專(zhuān)利名稱(chēng)：一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法。
背景技術(shù)：
后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁由于具有跨度長(zhǎng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在高速公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土的所有優(yōu)勢(shì)都是建立在預(yù)應(yīng)力筋與混凝土黏結(jié)完好的基礎(chǔ)上的，孔道壓漿的主要作用就是為預(yù)應(yīng)力筋和周?chē)炷林g提供可靠的黏結(jié)力，確?；炷僚c預(yù)應(yīng)力筋協(xié)同工作，傳遞預(yù)應(yīng)力及保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋免受腐蝕。由于在壓漿工藝及技術(shù)原因容易導(dǎo)致波紋管內(nèi)存在不密實(shí)，使得壓漿管道局部出現(xiàn)大片空洞，預(yù)應(yīng)力筋極易受空氣、水和其它腐蝕性物質(zhì)侵入，同時(shí)，金屬材料在高應(yīng)力狀態(tài)下，銹蝕速度很快，這些因素都會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)的耐久性造成影響，因此，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中的鋼絞線能否長(zhǎng)期發(fā)揮其有效預(yù)應(yīng)力的作用，波紋管的注漿質(zhì)量及其密實(shí)度情況尤為關(guān)鍵。管道壓漿工藝是預(yù)應(yīng)力施工中的一道隱蔽工程，施工中先將波紋管外梁板的主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢，在梁體達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度要求后張拉預(yù)應(yīng)力筋，最后對(duì)預(yù)留管道進(jìn)行注漿并在完成壓漿飽滿(mǎn)后封端。壓漿飽滿(mǎn)的預(yù)應(yīng)力孔道，能夠使預(yù)應(yīng)力筋與其周?chē)幕炷聊Y(jié)為一個(gè)整體，對(duì)應(yīng)預(yù)力筋起到很好的保護(hù)作用，使其免受外界空氣、水和其他腐蝕物的侵蝕。實(shí)際施工過(guò)程中，由于注漿技術(shù)和工藝問(wèn)題，造成預(yù)留孔道壓漿不飽滿(mǎn)的原因很多，波紋管接頭、中部和穿束堵孔等都使得預(yù)留孔道注漿不飽滿(mǎn)而形成空洞，或者由于水灰配比不當(dāng)使得水分被吸收后在管道內(nèi)留有蜂窩狀空洞，這些空洞是導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋銹蝕或者繡斷的主要原因。一旦預(yù)應(yīng)力筋遭到破壞，就會(huì)影響橋梁的耐久性與安全性，而且，在壓漿質(zhì)量存在缺陷的情況下，會(huì)使混凝土應(yīng)力集中從而對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)受力狀態(tài)造成破壞，天長(zhǎng)日久，容易引起預(yù)應(yīng)力的缺失，進(jìn)而影響橋梁的使用壽命，因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力管道的壓漿質(zhì)量檢測(cè)勢(shì)在必行。但是，對(duì)于鋼筋混凝土質(zhì)量檢測(cè)還沒(méi)有一種科學(xué)有效的檢測(cè)方法，一方面由于預(yù)應(yīng)力梁本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，另一方面原因在于一般工程應(yīng)用的處理方式滿(mǎn)足不了對(duì)鋼筋混凝土復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理需求。地質(zhì)雷達(dá)是近年來(lái)新興起來(lái)的利用電磁波作為探測(cè)手段的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，由于其具有重量輕、操作快速、簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠等特點(diǎn)，這種技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。我國(guó)自上世紀(jì)80年代開(kāi)始引進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)，主要用于尋找水源、地下礦產(chǎn)等，近幾年，開(kāi)始應(yīng)用于工程領(lǐng)域和質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，并在市政工程地下管線、鐵路公路工程的隧道襯砌和橋墩混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋位置、機(jī)場(chǎng)跑道和站坪病害取得了成功應(yīng)用。由于電磁波對(duì)非金屬材料的含水率比較敏感，使得地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可以對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確成像，因此也可以將其應(yīng)用到預(yù)應(yīng)力壓漿孔道質(zhì)量的檢測(cè)與評(píng)估方面。如今，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在混凝土梁鋼筋骨架分布、保護(hù)層厚度及預(yù)應(yīng)力筋位置等探測(cè)方面已經(jīng)很成熟，但是由于密集分布的鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響，該方法在預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用效果受到了很大的約束。這是由于高頻電磁波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中，其部分能量被地下具有電性差異的界面反射回來(lái)，另一部分能量繼續(xù)向深度方向傳播，反射與透射的能量分配與地下介質(zhì)界面的電性差異情況有關(guān)。一般情況下電性差異越大，反射的能量越大，導(dǎo)致在深部傳播的信號(hào)越微弱。針對(duì)地質(zhì)雷達(dá)所用的短脈沖高頻電磁波而言，通常工程勘察和質(zhì)量檢測(cè)中所遇到的介質(zhì)都是以位移電流量為主的低損耗介質(zhì)，但是當(dāng)電磁波遇到以傳導(dǎo)電流為主的介質(zhì)時(shí)就會(huì)發(fā)生全反射，使得反射的能量非常強(qiáng)、透射的能量非常微弱。以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為例，混凝土結(jié)構(gòu)除鋼筋以外都可視為低損耗介質(zhì)，而鋼筋是良導(dǎo)體，是以傳導(dǎo)電流為主的介質(zhì)。利用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量時(shí)，由于表層鋼筋的全反射影響使得傳播到預(yù)應(yīng)力壓漿管道的電磁波信號(hào)非常微弱，這無(wú)形中增加了壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)方法檢測(cè)鋼筋混凝土質(zhì)量過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)的表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響很大但是又得不到很好的壓制這一不足，提出一種能剔除表層鋼筋對(duì)電磁波影響，從而更加容易判斷注漿缺陷位置和大小的濾波方法。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波 影響的濾波方法，包括如下步驟(I)選擇測(cè)量參數(shù)和檢測(cè)方式使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)混凝土內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將地質(zhì)雷達(dá)的天線盒貼在混凝土表面，并沿混凝土內(nèi)波紋管的走向?qū)炷羶?nèi)垂直方向進(jìn)行采集;(2)選擇合理的能量窗口 將所采集的原始數(shù)據(jù)輸入matlab中形成可視圖，在圖中確定每一根鋼筋位置附近振幅的最大值作為每根鋼筋的頂點(diǎn)(即最大數(shù)據(jù)的值)，之后在水平方向以可視圖上每?jī)筛摻畹捻旤c(diǎn)之間為距離，在垂直方向上包括了鋼筋第一次、二次和三次反射的數(shù)據(jù)為距離進(jìn)行窗口選擇，再將所有的選擇出的窗口內(nèi)的矩陣數(shù)據(jù)相加求和，然后再以窗口數(shù)量為分母，求上述求和后矩陣的平均值，得到的這個(gè)加權(quán)平均值后的窗口即為合理的能量窗口；(3)濾除表層鋼筋影響以步驟(2)中所選擇的每個(gè)窗口中的最大振幅值和所得到的加權(quán)后能量窗口中最大數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)(最大振幅值位置和最大數(shù)據(jù)值位置分別對(duì)應(yīng)原始數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)中的鋼筋頂點(diǎn))，將每個(gè)所選擇的每個(gè)窗口的矩陣數(shù)據(jù)分別減去加權(quán)平均值后的窗口的矩陣數(shù)據(jù)，即得到濾除表層鋼筋影響的數(shù)據(jù)；(4)分析濾波效果并判讀壓漿缺陷將步驟(3)中得出的濾除表層鋼筋影響的數(shù)據(jù)參照混凝土內(nèi)鋼絞線預(yù)埋深度進(jìn)行對(duì)比分析，去除鋼絞線影響后所得的異常數(shù)據(jù)圖即為混凝土內(nèi)部壓漿問(wèn)題。所述的一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，所述步驟(I)中，地質(zhì)雷達(dá)的天線采用1600MHz或者2600MHz頻率的天線，采樣點(diǎn)數(shù)為1024個(gè)或2048個(gè)。所述的一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，所述步驟(4)中，找出步驟(3)中所得到的數(shù)據(jù)可視圖內(nèi)的顯著異常特征與剖面圖上同一深度的其他位置進(jìn)行對(duì)比，如果有明顯的弧形繞射且反射振幅較大，則根據(jù)鋼絞線設(shè)計(jì)深度來(lái)判斷其是否為鋼絞線的影響，如果在深度與水平位置能與鋼絞線設(shè)計(jì)深度基本吻合，則判斷該異常為鋼絞線的反映，否則，該異常不是鋼絞線的反映；如果異常位置是鋼絞線影響，則可排除其為壓漿缺陷，如果不是鋼筋線的影響，則說(shuō)明壓漿不飽滿(mǎn)，如果排除了鋼絞線影響后再無(wú)其他明顯異常，則為注漿密實(shí)。所述的鋼筋混凝土質(zhì)量檢測(cè)中剔除表層鋼筋高頻電磁波影響的濾波方法，波紋管為非金屬的壓漿管道。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為采用本發(fā)明的鋼筋混凝土質(zhì)量檢測(cè)中剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，可以基本壓制表層鋼筋強(qiáng)反射的影響，增強(qiáng)深部缺陷反射出來(lái)的微弱信息，從而能更加準(zhǔn)確的判斷出壓漿缺陷的規(guī)模、位置和缺陷類(lèi)型，為工程應(yīng)用提供可靠的科學(xué)理論依據(jù)，具有良好的應(yīng)用前景和實(shí)際意義。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō) 明。


圖I所示為本發(fā)明的步驟流程圖；圖2為混凝土模型斷面示意圖；圖3為圖2的地質(zhì)雷達(dá)掃描剖面原始圖；圖4為圖3中選擇的能量窗口的放大圖，具體為第一顆和第二顆鋼筋頂點(diǎn)反射能量的最大值；圖5為對(duì)圖3進(jìn)行圖4窗口的濾波圖；圖6為圖3中濾波前某道數(shù)據(jù)圖； 圖7為圖5中濾波后某道數(shù)據(jù)圖。
具體實(shí)施例方式為了能清晰的得到鋼筋干擾下采集的深部微弱信息并判斷預(yù)應(yīng)力管道的壓漿質(zhì)量情況，必須選擇好合適的測(cè)量參數(shù)和測(cè)量方式，包括天線主頻大小、測(cè)量方式、采集方式以及測(cè)線的布置方式等。能量窗口的選擇是剔除鋼筋對(duì)電磁波干擾的核心部分，它對(duì)干擾的濾除效果起到關(guān)鍵作用，該方法按如下步驟實(shí)現(xiàn)參數(shù)的選擇和測(cè)量方式、標(biāo)件的設(shè)計(jì)將各個(gè)缺陷的位置信息和缺陷狀況均為已知的標(biāo)件確定為被檢測(cè)物，本實(shí)施例選用主頻為2600MHz天線，采集方式為點(diǎn)測(cè)，點(diǎn)距設(shè)為10mm，測(cè)線方向垂直于波紋管走向方向，天線緊貼標(biāo)件的表面，其長(zhǎng)軸方向沿測(cè)線走向方向；所述的標(biāo)件表層鋼筋直徑為20mm，深度100mm，間距130mm，三個(gè)目標(biāo)體分別為注漿飽滿(mǎn)、充水和空洞，深度均為300mm左右；能量窗口的選擇選擇偏移后數(shù)據(jù)中第一顆鋼筋，選取一個(gè)固定窗口，該窗口包括了鋼筋一次、二次和三次反射的能量，盡量選擇一個(gè)小但是基本包括了鋼筋能量反射為宜，根據(jù)圖4所述，選擇的窗口大小為1101(行)X13(列)；濾波方法找到反射剖面中的各個(gè)鋼筋頂點(diǎn)的位置并選擇求取窗口數(shù)據(jù)，以原始數(shù)據(jù)中鋼筋的頂點(diǎn)位置和窗口中鋼筋的頂點(diǎn)位置為對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，將原始數(shù)據(jù)中的鋼筋的反射能量減去步驟⑵選擇的能量窗口，就可得到濾波了鋼筋影響的反射剖面圖；濾波效果分析與判斷a.濾波工作完成后，首選分析濾波效果，如果表層鋼筋的影響濾除效果差，再重復(fù)步驟3，濾波后效果的評(píng)判以深部異常位置范圍有明顯的異常反映為標(biāo)準(zhǔn)；b.找出原始數(shù)據(jù)成圖范圍內(nèi)的顯著異常特征，并與剖面圖上同一深度的其他位置進(jìn)行對(duì)比，如果有明顯的異常特征，根據(jù)設(shè)計(jì)深度判斷其是否為鋼絞線的影響；如果是鋼絞線影響，則可排除壓漿其為缺陷，如果不是鋼筋線的影響，則說(shuō)明壓漿不飽滿(mǎn)，如果排除了鋼絞線影響后再無(wú)其他明顯異常，則為注漿密實(shí)；利用本發(fā)明的鋼筋混凝土質(zhì)量檢測(cè)中剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法來(lái)驗(yàn)證濾波效果時(shí)，可按下述詳細(xì)的實(shí)施步驟進(jìn)行，其步驟流程如圖I所示。實(shí)施例I :本例鋼筋混凝土試件斷面大小為310mmX60mm，如圖2所示，圖2中有兩排鋼筋1，分別分布在混凝土距離試件的頂部和底部都為IOOmm的表層，鋼筋直徑為20mm，間距為130mm,預(yù)應(yīng)力筋2直徑為50mm，壓漿為密實(shí)的水泥漿3，充水4和空洞5都位于波紋管頂部，厚度20mm,波紋管管壁2mm。檢測(cè)中天線走向垂直于波紋管走向位置，采用點(diǎn)距測(cè)量方式，點(diǎn)距為10mm，得到圖3原始電磁波反射剖面。選擇剖面圖中表層第一顆鋼筋反射頂點(diǎn)的位置，并找出二次反射頂點(diǎn)，選擇一個(gè)盡量小但是又能包含一個(gè)和二次反射能量的窗口，根據(jù)圖3，窗口大小可以選擇為1101 (行)X 13 (列)，放大后如圖4所示，這個(gè)能量窗口幾乎可以認(rèn)為是鋼筋反射的全部能量。找到反射剖面中所有鋼筋反射電磁波的頂點(diǎn)位置，并以能量窗口和其它鋼筋反射頂點(diǎn)為對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，依次減去窗口鋼筋的反射能量，完成濾波過(guò)程并分析濾波效果，最后得到如圖5所示的反射剖面。通過(guò)對(duì)圖5的分析可知，該濾波方法基本剔除了表層鋼筋全反射的影響，通過(guò)提取濾波方法前后的反射剖面中某道的信息分別得到圖6和圖7，圖6中6所示位置振幅大，圖7中同一深度位置處振幅小，前后對(duì)比發(fā)現(xiàn)單道反射波上由鋼筋強(qiáng)烈的反射的電磁波反射振幅得到了很好的壓制，深部的反射振幅得到了明顯的增強(qiáng)。通過(guò)這個(gè)方法濾波，鋼筋混凝土深部原本微弱的信息得到了明顯的提升，這對(duì)于預(yù)應(yīng)力壓漿孔道的注漿質(zhì)量評(píng)價(jià)具有很重要意義。本發(fā)明還可以有其他的處理方式，凡采用同等方式或者等效變換形成的技術(shù)處理方案，均落在本發(fā)明的要求保護(hù)的范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)選擇測(cè)量參數(shù)和檢測(cè)方式使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)混凝土內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將地質(zhì)雷達(dá)的天線盒貼在混凝土表面，并沿混凝土內(nèi)波紋管的走向?qū)炷羶?nèi)垂直方向進(jìn)行采集； (2)選擇合理的能量窗口將所采集的原始數(shù)據(jù)輸入matlab中形成可視圖，在圖中確定每一根鋼筋位置附近振幅的最大值作為每根鋼筋的頂點(diǎn)，之后在水平方向以可視圖上每?jī)筛摻畹捻旤c(diǎn)之間為距離，在垂直方向上包括了鋼筋第一次、二次和三次反射的數(shù)據(jù)為距離進(jìn)行窗口選擇，再將所有的選擇出的窗口內(nèi)的矩陣數(shù)據(jù)相加求和，然后再以窗口數(shù)量為分母，求上述求和后矩陣的平均值，得到的這個(gè)加權(quán)平均值后的窗口即為合理的能量窗Π ； (3)濾除表層鋼筋影響以步驟(2)中所選擇的每個(gè)窗口中的最大振幅值和所得到的加權(quán)后能量窗口中最大數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，將每個(gè)所選擇的每個(gè)窗口的矩陣數(shù)據(jù)分別減去加權(quán)平均值后的窗口的矩陣數(shù)據(jù)，即得到濾除表層鋼筋影響的數(shù)據(jù)可視圖； (4)分析濾波效果并判讀壓漿缺陷將步驟(3)中得出的濾除表層鋼筋影響的數(shù)據(jù)參照混凝土內(nèi)鋼絞線預(yù)埋深度進(jìn)行對(duì)比分析，去除鋼絞線影響后所得的異常數(shù)據(jù)圖即為混凝土內(nèi)部壓漿問(wèn)題。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，其特征在于，所述步驟(I)中，地質(zhì)雷達(dá)的天線采用1600MHz或者2600MHz頻率的天線，采樣點(diǎn)數(shù)為1024個(gè)或2048個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，其特征在于，所述步驟(4)中，找出步驟(3)中所得到的數(shù)據(jù)成圖中的顯著異常特征與剖面圖上同一深度的其他位置進(jìn)行對(duì)比，如果有明顯的弧形繞射且反射振幅較大，則根據(jù)鋼絞線設(shè)計(jì)深度來(lái)判斷其是否為鋼絞線的影響，如果在深度與水平位置能與鋼絞線設(shè)計(jì)深度基本吻合，則判斷該異常為鋼絞線的反映，否則，該異常不是鋼絞線的反映；如果異常位置是鋼絞線影響，則可排除其為壓漿缺陷，如果不是鋼筋線的影響，則說(shuō)明壓漿不飽滿(mǎn)，如果排除了鋼絞線影響后再無(wú)其他明顯異常，則為注漿密實(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼筋混凝土質(zhì)量檢測(cè)中剔除表層鋼筋高頻電磁波影響的濾波方法，其特征在于波紋管為非金屬的壓漿管道。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，包括如下處理步驟(1)選擇測(cè)量參數(shù)和檢測(cè)方式；(2)選擇合理的能量窗口；(3)濾除表層鋼筋影響；(4)分析濾波效果并判讀壓漿缺陷；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為采用本發(fā)明的鋼筋混凝土質(zhì)量檢測(cè)中剔除表層鋼筋對(duì)高頻電磁波影響的濾波方法，可以基本壓制表層鋼筋強(qiáng)反射的影響，增強(qiáng)深部缺陷反射出來(lái)的微弱信息，從而能更加準(zhǔn)確的判斷出壓漿缺陷的規(guī)模、位置和缺陷類(lèi)型，為工程應(yīng)用提供可靠的科學(xué)理論依據(jù)，具有良好的應(yīng)用前景和實(shí)際意義。
文檔編號(hào)G01N23/00GK102636501SQ20121008279
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者張家松, 彭凌星, 曹書(shū)錦, 王凡, 魯廣銀 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 朱自強(qiáng), 魯光銀