混凝土裂縫精確定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬混凝土監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種混凝土裂縫精確定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著施工技術(shù)的不斷進(jìn)步和新型材料的使用，巨型工程、超高層等重大工程已廣泛進(jìn)入人們的視線。伴隨而來(lái)的安全性問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重，如何對(duì)重大工程進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，為采取有效措施盡可能多的爭(zhēng)取時(shí)間，已成為當(dāng)今工程界的重點(diǎn)及難點(diǎn)問(wèn)題。混凝土作為土木工程應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，對(duì)其進(jìn)行深入研究，建立混凝土-損傷一體化模型，對(duì)進(jìn)行工程實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)具有重要的價(jià)值?；炷两Y(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中出現(xiàn)裂縫是一個(gè)普遍現(xiàn)象，裂縫擴(kuò)展到一定的寬度，就會(huì)引起滲水、鋼筋銹蝕等問(wèn)題，直接破壞混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和安全性，嚴(yán)重影響工程的使用，以致不得不采取補(bǔ)救措施，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，耗資巨大。及時(shí)捕捉檢測(cè)到混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，必能有效地提高安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警作用。
[0003]聲發(fā)射是材料應(yīng)變能量快速釋放而產(chǎn)生的瞬時(shí)彈性波。這種彈性波承載著豐富的材料損傷過(guò)程中的聲源信息，利用聲發(fā)射傳感器可以將其接收。通過(guò)儀器檢測(cè)、記錄和分析AE信號(hào)，并反演聲聲發(fā)射源信息的技術(shù)稱之為聲發(fā)射技術(shù)。作為一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其可長(zhǎng)期、連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性和超限報(bào)警，對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷分析研究和獲取材料內(nèi)部開(kāi)裂信息是一種行之有效的方法，其中通過(guò)AE源定位技術(shù)獲得的關(guān)于材料內(nèi)部損傷時(shí)空分布的源定位信息被稱為最有價(jià)值的信息。聲發(fā)射信號(hào)處理能夠了解聲發(fā)射源的位置、性質(zhì)和嚴(yán)重程度。在相關(guān)工程應(yīng)用方面，精確定位結(jié)構(gòu)中缺陷的位置并評(píng)估其危險(xiǎn)程度，進(jìn)而采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，也是無(wú)損檢測(cè)的主要功能與最終目的?；诼暟l(fā)射技術(shù)的裂縫定位方法可分為兩大類，即區(qū)域定位法和定點(diǎn)定位法(也稱為時(shí)差定位法)。區(qū)域定位法所確定的聲源位置僅表示為一區(qū)域，具有一定的不確定性。定點(diǎn)法是通過(guò)處理三個(gè)或三個(gè)以上的聲發(fā)射傳感器采集到信號(hào)的到達(dá)時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)未知聲發(fā)射源位置進(jìn)行定位，是一種重要的無(wú)源定位方法，可分為線性定位、平面定位及三維定位。該方法是首先要估計(jì)出聲發(fā)射源到達(dá)各陣元傳感器的相對(duì)時(shí)間差，再通過(guò)時(shí)間差計(jì)算出各傳感器到聲發(fā)射源的距離差，最后由幾何算法或搜索確定具體聲發(fā)射源的位置，定位結(jié)果受聲速影響顯著。由于到達(dá)時(shí)間差的測(cè)量具有絕對(duì)性，沒(méi)有模糊性，所需信道數(shù)量少，時(shí)差測(cè)向定位適應(yīng)的工作頻帶寬，定位精度高，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)各向同性材料在保持高精度測(cè)向定位的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生相位模糊。目前混凝土裂縫定位監(jiān)測(cè)手段主要是外貼聲發(fā)射傳感器于混凝土構(gòu)件表面，存在著傳感器與混凝土界面的粘接、耦合問(wèn)題，傳感精度會(huì)大幅度降低，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋定位不準(zhǔn)確。同時(shí)，混凝土是典型的各項(xiàng)異性材料，聲波在傳播的過(guò)程中存在著衰減、反射、畸變。而由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的聲速并非定值，聲速對(duì)定位結(jié)果影響顯著。實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)可探測(cè)到聲發(fā)射信號(hào)，卻難以找到聲發(fā)射源的確切位置。如何提高裂縫的定位精度，最大程度降低漏定位和偽定位，是聲發(fā)射定位與評(píng)定中的一個(gè)重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述不足，為實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的精確定位，本發(fā)明提供一種混凝土裂縫精確定位方法。與現(xiàn)有定位技術(shù)相比，本發(fā)明采用埋入式聲發(fā)射傳感器對(duì)混凝土的裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因?yàn)閭鞲衅髀袢牖炷林?，受混凝土包裹，能夠接收各個(gè)方向的聲波，并且信號(hào)幅值大，首波明顯，減少聲速對(duì)定位結(jié)果的影響，繼而達(dá)到精確定位的目的。該方法是將聲發(fā)射傳感器經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進(jìn)行防水處理后，作為一個(gè)大骨料埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器通過(guò)同軸電纜與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備相連，所用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備為美國(guó)物理聲學(xué)公司的PC1-2系統(tǒng)。用斷鉛信號(hào)模擬混凝土開(kāi)裂，用PC1-2的三維定位功能對(duì)裂縫進(jìn)行定位。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)后，模擬裂縫監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的結(jié)果與使用相同靈敏度傳感器外貼于同一試件表面的模擬裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果相比，對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，埋入式聲發(fā)射傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果中，絕對(duì)坐標(biāo)誤差減小38.3%，平均標(biāo)準(zhǔn)差減小51.3%，埋入式聲發(fā)射傳感器定位準(zhǔn)確性更高，離散性小，極大提高了聲源的定位精度。
[0005]本發(fā)明提供了一種應(yīng)用與混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的精確定位技術(shù)，操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)合理，使用方便，對(duì)進(jìn)行混凝土試驗(yàn)研究具有重要的意義。
[0006]本發(fā)明對(duì)混凝土裂縫定位精確，最大程度降低漏定位和偽定位。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明聲發(fā)射傳感器在混凝土的中布置及與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備的連接示意圖；
圖2是本發(fā)明監(jiān)測(cè)時(shí)的斷鉛測(cè)點(diǎn)示意圖；
圖3是試驗(yàn)中的埋入式聲發(fā)射三維定位結(jié)果；
圖4是試驗(yàn)中的外置式聲發(fā)射三維定位結(jié)果。
[0008]圖中，1、埋入式聲發(fā)射傳感器，2、混凝土，3、同軸屏蔽電纜，4、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該明白的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)具體內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0010]參照附圖，一種混凝土裂縫精確定位方法，該方法是將聲發(fā)射傳感器經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進(jìn)行防水處理后，作為一個(gè)大骨料埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器通過(guò)同軸屏蔽電纜與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備相連。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備用于記錄和分析聲發(fā)射源信息。依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)定位具體聲發(fā)射源(裂縫)的位置，同時(shí)觀察其發(fā)展變化趨勢(shì)。所用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備為美國(guó)物理聲學(xué)公司的PC1-2系統(tǒng)。所說(shuō)的聲發(fā)射傳感器I的個(gè)數(shù)為四個(gè)，選取基點(diǎn)0，以基點(diǎn)O為準(zhǔn)分別確定四個(gè)聲發(fā)射傳感器I的具體坐標(biāo)位置，并布置于混凝土 2中，四個(gè)聲發(fā)射傳感器I分別通過(guò)同軸屏蔽電纜3引出，至聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備4，用于接收聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備用于記錄和分析聲發(fā)射源信息。本發(fā)明中，聲發(fā)射傳感器的布置是關(guān)鍵。目前，在工程領(lǐng)域應(yīng)用主要的聲發(fā)射傳感器的布置方式是將其外貼與混凝土表面，存在著傳感器與混凝土界面的粘接、耦合問(wèn)題，傳感精度會(huì)大幅度降低，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋定位不準(zhǔn)確。同時(shí)，混凝土是典型的各項(xiàng)異性材料，聲波在傳播的過(guò)程中存在著衰減、反射、畸變。而由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的聲速并非定值，聲速對(duì)定位結(jié)果影響顯著。實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)可探測(cè)到聲發(fā)射信號(hào)，卻難以找到聲發(fā)射源的確切位置。本發(fā)明中采用埋入式聲發(fā)射傳感器。將聲發(fā)射傳感器作為一個(gè)大骨料埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，因?yàn)閭鞲衅髀袢牖炷林校芑炷涟?，能夠接收各個(gè)方向的聲波，并且信號(hào)幅值大，首波明顯，減少聲速對(duì)定位結(jié)果的影響，繼而達(dá)到精確定位的目的。
[0011]該混凝土裂縫精確定位方法的使用方法是:將聲發(fā)射傳感器依具體情況埋入建筑時(shí)的混凝土中。監(jiān)測(cè)時(shí)，傳感器接收混凝土因開(kāi)裂等引起的聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)屏蔽線接聲發(fā)射監(jiān)測(cè)裝置，依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)定位具體聲發(fā)射源(裂縫)的位置，同時(shí)觀察其發(fā)展變化趨勢(shì)。
[0012]下面以試驗(yàn)室實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的工作原理加以說(shuō)明。
[0013]本試驗(yàn)為混凝土試件上聲發(fā)射信號(hào)三維定位實(shí)驗(yàn)，通過(guò)斷鉛來(lái)模擬聲發(fā)射信號(hào)。本試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容是利用埋入式聲發(fā)射傳感器來(lái)定位監(jiān)測(cè)斷鉛模擬聲發(fā)射源的具體位置及聲源信息，探討埋入式聲發(fā)射傳感器三維定位對(duì)提高定位精度的有效性。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下:首先，將本發(fā)明的傳感器分別置于混凝土中制成模塊，混凝土試件尺寸為500mm500mm400mm,與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連，在聲發(fā)射系統(tǒng)中建立傳感器監(jiān)測(cè)矩陣，以設(shè)定O點(diǎn)為基點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)中埋入式各傳感器坐標(biāo)具體如下，1# (400, 300, 20),2# (480，100,400)、3# (100, 300, 480),4# (20,100,100)。設(shè)置好相關(guān)聲發(fā)射參數(shù)，在試件上確定預(yù)斷鉛點(diǎn)，如圖2所示，每個(gè)點(diǎn)上斷鉛10次，形成斷鉛模擬聲發(fā)射信號(hào)定位結(jié)果三維圖。同時(shí)對(duì)同批次、同質(zhì)量外置式傳感器進(jìn)行相同的斷鉛模擬聲發(fā)射信號(hào)源定位試驗(yàn)，埋入式及外置式傳感器條件下的定位監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3、圖4所示。對(duì)于埋入式聲發(fā)射傳感器，其混凝土斷鉛模擬聲發(fā)射源3D定位結(jié)果比較接近真實(shí)情況，與真值離散性較小，很好的實(shí)現(xiàn)了混凝土聲發(fā)射精確定位。而同批次，相同靈敏度的外置式聲發(fā)射傳感器3D定位試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)情況相比離散性較大，混凝土聲發(fā)射定位結(jié)果不是很精確，定位結(jié)果投影離散性較大。定位結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析顯示，與外貼傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果相較，埋入式聲發(fā)射傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果中，絕對(duì)坐標(biāo)誤差減小38.3%，平均標(biāo)準(zhǔn)差減小51.3%。埋入式聲發(fā)射傳感器定位準(zhǔn)確性更高，離散性小，極大提高了聲源的定位精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種混凝土裂縫精確定位方法，其特征在于:該方法是將聲發(fā)射傳感器(I)經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進(jìn)行防水處理后，作為一個(gè)大骨料埋在混凝土(2)結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器(I)通過(guò)同軸屏蔽電纜(3)與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備(4)相連，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備(4)用于記錄和分析聲發(fā)射源信息，依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)定位具體聲發(fā)射源(裂縫)的位置，同時(shí)觀察其發(fā)展變化趨勢(shì)。
2.按照權(quán)利要求1所述的混凝土裂縫精確定位方法，其特征在于:所述的聲發(fā)射傳感器(I)的個(gè)數(shù)為四個(gè)，選取基點(diǎn)O，以基點(diǎn)O為準(zhǔn)分別確定四個(gè)聲發(fā)射傳感器(I)的具體坐標(biāo)位置，并布置于混凝土(2)中，四個(gè)聲發(fā)射傳感器(I)分別通過(guò)同軸屏蔽電纜(3)引出，至聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備(4)，用于接收聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備用于記錄和分析聲發(fā)射源信肩、ο
【專利摘要】<b>本發(fā)明涉及</b>一種混凝土裂縫精確定位方法，該方法是將聲發(fā)射傳感器（1）經(jīng)環(huán)氧樹脂封裝進(jìn)行防水處理后，作為一個(gè)大骨料埋在混凝土（2）結(jié)構(gòu)中，聲發(fā)射傳感器（1）通過(guò)同軸屏蔽電纜（3）與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備（4）相連，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備（4）用于記錄和分析聲發(fā)射源信息，依據(jù)接收到的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)定位具體聲發(fā)射源（裂縫）的位置，同時(shí)觀察其發(fā)展變化趨勢(shì)；所述的聲發(fā)射傳感器（1）的個(gè)數(shù)為四個(gè)，選取基點(diǎn)0，以基點(diǎn)O為準(zhǔn)分別確定四個(gè)聲發(fā)射傳感器（1）的具體坐標(biāo)位置，并布置于混凝土（2）中，四個(gè)聲發(fā)射傳感器（1）分別通過(guò)同軸屏蔽電纜（3）引出，至聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備（4），本發(fā)明對(duì)混凝土裂縫定位精確，最大程度降低漏定位和偽定位。
【IPC分類】G01N29-14
【公開(kāi)號(hào)】CN104569159
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310481241
【發(fā)明人】秦磊, 劉昱清, 任宏偉, 董必欽, 刑鎽, 秦琪, 侍月華, 華正曉, 王恩榮
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月15日