果如图3、图4所示。对于埋入式声发射传感器，其混凝土断铅模拟声发射源3D定位结果比较接近真实情况，与真值离散性较小，很好的实现了混凝土声发射精确定位。而同批次，相同灵敏度的外置式声发射传感器3D定位试验结果与真实情况相比离散性较大，混凝土声发射定位结果不是很精确，定位结果投影离散性较大。定位结果统计分析显示，与外贴传感器监测结果相较，埋入式声发射传感器监测结果中，绝对坐标误差减小38.3%，平均标准差减小51.3%。埋入式声发射传感器定位准确性更高，离散性小，极大提高了声源的定位精度。
【主权项】
1.一种混凝土裂缝精确定位方法，其特征在于:该方法是将声发射传感器(I)经环氧树脂封装进行防水处理后，作为一个大骨料埋在混凝土(2)结构中，声发射传感器(I)通过同轴屏蔽电缆(3)与声发射监测设备(4)相连，声发射监测设备(4)用于记录和分析声发射源信息，依据接收到的声发射信号来定位具体声发射源(裂缝)的位置，同时观察其发展变化趋势。
2.按照权利要求1所述的混凝土裂缝精确定位方法，其特征在于:所述的声发射传感器(I)的个数为四个，选取基点O，以基点O为准分别确定四个声发射传感器(I)的具体坐标位置，并布置于混凝土(2)中，四个声发射传感器(I)分别通过同轴屏蔽电缆(3)引出，至声发射监测设备(4)，用于接收声发射信号，声发射监测设备用于记录和分析声发射源信肩、ο
【专利摘要】<b>本发明涉及</b>一种混凝土裂缝精确定位方法，该方法是将声发射传感器（1）经环氧树脂封装进行防水处理后，作为一个大骨料埋在混凝土（2）结构中，声发射传感器（1）通过同轴屏蔽电缆（3）与声发射监测设备（4）相连，声发射监测设备（4）用于记录和分析声发射源信息，依据接收到的声发射信号来定位具体声发射源（裂缝）的位置，同时观察其发展变化趋势；所述的声发射传感器（1）的个数为四个，选取基点0，以基点O为准分别确定四个声发射传感器（1）的具体坐标位置，并布置于混凝土（2）中，四个声发射传感器（1）分别通过同轴屏蔽电缆（3）引出，至声发射监测设备（4），本发明对混凝土裂缝定位精确，最大程度降低漏定位和伪定位。
【IPC分类】G01N29-14
【公开号】CN104569159
【申请号】CN201310481241
【发明人】秦磊, 刘昱清, 任宏伟, 董必钦, 刑鎽, 秦琪, 侍月华, 华正晓, 王恩荣
【申请人】济南大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月15日