[發明專利]基于聲發射傳感器陣列的混凝土內部缺陷檢測方法

有效

• 申請號: 201210177638.3
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102680579A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 王強;劉鑫磊;袁昌明
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明涉及聲發射無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于聲發射傳感器陣列的混凝土內部缺陷檢測方法。

背景技術

隨著國民經濟的快速發展，以混凝土為主要建筑材料的民用基礎設施快速增加，隨著服役時間的增長及環境等自然因素的長期作用，這些基礎設施結構的安全性和使用功能必然退化，為了保障人民生命安全及減少經濟損失，對其進行結構健康檢測是非常必要的。

常用的超聲波法、地質雷達法、X射線法和紅外線成像法能夠進行混凝土結構內部缺陷檢測，但具體實施起來有一定的局限性，且這幾種方法都屬于主動檢測，檢測缺陷所用的都是反射波的信息，而非缺陷本身信息，不能夠獲取缺陷的更多特征，也無法獲取缺陷的實時動態變化。聲發射檢測法彌補了這一缺點，聲發射作為一種被動的無損檢測技術，可以實時動態的檢測混凝土結構內部缺陷損傷程度，簡便快捷地估計混凝土的結構性質及力學性能，鑒別聲發射源的類型，同時實現內部缺陷的定位與測量，對結構的診斷、保養和維護起到了重要作用。

波束形成技術又稱空域濾波，是陣列信號處理的一個主要方面，實質是將一定幾何形狀排列的多元基陣元輸出，經過延時、加權、求和等運算處理，來形成預定方向上的指向性方法。波束形成的概念從早期的空域濾波演變而來，主要是對特定方向的有用信號形成波束，以衰減其他方向上的干擾信號。當傳感器陣列里提取有用的信息是從一定方向上到達的空間傳播信號的內容時，可以把所有傳感器上的信號以一種方式進行加權并組合，使期望方向上到達的信號通過相長干涉而加強，使其它方向上到達的信號由于相減干涉而減弱。若未知期望信號從哪個方向到達陣列，可以對整個可能角度空間進行掃描，即對各個角度做波束形成，可得波束形成輸出相對于方位角的相位譜圖，根據譜峰值估計期望信號的方位，利用兩個陣列就可以確定入射信號的位置。

此發明把聲發射技術、陣列波束形成技術和雙陣列定位方法結合起來，實現了對混凝土內部缺陷的定位，是一種簡便有效的混凝土內部缺陷檢測方法。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于聲發射傳感器陣列的混凝土內部缺陷檢測方法。

基于聲發射傳感器陣列的混凝土內部缺陷檢測方法的步驟如下：

步驟一：利用聲發射檢測儀對大型混凝土結構進行健康檢測，獲取混凝土板內部缺陷的聲發射信號，對其進行時頻分析，通過時差法來測定混凝土結構內部缺陷聲發射信號的傳播速度。利用小波變換確定混凝土中聲發射信號的頻率，通過時差法來測定混凝土結構內部缺陷聲發射信號的傳播速度，從而可得混凝土結構中聲發射信號的波長為：

?????????????????????????????（1）

表示聲發射信號在混凝土中的傳播速度，表示聲發射信號在混凝土中的頻率。

對空間窄帶信號來說，陣元間的信號傳播時延可以用簡單的相移來表示。令一平面波點源窄帶信號以球面角入射到基陣，?和分別為信號到達的垂直仰角和水平方位角。基陣由個陣元組成，假設各陣元的空間位置為，則，。

則陣元間傳播時延可以表示為

?????????????????????????????????????????（2）

其中是信號在介質中的傳播速度，是一個單位向量，表示信號的傳播方向。

?????????????????????????????????????（3）

上式中的負號是考慮了的方向。

定義波數（wavenumber）為

???????????????????????（4）

其中是對應于頻率的波長。所以有

????????????（5）??

定義：

????????????????????（6）

稱為陣列的導向向量。平面波和陣列在一個平面內，此時=90°，波數只與角相關，所以又用表示。

步驟二：利用波束形成技術對混凝土內部聲發射信號進行方位確定。

（1）設計一個六角形陣列對混凝土結構內部缺陷聲發射信號做波束形成，陣列波束形成輸出：

?????????????????????????????????????????（7）

（2）對信號入射的整個角度空間掃描，利用MVDR自適應波束形成算法構造?MVDR波束形成的加權向量為：

????????????????????????（8）

得到MVDR波束形成的方位譜：

????????????????????（9）