[發明專利]一種基于聲發射和神經網絡的混凝土無損檢測方法

無效

• 申請號: 201210514335.6
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103018338A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 王巖;張友桃;王瑤;徐鄭鄭;路桂娟
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明屬于土木工程損傷檢測技術領域，特別涉及一種基于聲發射和神經網絡的混凝土無損檢測方法。更特別的說，是指一種采用布置在混凝土試件表面的聲發射傳感器所采集的數據，首先經過神經網絡訓練，得到損傷程度識別系統，然后應用該系統對待識別的混凝土損傷聲發射信號進行識別，進而判斷混凝土的損傷程度。

背景技術

混凝土在土木工程中的應用非常廣泛，我國國家建設中重要結構如高壩、橋梁、核電基礎設施、高層建筑等混凝土結構在運行過程中，會不可避免地受到外界作用的影響。及時、準確地監測和評價混凝土結構損傷程度以便及時采取措施確保安全，對于保障人民生產、生活的順利進行具有重要意義。

聲發射技術(Acoustic?Emission?Technique)是一種無損檢測技術，與其他無損檢測方法相比，聲發射檢測是一種動態的檢測方法，接收的信號是材料內部缺陷的活動信息，直接反映材料或構件內部缺陷的誘發、產生和發展狀況，因其具有實時、動態和靈敏度高等優點，已開始被應用于土木工程結構的安全監測。實踐表明，材料在承受荷載和其他外界作用過程的不同階段，所伴生的聲發射信號特征會呈現一系列不同的變化趨勢，然而，一方面由于目前聲發射信號處理過程中存在聲發射源模式不可分，以及過分依賴于信號處理過程中的人為干預，效率低，誤判率高等問題，另外一方面，對于混凝土的損傷破壞過程而言，由于其組成材料和各方面特性的特殊性質，在其損傷過程中所伴生的聲發射信號往往呈現出多個參數同時變化發展的特征，并且某一個或若干個參數變化又可能是由多種損傷狀態引起，因此，通過簡單的設置閾值、分析單個聲發射特征參數和相關分布分析等方法，難以將混凝土損傷過程所伴生的聲發射信號按照不同的損傷程度進行識別和分類。

混凝土的損傷程度和損傷機理識別是一類典型的模式識別問題，由于其特征空間與模式類別之間存在復雜的非線性關系，故很難通過簡單的超平面把特征平面的樣本點劃分為不同的類別。為了解決上述難題，需要一個能處理非線性映射問題的分類器，而人工神經網絡具有較強的非線性能力，并且具有較好的魯棒性和泛化能力，能夠解決系統輸入、輸出之間存在的復雜的非線性關系問題，以及難以建立其數學模型的科學問題。

BP（Back?Propagation）神經網絡是一種多層前向神經網絡，采用誤差反向傳播方法，已經在許多科學技術領域得到成功應用，也是理論上較成熟的神經網絡。神經網絡可以通過對系統輸入、輸出樣本的學習，實現在沒有先驗知識的情況下自動提取輸入、輸出信息中蘊含的規律。因此，從理論上講BP神經網絡完全可以用于基于聲發射信號的識別混凝土損傷程度的研究之中。

發明內容：

本發明為克服現有技術的不足，準確識別混凝土的損傷程度，提出了一種基于聲發射和神經網絡的混凝土無損檢測方法。本發明將人工神經網絡技術引入到混凝土損傷程度識別系統中，建立基于聲發射技術和人工神經網絡相結合的識別系統，可實現對力學荷載作用下混凝土的損傷程度進行識別。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于聲發射和神經網絡的混凝土無損檢測方法，所述方法采用聲發射采集系統實時監測在加載系統進行加載試驗的混凝土損傷破壞過程；通過設置混凝土試件表面的聲發射傳感器采集損傷過程所伴生的聲發射信號；聲發射傳感器的輸出信號依次輸入前置放大器、聲發射處理模塊和計算機；由聲發射處理模塊提取到達時間、聲發射上升時間、聲發射振鈴計數、能量計數、持續時間、平均頻率、平均信號電平、到峰振鈴數、回響頻率這9個聲發射特征參數并輸入計算機中存儲；重復執行若干組混凝土的損傷破壞試驗，根據加載時程曲線將每個混凝土試件的損傷過程劃分成3個階段，并形成關于混凝土3個損傷階段的聲發射特征參數數據庫，然后將存儲于特征數據庫的聲發射特征信號作為訓練BP神經網絡的輸入向量；BP神經網絡的輸出特征向量分別是：[1?0?0]、[0?1?0]和[0?0?1]，其中[1?0?0]表示混凝土輕度損傷階段，[0?1?0]表示混凝土中度損傷階段，[0?0?1]表示混凝土嚴重損傷階段。