[發明專利]消減沖擊彈性波激振殘留信號以識別反射波信號的方法

有效

• 申請號: 200910082851.4
• 申請日: 2009-04-23
• 公開（公告）號: CN101538872A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 吳佳曄;張高強;吳曾煒
• 申請（專利權）人: 四川升拓檢測技術有限責任公司
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;G01N29/07;G01B17/00
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 張正星

技術領域

本發明屬于波動傳輸與信號數值分析領域，特別涉及消減沖擊彈性波激振殘留信號以識別反射波信號的方法。?

背景技術

樁基礎是工程結構中常用的基礎類型，約占全部工程結構基礎的70％以上。由于它是地下隱蔽結構物，在施工過程中極易出現各類缺陷，故對樁基礎進行全面質量監督檢驗就顯得十分必要。其中，低應變動力檢測，是比較有效的方法，是上世紀7、80年代由美、日等國發展起來的一種新興的檢測方法，簡稱“PIT”法。當樁頂受到一沖擊力后，激勵產生的應力以波動形式在樁身中向下傳播，遇到端面或缺陷面等波阻抗差異面后，發生反射波信號。將反對波信號用到檢測中，通過檢測分析反射波的特性(特別是反射波信號的初至時刻)來分析樁身中缺陷的有、無、缺陷的位置以及核算樁長或材質，從而達到檢查樁身質量的目的。該方法由于采用的是彈性波的反射信號，為了與其他方法(如“跨孔法”)區別，在此稱之為“反射波法”。?

從理論上講，反射波法不僅可以用來測樁，還可以測試其他柱狀結構物，如高速公路護欄立柱、各類錨桿等。然而，除了現場澆筑的實心樁測試結果較為理想以外，該方法對其他各類樁(特別是中空的如鋼管樁、離心預制樁等)、柱的測試效果均不理想。其主要原因在于，反射信號能量較低而且容易受到各種噪聲的影響。其中，激勵發射信號時的殘留信號(自由振動)是非常重要的影響因素之一(附圖-1)，在中空樁、柱中更為突出。振幅大，持續時間長的殘留振動信號不僅降低了信噪比，而且嚴重地影響到反射信號的識別，以至無法進行有效的測試。因此，為了正確的識別和利用反射信號進行測量，就必需消減激振殘留信號。?

通常，傳統的抑制殘留振動的方法是采用以下兩種作法：?

1)提高激振信號的角頻率ω?

該方法一方面可以抑制殘留振動，另一方面有利于提高分辨率。然而，該方法存在以下兩個缺點：?

(a)在沿對象體(樁、柱、錨桿等)傳播過程中衰減較快，當對象體較長，周圍土體材料堅硬時信號的衰減大，反射信號弱并難以捕捉。因此，過高的頻率不利于反射波法的檢測；?

(b)為了產生具有一定能量的高頻信號，在激振時往往需要沖擊錘體具有一定的沖擊力，因而在與測試對象體的碰撞過程中會產生較大的碰撞聲響。碰撞聲的持續時間往往較長，反過來又會影響測試信號，形成新的噪聲源。特別是當對象體是中空柱時，碰撞聲很可能在空腔中產生共鳴，從而有所放大，嚴重地影響測試精度。?

2)提高衰減比h(阻尼)；?

采用提高衰減比h(阻尼)的方法是比較有效的。但是，衰減比h是對象材料及結構的固有特性，難以通過外界方法加以改變。因此，在彈性波反射波法的檢測中，提高衰減比h的方法難以實行。?

綜上所述，在“PIT法”測試中，采用通常的抑制殘留振動的方法如提高激振信號的角頻率ω或提高阻尼的方法都難以取得明顯的效果，因此，這些作法是不適宜采取的。?

為此，本發明提出一套數值計算的方法，比上述的兩種方法都有進步性和可行性，它能夠有效地消減彈性波激勵后的殘留信號。本發明可以提高測試信號的信噪比，有利于識別和提取反射波信號，從而大大提高測試精度。?

發明內容

本發明需要解決的技術問題是，針對現有的利用傳統反射波法測量樁或柱狀結構物時，由于殘留信號的存在而產生如下弊端：?

1)降低了測試信號的信噪比；2)影響到對反射信號的識別；3)難以精確?地確定反射波信號的初至時刻。從而嚴重影響其測試精度和可靠性。?

為了克服這些弊端，提高測試的有效性，就需要研究出對殘留信號加以抑制的方法。本發明就是提供對沖擊彈性波激勵殘留信號的抑制，從而可精確地識別反射波信號初至時刻的方法，抽出有效的反射波信息，以實現有效利用。?

本發明的目的是提供一種消減沖擊彈性波激振殘留信號以識別反射波信號的方法，在描述本發明所采用的技術方案之前，先說明本方案所基于的理論基礎，概述本發明：是通過對沖擊彈性波激勵殘留信號的回歸，進而從測試信號中消減相應的激振殘留信號的影響。同時，利用激勵信號與反射信號之間的相似性，結合相關分析的手段，可增強對反射信號的識別能力并確定反射波信號初至時刻，從而提高檢測精度。描述中三個基本問題為：?

1)殘留信號影響的消除?

沖擊彈性波激勵殘留信號的振動分析力學模型如附圖1所示。附圖2所示為沖擊彈性波激勵殘留信號的振動波形。當外界給系統一個初始沖擊力后，則系統會產生自由衰減振動，其運動微分方程式可以表示為式-1：?