智能化的声波透射法检测基桩完整性的测试与分析方法
【专利摘要】一种智能化的声波透射法检测基桩完整性的测试与分析方法，以声波透射法检测数据文件为基础，计算声速、首波波幅、波形畸变系数、频率畸变系数和信号能量，进行声参数异常临界值计算与异常分类，按照分类结果将测线分类，并依据测线类别将水平剖面分类，进而确定桩身异常区段，形成水平剖面色谱图，水平剖面色谱图叠加为三维色谱图，即桩身缺陷分布图。本发明基于声学检测技术原理和工程检测实践经验，在声参量计算、判定、分类以及综合分析和图形显示等方面量化分析，减少数据分析过程中人工分析的工作量和难度，降低了错判风险，丰富了检测结果信息量，桩身缺陷分布图直观显示了桩身缺陷的异常程度和空间分布，提高了检测结果的准确性和可靠性。
【专利说明】
智能化的声波透射法检测基桩完整性的测试与分析方法
技术领域
[0001] 本发明涉及基粧完整性检测数据分析与判定方法，特别是涉及一种采用声波透射 法进行的基粧完整性检测数据分析与判定方法。
【背景技术】
[0002] 目前建筑领域广泛采用粧基结构，结构中的粧身完整性对建筑物的安全有很重要 的影响，混凝土灌注粧的声波透射法超声检测是当今粧身完整性检测中广泛采用的一种方 法。现有的基粧质量检测技术规范，包括国家行业标准、协会标准以及地方性技术标准，以 下技术标准具有代表性：（1)中华人民共和国行业标准《建筑基粧检测技术规范》(JGJ 106-2014); (2)中国工程建设标准化协会标准《超声法检测混凝土缺陷》(CECS 21:2000)。
[0003] 上述技术规范中，现场检测数据分析与判定方法的基本特征为：（1)根据现场检测 数据计算各测线的声速、波幅和主频，绘制声参数一深度曲线；（2)计算各检测剖面的声速 异常判断临界值，以各个检测剖面声速异常临界值的算术平均值作为各测线的声速异常判 断临界值，并判定异常声速值；（3)计算检测剖面波幅异常判断临界值，并判定波幅异常值；
[4] 主频和能量明显降低时判定为异常；（5)根据粧身异常测线的声学特征和空间分布范围 判定粧身缺陷的空间分布范围和粧身完整性类别。
[0004] 此外，上述规程的数据分析与判定方法中使用了一些非量化的声学参数（如；波 形)和对异常程度的定性描述(如:轻微异常、明显异常、严重异常等），并缺失某些异常情况 的判定原则，从而造成判定依据的盲区，在结果判定过程中存在相当程度的人为判定因素， 诸如：
[0005] (1)波形是反映声波传播路径中是否存在缺陷以及缺陷严重程度的敏感参量，但 在规程中仅对波形作定性描述而没有建立描述波形异常与否以及异常程度的量化参量； [0006] (2)规程中以声速、波幅的异常判断临界值判定声速、波幅的异常与否，但对其异 常程度只有定性的描述(轻微、明显、严重)而没有可量化的界定方法；
[0007] (3)规程中将主频和信号能量视为辅助参量，说明在参量"明显降低"时可判定为 异常，但没有"明显降低"的量化指标；
[0008] (4)规程中没有说明当同一条测线的各种声参量的异常与否以及异常程度相互之 间不一致时，如何界定测线的异常?但测线异常与否以及异常程度直接对应测线路径混凝 土质量，所以可以而且应该通过测线对应声参量的判定给出测线异常与否和异常程度的判 定，以表征测线路径混凝土的质量；
[0009] (5)规程只给出了根据声参量异常程度以及异常测线纵向与横向的分布情况判定 粧身完整性类别的原则，但并未明确粧身缺陷区段内不同严重程度缺陷的分布以及空间位 置的判定方法，不能满足在后期的取芯验证以及进行缺陷修补加固时对于缺陷进一步定位 的需求。由此，需要较为繁琐的人工后期综合分析，提高了对测试人员专业知识以及测试经 验的要求，工作量和工作难度较大，也增加了检测结果的不确定性。
[0010]因此，目前急需一套更智能化的声波透射法检测粧身完整性的分析方法。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是在与现行技术规程要求不相悖的前提下，针对技术背景中所述诸 多不确定的判定因素导致需要测试者进行后期人工综合分析的技术问题，基于声学检测技 术原理和多年工程检测实践经验的支持，提供一种智能化的声波透射法检测基粧完整性的 测试与分析方法，在声参量计算、判定、分类以及综合分析和图形显示等诸方面量化分析， 减少检测数据分析过程中人工综合分析的工作量和分析难度，降低了错判风险，同时进一 步丰富了检测结果的信息量，粧身异常区段图形显示直观描述了粧身缺陷的异常程度和空 间位置，提高了检测结果的准确性和可靠性。
[0012] 为实现上述技术目的，本发明采取如下技术方案：
[0013] -种智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其特征在于：
[0014] 步骤一:现场检测:在完成埋设声测管的混凝土灌注粧上进行声波透射法检测，声 测管沿钢筋笼内侧呈对称形状布置，根据粧径大小，声测管数量为2根、3根、4根或4根以上； 发射与接收换能器分别置于两根声测管中且始终保持相同深度，从粧底向上同步提升;声 测线间距不大于100mm;实时显示、记录每条声测线的信号时距曲线，读取首波声时、首波幅 度、保存不少于15个完整波形的波形样本，获得粧身声波透射法检测数据文件。
[0015] 步骤二:确定目标声参量；以粧身声波透射法检测数据文件为基础，确定目标声参 量
[0016] 步骤三:声参数计算:利用步骤一测得的数据，分别进行计算获得实测声参量；
[0017] 步骤四：声参数异常临界值计算与异常分类:计算各个目标声参量的异常分类界 定值，将其分别与实测声参量进行比较，判定声参量异常与否，并依据异常程度进行分类；
[0018] 步骤五:按照测线声参量异常类别将测线分类:按照同一条测线所对应的声参量 异常类别，判定测线异常与否，并对异常测线的异常程度进行分类；
[0019] 步骤六:水平剖面分类:综合同一水平剖面内的测线类别、相邻纵向测线连续性、 水平剖面异常测线比例对水平剖面进行分类：
[0020]步骤七:粧身异常区段判定与分类:按照水平剖面内测线的异常类别判定水平剖 面是否归属于粧身异常区段，确定异常区段的高程边界，并对异常区段进行分类；
[0021] 步骤八:对粧身完整性进行分类:根据步骤五所得的粧身异常区段的类型以及其 分布，对粧身完整性进行分类；
[0022] 步骤九：绘制粧身水平剖面异常分布色谱图和粧身缺陷分布色谱图：根据测线类 别确定对应区域的色谱，形成水平剖面色谱图，水平剖面色谱图叠加为粧身三维色谱图，即 粧身缺陷分布图，至此，智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析完成。
[0023] 所述步骤二中，所述目标声参量有五种，分别为声速、首波波幅、波形畸变系数、频 率畸变系数和信号能量。
[0024]其中，所述波形畸变系数Ri为接收波与标准子波的互相关系数，表征接收波形相 对标准子波的畸变程度，所述频率畸变系数Fci为接收波与标准子波频率幅度谱对应频率 的幅度值之差的平方和，表征接收波相对标准子波在主频和频率谱能量的变化；
[0025] 所述步骤三中，波形畸变系数Ri通过式（1)和式(2)计算得到，频率畸变系数Fci通 过式(3)式(4)和式(5)计算得到：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031] 式中：
[0032] fci(kA t)-测点i截取的接收波采样数据 [0033] fb(kA t)-标准子波的采样数据；
[0034] Λ t-波形时域采样间隔；
[0035] N-波形采样点数；
[0036] m-以接收波首波起跳样本点沿时间序列向后移动的样本点数；
[0037] (m=l，2,3,……100)
[0038] Fci(kA f)-点i的接收波频率幅度谱；
[0039] Fb(k Δ f)-标准子波频率幅度谱。
[0040]进一步的，所述步骤四中，将各个声参量分为4类:正常、轻微异常、明显异常和严 重异常，目标声参量的异常分类界定值的界定方法分别为：
[0041 ] 声速
[0042] 正常声速:Vi 2 Vc;
[0043] 轻微异常:Vb SVi<Vc;
[0044] 明显异常:VL SVi <Vb;
[0045] 严重异常:Vi < VL;
[0046] 其中，Vc为声速异常判断临界值，VL为声速低限值，Vb = l/2(Vc+VL);
[0047] 首波波幅 [0048]正常波幅:Ai 2 Ac;
[0049] 轻微异常:Acl <Ai<Ac;
[0050] 明显异常:Ac2<Ai<Acl;
[0051 ]严重异常 Ai<Ac2;
[OO52 ] 其中，Am为首波波幅平均值，异常判断临界值Ac = Am-6，Acl=Ac-3 = Am-9，Ac 2 = Al-3=Am-12；
[0053] 波形畸变系数
[0054] 采用统一的波形畸变系数界定值R界定波形异常程度；
[0055] 正常波形 I 2 Ri 2 0.4;
[0056] 轻微异常波形0.4>Ri2 0.3;
[0057] 明显异常波形0.3>Ri2 0.2;
[0058] 严重异常波形Ri<〇.2;
[0059] 频率畸变系数
[0060]采用统一的频率畸变系数界定值FC界定波形频率异常程度；
[0061] 正常 12 FCi 2 0.4;
[0062] 轻微异常 0.4>FCi2 0.3;
[0063] 明显异常 0.3>FCi2 0.2;
[0064] 严重异常 FCi<0.2;
[0065]信号能量
[0066] 正常 Ei 2 Ec;
[0067] 轻微异常 Ecl <Ei<Ec;
[0068] 明显异常 Ec2<Ei<Ecl;
[0069] 严重异常 Ei<Ec2;
[0070] 其中，Em 为信号能量平均值，Ec = Em_6，Ecl =Ec-3 = Em_9，Ec2 = El-3 = Em_12。
[0071] 进一步的，所述步骤五中，测线的类别有四类，正常、轻微异常、明显异常和严重异 常;分类时，将同一条测线的五种声参数分为三类，第一类为声速，第二类为首波幅度和信 号能量，第三类为波形畸变系数和频率畸变系数，若在同一条测线的上述三类声参数中有 两类或两类以上存在异常，即判定该测线为异常，若仅有一类异常，则该测线为正常。
[0072] 进一步的，对测线异常程度分类时，同一类声参数中若仅有一个声参数异常，以该 声参数的类别为此类声参数的类别；同一类声参数中若存在两个异常声参数，若异常类别 分别为轻微异常与明显异常或明显异常与严重异常，以较为严重的类别作为此类声参数的 类别;若异常类别为轻微异常与严重异常，此类声参数的类别为明显异常;有两类声参数异 常:若各类异常为轻微异常与明显异常或明显异常与严重异常，测线取较为严重的类别为 测线类别;若各类异常为轻微异常与严重异常，测线类别为明显异常;若三类声参数均为异 常，测线取排序居中的类别。
[0073] 进一步的，所述步骤七中，存在异常测线的水平剖面为有缺陷的水平剖面，判定水 平剖面是否归属于粧身异常区段时，按照异常测线的数量、异常程度以及相邻纵向剖面内 是否连续存在异常测线，来判定水平剖面归属于粧身异常区段，将连续异常的剖面合并为 一个粧身异常区段，并确定异常区段的上下高程，取粧身异常区段内最严重的剖面等级为 整个粧身异常区段的异常类别。
[0074] 进一步的，所述步骤八中，根据粧身异常区段的类型以及分布确定粧身完整性类 另IJ，以最严重的粧身异常区段等级作为全粧完整性类别。
[0075] 更进一步的，所述步骤九中，根据水平剖面内异常测线的数量、位置和异常程度， 界定水平剖面内异常区域的范围以及异常类别，每个类别分别用不同色彩进行标记，根据 测线异常类别确定对应区域的色谱，形成水平剖面色谱图；将水平剖面色谱图纵向叠加形 成粧身三维色谱图，即粧身缺陷分布图。
[0076] 与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
[0077] 对现场测试声参量的优化与量化:现有规程中一般可量化的声参量包括声速、首 波波幅、主频、信号能量;定性声参量为波形，本发明的5项可量化声参量包括:声速、首波 波幅、波形畸变系数、频率畸变系数和信号能量，将规程中的主频改为频率畸变系数，并以 波形畸变系数作为描述波形的量化参量；
[0078] 现有技术中对于声速和首波波幅规定了异常判断临界值，但对于异常程度是由测 试人员自行判定，对于其他的声参量的异常与否没有量化的判定标准，本发明将声参量判 定为4类:正常，轻微异常，明显异常，严重异常，并提出各个声参量的分类界定方法；
[0079] 现有技术中缺乏测线异常类别的判定，本发明依据测线的多种声参量类别对该测 线异常与否和异常类别进行判定；
[0080] 现有技术中缺乏水平剖面类别的判定，本发明为判定存在异常测线的水平剖面属 于有缺陷的水平剖面，通过该水平剖面内的异常测线数量、异常程度以及相邻纵向剖面内 是否连续存在异常测线来判定该水平剖面归属于缺陷的类型；
[0081 ]现有技术中直接按照声参量情况人为判定粧身完整性类别，本发明为按照水平剖 面类别，将连续异常的剖面合并为一个异常区段，取异常区段内最严重的剖面等级为整个 区段的异常类别，获得全粧身缺陷区段汇总列表，最终给出粧身完整性判定类别，以最严重 的异常区段等级作为全粧完整性类别；
[0082]现有技术中仅给出声参量-深度曲线图，缺乏粧身缺陷分布的图形显示，本发明给 出粧身缺陷分布图形，进一步给出所有异常区段的空间位置、大体尺寸、异常区段内的异常 分布，是对粧身完整性判定结果的丰富和补充；
[0083]综上，本发明基于声学检测技术原理和多年工程检测实践经验的支持，在声参量 计算、判定、分类以及综合分析和图形显示等诸方面量化分析，减少检测数据分析过程中人 工综合分析的工作量和分析难度，降低了错判风险，同时进一步丰富了检测结果的信息量， 粧身异常区段图形显示直观描述了粧身缺陷的异常程度和空间位置，提高了检测结果的准 确性和可靠性。
【附图说明】
[0084] 通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得 更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
[0085] 图1为1条异常测线时三根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图：
[0086] 图2为2条异常测线时三根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图：
[0087] 图3为3条异常测线时三根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图；
[0088] 图4为1条异常测线时四根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图：
[0089] 图5为2条异常测线时四根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图：
[0090] 图6为3条异常测线时四根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图；
[0091] 图7中为对角线测线都异常时增加粧中心异常区域的四根声测管粧的缺陷区域示 意图；
[0092] 图8为除对角线测线外4条测线异常的四根声测管粧的对应缺陷区域示意图；
[0093] 图9为6条异常测线时四根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图；
[0094] 图10为不同测线对应异常区域的色谱示意图；
[0095] 图11为水平剖面色谱图按照纵向高程叠加而成的三维立体色谱图的结构示意图；
[0096] 图12为测线与剖面异常分类结果示意图；
[0097]图13粧身缺陷分布结果不意图；
[0098] 图14为获得的声参量-深度曲线图。
【具体实施方式】
[0099] 在下文中，将参照附图描述本发明的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试 与分析方法的实施例。
[0100] 在此记载的实施例为本发明的特定的【具体实施方式】，用于说明本发明的构思，均 是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的 实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而 易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的 替换和修改的技术方案。
[0101] 本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状 及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间 并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
[0102] -种智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，
[0103] 现场检测：在完成埋设声测管的混凝土灌注粧上进行声波透射法检测，声测管沿 钢筋笼内侧呈对称形状布置，声测管数量为3根;发射与接收换能器分别置于两根声测管中 且始终保持相同深度，从粧底向上同步提升;声测线间距为100mm;实时显示、记录每条声测 线的信号时距曲线，读取首波声时、首波幅度、保存不少于15个完整波形的波形样本，获得 粧身声波透射法检测数据文件；
[0104] 声参数计算一以粧身声波透射法检测数据文件为基础，计算声速，首波波幅，波形 畸变系数，频率畸变系数和信号能量；
[0105] 声参数异常临界值计算与异常分类，将声参数分为4类：正常，轻微异常，明显异 常，严重异常；
[0106] 按照测线声参量类别将测线分为4类:正常，轻微异常，明显异常，严重异常；
[0107] 综合同一水平剖面内的测线类别、相邻纵向测线连续性、水平剖面异常测线比例 将水平剖面分类为4类:正常，轻微异常，明显异常，严重异常；
[0108] 粧身异常区段判定:连续异常剖面组成一个异常区段，确定异常区段的高程边界；
[0109] 根据测线类别确定对应区域的色谱，形成水平剖面色谱图，水平剖面色谱图叠加 为粧身三维色谱图一粧身缺陷分布图。
[0110] 具体分析过程介绍如下：
[0111] 1、对现场测试声参量的优化与量化：
[0112] 规程中可量化的声参量包括声速、首波波幅、主频、信号能量;定性声参量为波形。
[0113] 本发明的5项可量化声参量包括:声速、首波波幅、波形畸变系数、频率畸变系数、 信号能量。将规程中的主频改为频率畸变系数，并以波形畸变系数作为描述波形的量化参 量。
[0114] 声速Vi:与规程定义相同；
[0115] 首波波幅Ai :与规程定义相同；
[0116] 频率畸变系数Fi:足够长时段的接收波频谱能量总和与标准子波频谱能量总和之 比，"足够长时段"为自波形起始点起的10个以上完整波形时段(以下类同），
[0117]
[0118]
[0119]
[0120]其中，Fi(kA t):测点i的接收波采样数据;fb(kA t):标准子波的采样数据，k = 0， I，2. . . . (N-1); Δ t:波形时域采样间隔;N:截取波段样本数；
[0121] 频率畸变系数F1表示接收波幅度谱与标准子波幅度谱的各种频率的幅度变化量 的平方和，综合反映了频谱中主频漂移、幅值变化等各种变异，频率畸变系数越小表明接收 波的幅度谱与标准子波的幅度谱越接近，混凝土的密实性越高，而规程中的主频偏移仅表 示接收波的主频的变化，作为判定缺陷的频率参量，频率畸变系数比主频更为敏感和有效。
[0122] (4)波形畸变系数Ri:足够长时段的接收波与标准子波的相关系数，表征接收波形 的畸变程度，Ri为m个波形畸变系数中的最大值：
[0123]
[0124] Ri=MAX[Ri(m)]
[0125] 其中，m-以接收波首波起跳样本点沿时间序列向后移动的样本点数;Ri(m)_接收 波fci与标准子波fb在不同滞后条件下(滞后m点）的第m个波形畸变系数。
[0126] (5)信号能量Ei(j):足够长时段内接收波时域样本的幅度绝对值求和后取平均， 信号能量反映了声波在混凝土介质中各种声传播路径上的总能量衰减情况，其影响区域大 于首波。
[0127]
[0128] 声参量的异常与否与异常程度的量化判定
[0129] 规程中对于声速和首波波幅规定了异常判断临界值，但对于异常程度是由测试人 员自行判定，对于其他的声参量的异常与否没有量化的判定标准。本发明是将声参量判定 为4类:正常(类别编号0)，轻微异常(类别编号1)，明显异常(类别编号2)，严重异常(类别编 号3)。各声参量分类界定方法分别为：
[0130] (1)声速:用声速异常判断临界值Vc和声速低限值VL界定声速Vi的异常程度，
[0131] 正常声速:Vi 2 Vc
[0132] 轻微异常:Vb SVi<Vc
[0133] 明显异常:VLSVi <Vb
[0134] 严重异常:Vi<VL
[0135] 式中：Vc:剖面声速异常判断临界值，具体计算方法见建筑基粧检测技术规范 (;1106-2014);￥1^测试者输入的声速低限值，￥匕=1/2(￥〇+￥〇
[0136] (2)首波波幅： AiSAc 正常 AcKAi<Ac: 轻微异常
[0137] Ac2^Ai<CAcl 明显异常 AisSAc2 严重异常
[0138] 式中:Am为首波波幅平均值
[0139]
[0140] 令：Ac=Am_6，Acl =Ac-3=Am_9，Ac2=Al-3=Am_12
[0141] (3)波形:采用统一的波形畸变系数界定值判定波形异常程度。
[0142] 令:Rc = 0.4，Rcl=0.3，Rc2 = 0.2 15s RiSs Re 正常波形 Re>Ri彡Rcl 轻微异常波形
[0143] Rcl>Ri彡Rc2 明显异常波形 Ri<Rc2 严重异常波形
[0144] (4)频率畸变系数:采用统一的频率畸变系数界定值判定波形频率的异常程度，
[0145] 令:Fc = 0.4，Fcl=0.3，Fc2 = 0.2 FiSs Fe 正常 Fe >Fi彡Fcl 轻微异常
[0146] Fcl>Fi5? Fc2 明显异常 Fi<Fc2 严重异常
[0147] (5)信号能量:信号能量分类界定值为： Ei彡Ec 正常 Eci彡Ei < Ec 轻微异常
[0148] Ec2^Ei<Ecl. 明显异常 Ei彡Ec2 严重异常'
[0149] 式中：Em为信号能量平均值:Em= ΣΕ?
[0150] 令：Ec = Em_6
[0151] Eel =Ec-3 = Em-9
[0152] Ec2 = El-3 = Em-12
[0153] 3、测线异常类别判定：
[0154] 规程中不进行测线异常类别的判定，本发明依据测线的多种声参量类别对该测线 异常与否和异常类别进行判定。根据判定结果给出测线类别：正常(类别编号〇)，轻微异常 (类别编号1)，明显异常(类别编号2)，严重异常(类别编号3)。将同一条测线的五种声参数 分为三类:第一类:声速;第二类:幅度和能量;第三类:波形畸变系数和频率畸变系数。在同 一条测线的三类声参数中有2类或2类以上存在异常，即判定该测线为异常，若仅有一类异 常，则该测线为正常。
[0155] 对测线异常程度分类：
[0156] 同一类声参数中若仅有丨个声参数异常，以该声参数的类别为此类声参数的类别；
[0157] 同一类声参数中若存在2个异常声参数，若异常类别分别为（1与2或2与3)，以较为 严重的类别作为此类声参数的类别。若异常类别为(1与3)，此类声参数的类别为2。
[0158] 有2类声参数异常:若各类异常为（1与2或2与3)，测线取较为严重的类别为测线类 另IJ;若各类异常为(1与3)，测线类别为2。
[0159] 若3类声参数均为异常，测线取排序居中的类别。
[0160] 4、水平剖面的异常区域判定
[0161] 规程中不进行水平剖面类别的判定，本发明在异常测线的水平剖面属于有缺陷的 水平剖面，通过该水平剖面内的异常测线数量、异常程度以及相邻纵向剖面内是否连续存 在异常测线来判定该水平剖面归属于缺陷的类型。剖面分类代码:正常(类别编号〇)，轻微 异常(类别编号1)，明显异常(类别编号2)，严重异常(类别编号3)，具体见表1:
[0162] 表1.水平剖面类别判定表
[0165] 粧身完整性判定
[0166] 规程中直接按照声参量情况人为判定粧身完整性类别。本发明为按照水平剖面类 另IJ，将连续异常的剖面合并为一个异常区段，取异常区段内最严重的剖面等级为整个区段 的异常类别。获得全粧身缺陷区段汇总列表，最终给出粧身完整性判定类别：以最严重的异 常区段等级作为全粧完整性类别。
[0167] 6、粧身缺陷分布图形显不
[0168] 规程不进行粧身缺陷分布的图形显示，本发明给出粧身缺陷分布图形，进一步给 出所有异常区段的空间位置、大体尺寸、异常区段内的异常分布。是对粧身完整性判定结果 的丰富和补充。粧身缺陷分布图步骤如下：
[0169] (1)用统一色谱表征异常与否和异常程度，适用于声参量、测线、水平剖面和粧身 缺陷所对应的4个分类，确定具体分类对应的色谱；
[0170] (2)界定水平剖面内测线影响范围的对应区域，根据水平剖面内的测线类别界定 水平剖面内异常区域的范围以及异常类别，形成水平剖面异常区域色谱图，如图1-11，图中 阴影区域代表对应缺陷区域。
[0171]其中，图1-3为三根声测管粧的异常测线示意图，共三条测线，图1所示为1条异常 测线时三根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图：图2所示为2条异常测线时三根声测 管粧的异常测线对应缺陷区域示意图：图3所示为3条异常测线时三根声测管粧的异常测线 对应缺陷区域示意图；
[0172] 图4-9为四根声测管粧的异常测线示意图，共六条测线，图4所示为1条异常测线时 四根声测管粧的异常测线对应缺陷区域示意图：图5所示为2条异常测线时四根声测管粧的 异常测线对应缺陷区域示意图：图6所示为3条异常测线时四根声测管粧的异常测线对应缺 陷区域示意图；图7中，对角线测线都异常时，增加粧中心异常区域；图8为除对角线测线外 4条测线异常的对应缺陷区域示意图；图9为6条异常测线时四根声测管粧的异常测线对应 缺陷区域示意图。
[0173] (3)依据测线异常分度在异常区域内进一步区分不同测线对应异常区域的色谱， 如图10所示；
[0174] (4)将水平剖面色谱图按照纵向高程叠加为三维立体色谱图，可沿纵向中轴转动 观察，如图11。
[0175] 比较规程方法与本发明的数据处理结果：
[0176] 预埋三根声测管，粧长19.00m，粧径1200mm，测线间距：10cm，采样周期：0.4ys， 样本数量:1024,管间距:管1-2:800mm，管2-3间距:780mm，管3-1间距:810mm;
[0177]应用本方法数据处理流程与结果为;声参数计算结果见表2，声参量异常分类界定 值计算结果见表3,测线与剖面异常分类结果见图12,粧身缺陷区段汇总见表4,粧身完整性 类别判定为3类粧，粧身缺陷分布图如图13,按照技术规程计算方法获得声参量-深度曲线 图如图14,测试者根据图中各纵剖面的声参量-深度曲线判定粧身缺陷区段的空间位置和 异常程度。
[0178]表2.声参数计算结果（X X位置数据略）
[0180]表3.声参量异常分类界定值计算结果
[0184]上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还 可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。
【主权项】
1. 一种智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其特征在于， 步骤一:现场检测:在完成埋设声测管的混凝±灌注粧上进行声波透射法检测，声测管 沿钢筋笼内侧呈对称形状布置;发射与接收换能器分别置于两根声测管中且始终保持相同 深度，从粧底向上同步提升;声测线间距不大于100mm;实时显示、记录每条声测线的信号时 距曲线，读取首波声时、首波幅度、保存不少于15个完整波形的波形样本，获得粧身声波透 射法检测数据文件； 步骤二:确定目标声参量；W粧身声波透射法检测数据文件为基础，确定目标声参量； 步骤Ξ:声参数计算:利用步骤一测得的数据，分别进行计算获得实测声参量;步骤四： 声参数异常临界值计算与异常分类:计算各个目标声参量的异常分类界定值，将其分别与 实测声参量进行比较，判定声参量异常与否，并依据异常程度进行分类； 步骤五:按照测线声参量异常类别将测线分类:按照同一条测线所对应的声参量异常 类别，判定测线异常与否，并对异常测线的异常程度进行分类； 步骤六:水平剖面分类:综合同一水平剖面内的测线类别、相邻纵向测线连续性、水平 剖面异常测线比例对水平剖面进行异常分类： 步骤屯:粧身异常区段判定与分类:按照水平剖面内测线的异常类别判定水平剖面是 否归属于粧身异常区段，确定粧身异常区段的高程边界，并对异常区段进行分类； 步骤八:对粧身完整性进行分类:根据步骤五所得的粧身异常区段的类型W及其分布， 对粧身完整性进行分类； 步骤九:绘制粧身水平剖面异常分布色谱图和粧身缺陷分布色谱图：根据测线类别确 定对应区域的色谱，形成水平剖面色谱图，水平剖面色谱图叠加为粧身Ξ维色谱图，即粧身 缺陷分布图，至此，智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析完成。2. 根据权利要求1所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述步骤二中，所述目标声参量有五种，分别为声速、首波波幅、波形崎变系数、 频率崎变系数和信号能量。3. 根据权利要求2所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述波形崎变系数Ri为接收波与标准子波的互相关系数，表征接收波形相对标 准子波的崎变程度;所述频率崎变系数Fci为接收波与标准子波频率幅度谱对应频率的幅 度值之差的平方和，表征接收波相对标准子波在主频和频率谱能量的变化;波形崎变系数 Ri通过式(1)和式(2)计算得到，频率崎变系数Fci通过式(3)、式(4)和式巧)计算得到：式中： fci化Δ t)-测点i截取的接收波采样数据； f b化Δ t)-标准子波的采样数据； At-波形时域采样间隔； N-波形采样点数； m-W接收波首波起跳样本点沿时间序列向后移动的样本点数； (m=l，2,3,……100) Fci化Δ f)-点i的接收波频率幅度谱； 机化Δ f)-标准子波频率幅度谱。4. 根据权利要求2所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述步骤四中，将各个声参量的异常程度分为4类:正常、轻微异常、明显异常和 严重异常。5. 根据权利要求4所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述目标声参量的异常分类界定值的界定方法分别为： (1) 声速 正常声速:Vi含Vc; 轻微异常:Vb^Vi<Vc; 明显异常:VL^Vi<Vb; 严重异常:Vi<化； 其中，Vc为声速异常判断临界值，VL为声速低限值，Vb=l/2(Vc+VL); (2) 首波波幅 正常波幅:Ai含Ac; 轻微异常:Acl含Ai<Ac; 明显异常:Ac2<Ai<Acl; 严重异常Ai ^Ac2; 其中，Am为首波波幅平均值，异常判断临界值Ac = Am-6，Acl=Ac-3 = Am-9，Ac2 = Al-3 =Am-12； (3) 波形崎变系数 采用统一的波形崎变系数界定值R界定波形异常程度； 正常波形1>化>0.4; 轻微异常波形0.4>化> 0.3; 明显异常波形0.3>化> 0.2; 严重异常波形化<0.2; (4) 频率崎变系数 采用统一的频率崎变系数界定值FC界定波形频率异常程度； 正常 1 >FCi >0.4; 轻微异常〇.4>FCi>0.3; 明显异常〇.3>FCi >0.2; 严重异常FCi<0.2; (5)信号能量 正常Ei>Ec; 轻微异常Eel ^Ei<Ec; 明显异常Ec2含Ei<Ecl; 严重异常Ei ^Ec2; 其中，Em为信号能量平均值，Ec =血-6，Ecl=Ec-3 =血-9，Ec2 = El-3 =血-12。6. 根据权利要求2所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述步骤五中，测线的类别有四类，正常、轻微异常、明显异常和严重异常;分类 时，将同一条测线的五种声参数分为Ξ类，第一类为声速，第二类为首波幅度和信号能量， 第Ξ类为波形崎变系数和频率崎变系数，若在同一条测线的上述Ξ类声参数中有两类或两 类W上存在异常，即判定该测线为异常，若仅有一类异常，则该测线为正常。7. 根据权利要求6所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述步骤五中，对测线异常程度分类时，同一类声参数中若仅有一个声参数异 常，W该声参数的类别为此类声参数的类别；同一类声参数中若存在两个异常声参数，若异 常类别分别为轻微异常与明显异常或明显异常与严重异常，W较为严重的类别作为此类声 参数的类别;若异常类别为轻微异常与严重异常，此类声参数的类别为明显异常;有两类声 参数异常:若各类异常为轻微异常与明显异常或明显异常与严重异常，测线取较为严重的 类别为测线类别;若各类异常为轻微异常与严重异常，测线类别为明显异常;若Ξ类声参数 均为异常，测线取排序居中的类别。8. 根据权利要求2所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述步骤屯中，存在异常测线的水平剖面为有缺陷的水平剖面，判定水平剖面是 否归属于粧身异常区段时，按照异常测线的数量、异常程度W及相邻纵向剖面内是否连续 存在异常测线，来判定水平剖面归属于粧身异常区段，将连续异常的剖面合并为一个粧身 异常区段，并确定异常区段的上下高程，取粧身异常区段内最严重的剖面等级为整个粧身 异常区段的异常类别。9. 根据权利要求5所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述步骤八中，根据粧身异常区段的类型W及分布确定粧身完整性类别，W最严 重的粧身异常区段等级作为全粧完整性类别。10. 根据权利要求5所述的智能化的声波透射法检测基粧完整性的测试与分析方法，其 特征在于:所述步骤九中，根据水平剖面内异常测线的数量、位置和异常程度，界定水平剖 面内异常区域的范围W及异常类别，每个类别分别用不同色彩进行标记，根据测线异常类 别确定对应区域的色谱，形成水平剖面色谱图；将水平剖面色谱图纵向叠加形成粧身Ξ维 色谱图，即粧身缺陷分布图。
【文档编号】G01N29/04GK105842341SQ201610331598
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】何国胜, 濮存亭, 常志红, 王文兴, 张世嶒, 刘海永, 倪敏
【申请人】北京市康科瑞工程检测技术有限责任公司