一种基于解卷积技术的超声无损检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于解卷积技术的缺陷形状超声成像方法，提出了一种分辨率更高、可靠性更强的无损检测方法，基于解卷积技术对回波信号进行逐点处理并分析，提取出缺陷各个表面的深度信息，定位出缺陷位置，并呈现缺陷形状，从而得到结构体的内部结构信息；利用解卷积的信道补偿特性能力，实现缺陷的定位和缺陷的成像，能够用于如混凝土结构体的无损检测，缺陷分辨率高，可视性强，方便直观地了解波纹管内部的缺陷形状，排查出一些危害性较大的缺陷，方便及时实施补救措施，降低危害性，是一种精确、实用、经济的无损检测方法，能够有效地对桥梁或建筑等结构体进行质量监测和维护，具有良好的应用前景。
【专利说明】一种基于解卷积技术的超声无损检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于解卷积技术的超声无损检测方法，属于超声检测及分析【技术领域】。
【背景技术】
[0002]波纹管广泛应用于预应力桥梁结构中，波纹管注浆压浆是极其重要的工序，波纹管注浆压浆不密实，直接导致桥梁、梁体结构丧失使用性能，导致严重的安全问题。近些年来，超声无损检测技术(NDT)越来越多应用于混凝土结构内部问题的检测工作中。
[0003]一些研究者基于脉冲回波法，通过使用一种高效简单的装置得到的时域脉冲回波信号能够检测出混凝土中的裂缝。基于瞬时频率熵的超声无损检测方法可以估计结构体中缺陷的时频位置，而且还能识别多个缺陷；利用瑞利波频谱分析法可以检测大体积、层状混凝土结构质量和确定结构中半闭合或充有水的裂缝的深度有较高精度；相关法处理接收到的回波信号，不仅能有效地排除随机干扰，同时还能保留缺陷信号的完整信息。
[0004]但在实际孔道预应力波纹管压浆质量检测中，内部问题往往是无规则形状的缺陷或空腔，一般的信号处理方法对缺陷分析特征不够明显，存在漏判、误判等现象，检测效率低，尤其是难以定位缺陷位置，而对于缺陷形状则更加难以显示。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于突破缺陷形状显示这一瓶颈，提出一种基于解卷积技术的无损检测方法，能够准确提取缺陷各个表面的深度，最终呈现出缺陷的形状，方法简单高效，可靠性高。
[0006]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0007]—种基于解卷积技术的超声无损检测方法，包括如下步骤:
[0008]S1、由发射换能器和接收换能器组成的换能器组以固定间隔r1、同时沿待测结构体的端部切面的周向每隔固定距离a，以一发一收的模式采集结构体内部的数据信息，直至换能器组回到原位；
[0009]S2、将换能器组沿待测结构体轴向方向平移距离S，然后重复步骤SI，采集距待测结构体上次测试切面的距离为S处的切面周向的数据信息；
[0010]S3、多次重复步骤S2，直至检测完整个待测区域；
[0011]S4、基于解卷积算法，定位并提取缺陷各个表面的深度信息Xi ；
[0012]S5、通过MATLAB反向求解深度坐标Xi，并用图像显示出得到的缺陷信息数据，展示出待测结构体的缺陷形状。
[0013]前述发射换能器产生经过汉宁窗函数调制的高频大功率超声脉冲信号，用于检测待测结构体，所述接收换能器对回波信号Y (t)进行接收并存储在计算机中。
[0014]前述待测结构体为混凝土结构体，内部有波纹管。
[0015]本发明中，X(t) = Y(t) ΘΗ(?)，其中，“Θ”代表解卷积运算，X(t)是输入缺陷信号，H(w)是无缺陷的结构体系统响应，Y(t)是回波信号。
[0016]本发明中，.v(/) = vl{i) = Xj + + rr，其中，s (i)为超声波从发射换能器经过缺陷反射到接收换能器经历的路程，V为在待测结构体中超声波的波速，t(i)为缺陷表面反射回波的时间，Xi为待求取的发射换能器A到缺陷点C的距离，r,为发射换能器A到接收换能器B的距离。
[0017]前述距离a和距离S相等且均小于固定间隔
[0018]本发明的有益之处在于:本发明针对结构体的压浆质量进行无损检测，提出一种分辨率更高、可靠性更强的无损检测方法，基于解卷积技术对回波信号进行逐点处理并分析，提取出缺陷各个表面的深度信息，定位出缺陷位置，并呈现缺陷形状，从而得到结构体的内部结构信息；利用解卷积的信道补偿特性能力，实现缺陷的定位和缺陷的成像，能够用于如混凝土结构体的无损检测，缺陷分辨率高，可视性强，方便直观地了解波纹管内部的缺陷形状，排查出一些危害性较大的缺陷，方便及时实施补救措施，降低危害性，是一种精确、实用、经济的无损检测方法，能够有效地对桥梁或建筑等管状或截面为矩形的结构体进行质量监测和维护，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的待检测的混凝土结构体的结构示意图；
[0020]图2是本发明的换能器组沿待测结构体周向位移的示意图；
[0021]图3是本发明的换能器组沿待测结构体轴向位移的示意图；
[0022]图4是本发明的方法中的解卷积原理的示例波形图；
[0023]图5是本发明的方法提取缺陷表面深度(切面视角)的示意图；
[0024]图6是本发明的方法提取缺陷表面深度(轴向视角)的示意图。
[0025]图中附图标记的含义:1、钢绞线，2、水泥浆，3、波纹管，4、混凝土，5、发射换能器，
6、接收换能器，7、缺陷。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0027]如图1所示，本实施例的待测结构体截面为矩形，由混凝土 4制成，内部嵌有波纹管3，波纹管3中心位置沿轴向具有一钢绞线1，钢绞线I和波纹管3之间浇制有水泥浆2。本发明的检测方法是特别适用于对结构体的压浆质量进行无损检测的高可靠性方法，具体包括如下步骤:
[0028]S1、由发射换能器5和接收换能器6组成的换能器组以固定间隔巧、同时沿待测结构体的端部切面的周向每隔固定距离a，以一发一收的模式采集结构体内部的数据信息，如图2所示，测试周向的多个点，直至换能器组回到原位；发射换能器5产生经过汉宁窗函数调制的高频大功率超声脉冲信号，用于检测待测结构体，接收换能器6对回波信号Y(t)进行接收并存储在计算机中；
[0029]S2、将换能器组沿待测结构体轴向方向平移距离S，然后重复步骤SI，采集距待测结构体上次测试切面的距离为S处的切面周向的数据信息；
[0030]S3、重复步骤S2，直至检测完整个待测区域；
[0031]S4、基于解卷积算法，定位并提取缺陷7各个表面的深度信息Xi ；
[0032]S5、通过MATLAB反向求解深度坐标Xi，并用图像显示出得到的缺陷7信息数据，展示出待测结构体的缺陷7形状。
[0033]作为一种优选，距离a和距离S相等且均小于固定间隔&，这样能够利用解卷积的信道补偿特性能力，提高缺陷7分辨率。
[0034]为了更好地理解本发明，下面对检测过程和原理进行详细阐述:
[0035]图1所示的是待检测的混凝土 4结构体，内部有波纹管3 ;图2和图3所示的分别是从不同角度对混凝土4结构体进行测试的示意图，其中，图2所示的是换能器组绕着混凝土 4结构体周长方向转动并以一发一收方式采集数据，箭头所示的方向是换能器组的运动路径，待一周的数据都采集完毕后，换能器组沿着图3所示的波纹管3的轴向方向(图3中箭头所示方向)平移一定距离S，然后换能器组再以图2所示的方式采集距端部距离为S处的混凝土 4结构体的周长方向的数据信息，如此反复，直至检测完整个混凝土 4结构体。
[0036]本发明利用了如下解卷积原理:在混凝土 4结构体系统中，缺陷7散射的回波信号不仅包含了缺陷7散射过程的特征信息，还与换能器、波纹管3、钢绞线1、水泥浆2等介质特性有关，直接从回波信号难以评判缺陷7特征。如果把无缺陷7的结构体视为一个系统响应H(W)，对于存在缺陷7的混凝土 4结构体系统来说，将其回波信号定义为Y(t)，那么:
[0037]Y(t) = X(t)*H(w) (I)
[0038]其中，代表卷积运算，X(t)是输入缺陷7信号，H(W)是无缺陷7的结构体系统响应。
[0039]解卷积运算是已知输出求取输入信号的一种方式，也可以看成信道的一种补偿特性。实际测量过程中，我们可以获得回波信号Y(t)以及无缺陷7的结构体系统响应H(W)，定义解卷积运算为“O”，那么缺陷7信号可以通过下式得到:
[0040]X(t) = Y(t) Θ H(w) (2)
[0041]对缺陷7回波信号进行解卷积运算，去除其他因素的影响，提取出缺陷7散射特征，能够更好地获取缺陷7特征信息。
[0042]图4所示的是一个解卷积的例子示意波形图，从解卷积结果可以得到缺陷7信号X(t)的起振时间t(i)，t(i)对应着缺陷7表面反射回波的时间。对于特定的物质进行检测，超声波的波速是一定的，设为V，那么可以求出超声波经历的路程s (i)，
[0043]s (i) = vt (i) (3)
[0044]如图5所示的是本发明提取缺陷7表面深度原理图，设超声波从发射换能器5经过缺陷7反射到接收换能器6经历的路程为s(i)，那么
[0045]s(i) = Xi + +η2(4)
[0046]其中，Xi为发射换能器5A到缺陷7点C的距离，r,为发射换能器5A到接收换能器6B的距离。
[0047]由式⑶式⑷可得:
[0048]Xi + sjx； + if = vt(i')(5 )
[0049]式(5)中除了 Xi未知以外，其余均已知，故可由式(5)解出Xi,即缺陷7点C距检测表面的深度距离。
[0050]图6所示的是本发明获取缺陷7的各个表面深度信息原理图，通过(5)式可以得到某次扫描时，缺陷7点C距检测表面的深度距离。
[0051]以图2方式转动一周，那么就可以得到缺陷7点C在此切面上一周的表面深度信息，再以图3方式平移，直至整个检测过程结束，便可以获得该缺陷7点C所有的表面深度信息，以达到缺陷7成像的目的，如此往复测试，直至完成对整个结构体的检测，便可得到结构体内部的缺陷7信息并定位出缺陷7位置和缺陷7形状，可视性强，分辨率高。
[0052]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于解卷积技术的超声无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、由发射换能器和接收换能器组成的换能器组以固定间隔r1、同时沿待测结构体的端部切面的周向每隔固定距离a，以一发一收的模式采集结构体内部的数据信息，直至换能器组回到原位； 52、将换能器组沿待测结构体轴向方向平移距离S，然后重复步骤SI，采集距待测结构体上次测试切面的距离为S处的切面周向的数据信息； 53、多次重复步骤S2，直至检测完整个待测区域； 54、基于解卷积算法，定位并提取缺陷各个表面的深度信息Xi； 55、通过MATLAB反向求解深度坐标Xi，并用图像显示出得到的缺陷信息数据，展示出待测结构体的缺陷形状。
2.根据权利要求1所述的一种基于解卷积技术的超声无损检测方法，其特征在于，所述发射换能器产生经过汉宁窗函数调制的高频大功率超声脉冲信号，用于检测待测结构体，所述接收换能器对回波信号Y (t)进行接收并存储在计算机中。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于解卷积技术的超声无损检测方法，其特征在于，所述待测结构体为混凝土结构体，内部有波纹管。
4.根据权利要求3所述的一种基于解卷积技术的超声无损检测方法，其特征在于，X(t) = Y(t) ΘΗ(?)，其中，“Θ”代表解卷积运算，X(t)是输入缺陷信号，H(W)是无缺陷的结构体系统响应，Y(t)是回波信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于解卷积技术的超声无损检测方法，其特征在于，s(i) = Vtd) =xi+^x: +rf，其中，s(i)为超声波从发射换能器经过缺陷反射到接收换能器经历的路程，V为在待测结构体中超声波的波速，t (i)为缺陷表面反射回波的时间，Xi为待求取的发射换能器A到缺陷点C的距离，r,为发射换能器A到接收换能器B的距离。
6.根据权利要求1所述的一种基于解卷积技术的超声无损检测方法，其特征在于，所述距离a和距离S相等且均小于固定间隔r”
【文档编号】G01N29/44GK104132995SQ201410365888
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】成锦, 韩庆邦, 陈媛, 朱昌平, 殷成, 李建, 汤一彬 申请人:河海大学常州校区