基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法，將錘擊震源和Chirp震源有效地結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了錘擊震源和Chirp震源的優(yōu)勢，同時有效規(guī)避了錘擊震源和Chirp震源的劣勢，既能準確的確定初至波的位置，又能夠獲得高分辨率的彈性波波場圖，從而能夠?qū)蛄侯A應力管道注漿質(zhì)量進行精密檢測，還具有以下優(yōu)點：檢測結(jié)果更加準確、檢測效率高、對環(huán)境要求低、抗干擾能力強，在無劇烈振動和沖擊的情況下均可以使用。操作安全，對人體無害。
【專利說明】基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于注漿質(zhì)量檢測【技術(shù)領域】，具體涉及一種基于組合震源法檢測橋梁預應 力管道注漿質(zhì)量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 橋梁預應力管道的注漿質(zhì)量對橋梁的耐久性具有重要影響，據(jù)統(tǒng)計，由于注漿不 密實導致管道內(nèi)鋼絞線銹蝕，預應力提前喪失，可造成橋梁實際壽命縮短至設計壽命的十 分之一。因此，預應力管道的注漿質(zhì)量檢測是保證橋梁施工質(zhì)量的重要措施，具有重要的理 論價值與實際應用價值。
[0003] 在預應力管道的注漿質(zhì)量檢測中，常用的檢測方法為彈性波檢測法，原理為：在預 應力管道的一端布置震源，通過震源激發(fā)彈性波；在預應力管道的另一端布置檢波器，通過 檢波器采集該彈性信號，以數(shù)字形式收集記錄；然后，將檢波器記錄的彈性波信號處理成反 映管道注漿質(zhì)量的彈性波波場圖，該彈性波波場圖能夠反映彈性波的頻率、振幅等信息；最 后，對剖面圖進行解釋，得到管道的注漿質(zhì)量。
[0004] 在上述的數(shù)據(jù)采集過程中，首先到達檢波器的彈性波稱為初至波，一般在初至波 之后的數(shù)據(jù)記錄才包含了有效的結(jié)構(gòu)信息，而在初至波之前的數(shù)據(jù)為環(huán)境噪聲。因此，需要 準確的確定初至波的位置，從而分離出環(huán)境噪聲。此外，為對管道的注漿質(zhì)量進行精密分 析，也需要盡可能提高彈性波波場圖的分辨率。而準確的確定初至波的位置和彈性波波場 圖的分辨率之間是相互矛盾的，現(xiàn)有技術(shù)所采用的各類注漿質(zhì)量檢測中，或者為彈性波波 場圖的分辨率高、但難以準確確定初至波的位置；或者，可以準確確定初至波的位置，但彈 性波波場圖的分辨率有限。因此，現(xiàn)有的各類方案，均具有一定的局限性，難以滿足預應力 管道的注漿質(zhì)量檢測需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于組合震源法檢測橋梁預應力管道 注漿質(zhì)量的方法，可有效解決上述問題。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 本發(fā)明提供一種基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法，包括以下 步驟：
[0008] S1，對于被檢測的預應力管道，在所述預應力管道的A端分別設置震源標記點和 檢波器標記點A，在所述預應力管道的B端設置檢波器標記點B，在所述檢波器標記點A安 裝檢波器A，在所述檢波器標記點B安裝檢波器B;
[0009] S2,在所述震源標記點，首先采用錘擊方式激發(fā)振動波，在激發(fā)時刻觸發(fā)所述檢波 器A和所述檢波器B同步計時，所述振動波在所述預應力管道傳輸并分別被所述檢波器A 和所述檢波器B記錄，所述檢波器A記錄得到第I-A有效波形圖，所述檢波器B記錄得到第 I-B有效波形圖；其中，所述有效波形圖以時間為橫坐標，以振動波振幅為縱坐標；
[0010] S3,然后，在所述震源標記點，采用可控震源第1次激發(fā)Chirp信號，在激發(fā)時刻觸 發(fā)所述檢波器A和所述檢波器B同步計時，所述Chirp信號在所述預應力管道傳輸并分別 被所述檢波器A和所述檢波器B記錄，所述檢波器A記錄得到第2-1A有效波形圖，所述檢 波器B記錄得到第2-1B有效波形圖；
[0011] S4,重復S3,依次采用可控震源第2次激發(fā)Chirp信號、第3次激發(fā)Chirp信號… 第η次激發(fā)Chirp信號，由此分別得到第2-2A有效波形圖、第2-2B有效波形圖、第2-3A有 效波形圖、第2-3B有效波形圖…第2-nA有效波形圖、第2-nB有效波形圖；其中，η為自然 數(shù)；
[0012] S5,分析所述第I-A有效波形圖，得到第I-A有效波形圖的初至波旅行時ti_A;分析 所述第I-B有效波形圖，得到第I-B有效波形圖的初至波旅行時，由于所述檢波器A到 所述檢波器B的距離等于預應力管道的長度，為已知值1，則：依照公式7 = // ( )計 算得到平均波速
[0013] S6,分析所述第2-1A有效波形圖，在所述第2-1A有效波形圖上，查找到Va對應 的位置即為初至波；分析所述第2-1B有效波形圖，在所述第2-1B有效波形圖上，查找到 對應的位置即為初至波；進而求出頻差Af1和能量衰減比a1;
[0014] 依此類推，分析定位到第2-2A有效波形圖的初至波，以及，分析定位到第2-2B有 效波形圖的初至波，進而求出頻差Af2和能量衰減比a2;…分析定位到第2-nA有效波形圖 對應的初至波，以及，分析定位到第2-nB有效波形圖對應的初至波，進而求出頻差△ 4和 能量衰減比an;
[0015]S7,依下式計算平均頻差Af和平均能量衰減比a;
[0016]Af= (Δfj+Δf2+···Δfn)/n；a= an)/n；
[0017]S8,通過平均頻差Δf、平均能量衰減比a和平均波速F求出注漿飽滿度D。
[0018] 優(yōu)選的，S8具體為：
[0019] S8. 1，建立包含輸入層、隱層及輸出層的初始的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型；
[0020]S8. 2,通過多個訓練樣本對所述初始的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練，得到所述BP神 經(jīng)網(wǎng)絡模型的連接權(quán)值，最終確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型中輸入與輸出之間的關系；其中，所述 BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入為波速、能量衰減比和頻差，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出為注漿飽 滿度；
[0021] S8. 3,將平均頻差Δ?\平均能量衰減比a和平均波速7輸入已確定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡 模型，從而輸出注漿飽滿度D。
[0022] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0023] 本發(fā)明提供的基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法，將錘擊震源 和Chirp震源有效地結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了錘擊震源和Chirp震源的優(yōu)勢，同時有效規(guī)避 了錘擊震源和Chirp震源的劣勢，既能準確的確定初至波的位置，又能夠獲得高分辨率的 彈性波波場圖，從而能夠?qū)蛄侯A應力管道注漿質(zhì)量進行精密檢測

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為錘擊震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量采集得到的波形圖；
[0025] 圖2為Chirp震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量采集得到的波形圖；
[0026] 圖3為透射波檢測法的系統(tǒng)布置示意圖；
[0027] 圖4為應用本發(fā)明提花的組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量采集到的波 形圖。

【具體實施方式】
[0028] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：
[0029] 在橋梁預應力管道注漿質(zhì)量檢測中，對于傳統(tǒng)的錘擊震源來說，具有能量大、余震 短等優(yōu)點，獲得信號能量大，如圖1所示，為錘擊震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量采集 得到的波形圖；從圖1可以清晰的讀取初至波位置，從而準確確定波速；但具有能量和頻率 不可控、重復性差等問題，故不能準確地檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量。而Chirp震源發(fā)射 的是線性調(diào)頻信號，相比錘擊震源，其優(yōu)點是發(fā)射信號可調(diào)、能量可調(diào)、且一致性好；但是其 能量較小，很難準確確定初至波位置。如圖2所示，為Chirp震源法檢測橋梁預應力管道注 漿質(zhì)量采集得到的波形圖；由圖2可以看出，由于初至波較弱，較難精確讀取初至波位置。
[0030] 鑒于上述情況，本發(fā)明提供一種組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方 法，大致思路為：
[0031] (1)首先采用錘擊震源激發(fā)振動信號，通過分析檢波器記錄得到的波形圖，準確確 定初至波位置，進而可分析得到平均波速7;
[0032] 此處，由于錘擊震源激發(fā)振動信號的能量較大，因此，只需要進行一次激發(fā)測試， 即可精確的獲得平均波速
[0033] (2)采用Chirp震源激發(fā)振動信號，檢波器記錄得到波形圖；然后，通過錘擊震源 所確定的初至波位置，而在Chirp震源得到的波形圖上確定初至波位置，從而解決了Chirp 震源由于能量小而難以準確確定初至波位置的不足。
[0034] 此外，本發(fā)明中，為進一步提高檢測精度，對于Chirp震源，由于其能量較小，因 此，可根據(jù)實際測試精度需求，進行多次Chirp震源的測試，對于每一次測試，通過分析得 到的波形圖，從而確定能量衰減比a和頻差△f;最終，將各次測試得到的能量衰減比a和 頻差Δ?·進行平均計算，得到最終的能量衰減比a和頻差Af。
[0035] 通過上述過程，共獲得三個參數(shù)，分別為：平均波速F、能量衰減比a、頻差Af。這 三個參數(shù)可綜合反映橋梁預應力管道注漿質(zhì)量。
[0036] 基于上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供的基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量 的方法，為一種透射波檢測法，如圖3所示，為應用該方法的系統(tǒng)布置示意圖，在圖3中， 1-被檢測的預應力管道，2-檢波器A，3-檢波器B，4-震源，5-主機；
[0037] 包括以下步驟：
[0038] S1，對于被檢測的預應力管道，在所述預應力管道的A端分別設置震源標記點和 檢波器標記點A，在所述預應力管道的B端設置檢波器標記點B，在所述檢波器標記點A安 裝檢波器A，在所述檢波器標記點B安裝檢波器B;
[0039] S2,在所述震源標記點，首先采用錘擊方式激發(fā)振動波，在激發(fā)時刻觸發(fā)所述檢波 器A和所述檢波器B同步計時，所述振動波在所述預應力管道傳輸并分別被所述檢波器A 和所述檢波器B記錄，所述檢波器A記錄得到第I-A有效波形圖，所述檢波器B記錄得到第 I-B有效波形圖；其中，所述有效波形圖以時間為橫坐標，以振動波振幅為縱坐標；參考圖 4,為應用本發(fā)明提花的組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量采集到的波形圖；在圖4 中，OOl對應的波形圖即為第I-A有效波形圖；[1]對應的波形圖即為第I-B有效波形圖。
[0040] 本發(fā)明中，各檢波器最終記錄得到的均為有效波形圖，有效波形圖的含義可理解 為可用的波形圖，例如，當采用錘擊方式激發(fā)振動波時，有可能存在激發(fā)力度不夠而導致檢 波器A或檢波器B記錄到的波形圖信號均非常弱的情形，則此時需要重新激發(fā)記錄。
[0041] S3,然后，在所述震源標記點，采用可控震源第1次激發(fā)Chirp信號，在激發(fā)時刻觸 發(fā)所述檢波器A和所述檢波器B同步計時，所述Chirp信號在所述預應力管道傳輸并分別 被所述檢波器A和所述檢波器B記錄，所述檢波器A記錄得到第2-1A有效波形圖，所述檢 波器B記錄得到第2-1B有效波形圖；
[0042]S4,重復S3,依次采用可控震源第2次激發(fā)Chirp信號、第3次激發(fā)Chirp信號… 第η次激發(fā)Chirp信號，由此分別得到第2-2A有效波形圖、第2-2B有效波形圖、第2-3A有 效波形圖、第2-3B有效波形圖…第2-nA有效波形圖、第2-nB有效波形圖；其中，η為自然 數(shù)；
[0043] 在圖4中，η等于6。
[0044] S5,分析所述第I-A有效波形圖，得到第I-A有效波形圖的初至波旅行時、;分 析所述第I-B有效波形圖，得到第I-B有效波形圖的初至波旅行時tg;在圖4中，tg為0， 為10秒；由于所述檢波器A到所述檢波器B的距離等于預應力管道的長度，為已知值 1，則：依照公式7 = 0 ( )計算得到平均波速&
[0045] S6,分析所述第2-1A有效波形圖，在所述第2-1A有效波形圖上，查找到Va對應 的位置即為初至波；分析所述第2-1B有效波形圖，在所述第2-1B有效波形圖上，查找到 對應的位置即為初至波；進而求出頻差Af1和能量衰減比a1;
[0046] 依此類推，分析定位到第2-2A有效波形圖的初至波，以及，分析定位到第2-2B有 效波形圖的初至波，進而求出頻差Af2和能量衰減比a2;…分析定位到第2-nA有效波形圖 對應的初至波，以及，分析定位到第2-nB有效波形圖對應的初至波，進而求出頻差△ 4和 能量衰減比an;
[0047]S7,依下式計算平均頻差Af和平均能量衰減比a;
[0048]Af= (Δfj+Δf2+···Δfn)/n；a= an)/n；
[0049]S8,通過平均頻差Λf、平均能量衰減比a和平均波速7求出注漿飽滿度D。
[0050] 本步驟中，可采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的方式進行計算，具體步驟為：
[0051] S8. 1，建立包含輸入層、隱層及輸出層的初始的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型；
[0052]S8. 2,通過多個訓練樣本對所述初始的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練，得到所述BP神 經(jīng)網(wǎng)絡模型的連接權(quán)值，最終確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型中輸入與輸出之間的關系；其中，所述 BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入為波速、能量衰減比和頻差，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出為注漿飽 滿度；
[0053]S8. 3,將平均頻差Δ?\平均能量衰減比a和平均波速7輸入已確定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡 模型，從而輸出注漿飽滿度D。
[0054] 本發(fā)明中，通過上述分析，可精度獲得三個參數(shù)，分別為：平均波速能量衰減比 a、頻差Af。綜合這三個參數(shù)，可精確分析出橋梁預應力管道注漿質(zhì)量。此處也為本發(fā)明的 一個創(chuàng)新。
[0055]這三個參數(shù)反映橋梁預應力管道注衆(zhòng)質(zhì)量的原理為：
[0056]對于平均波速7 :當波紋管未注漿或注漿差時，彈性波傳播速度較高（接近鋼絞線 波速）；當波紋管注漿飽滿時，彈性波傳播速度較低（鋼絞線、水泥漿的復合速度），故平均 波速F越小，注漿飽滿度D越大，F(xiàn)與D成負相關。
[0057]對于能量衰減比a :當波紋管未注漿或注漿很差時，彈性波散射少，能量衰減慢； 當波紋管注漿飽滿時，彈性波散射大，能量衰減快。假設檢波器B接收到的波與檢波器A接 收到波的能量比為a，檢波器A接收到波的能量為A1，檢波器B接收到的波的能量為A2，則 α =f故能量比a越小，注漿飽滿度D越大，a與D成負相關。
[0058]對于頻差Af:假設主頻變化為Af，檢波器B接收到波的主頻為f2，檢波器A接收 到波的主頻為，當波紋管未注漿或注漿很差時，頻率變化小，頻移值較小；當波紋管注漿 飽滿時，檢波器B接收到的波高頻成分迅速衰減，頻移（向低頻移動）值較大，Af=f2_f\， 所以主頻變化Δf越大，注漿飽滿度D越大，Δf與D成正相關。
[0059]因此，本發(fā)明中，用平均波速7、能量衰減比a、頻差Af綜合反映注漿飽滿度D，從 而建立一個數(shù)學表達式η? 3--務感/)-，通過D來評定橋梁預應力管道注漿質(zhì)量。
[0060] 綜上所述，本發(fā)明提供的基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法， 將錘擊震源和Chirp震源有效地結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了錘擊震源和Chirp震源的優(yōu)勢，同 時有效規(guī)避了錘擊震源和Chirp震源的劣勢，既能準確的確定初至波的位置，又能夠獲得 高分辨率的彈性波波場圖，從而能夠?qū)蛄侯A應力管道注漿質(zhì)量進行精密檢測，還具有以 下優(yōu)點：檢測結(jié)果更加準確、檢測效率高、對環(huán)境要求低、抗干擾能力強，在無劇烈振動和沖 擊的情況下均可以使用。操作安全，對人體無害。
[0061] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法，其特征在于，包括以下 步驟： S1，對于被檢測的預應力管道，在所述預應力管道的A端分別設置震源標記點和檢波 器標記點A，在所述預應力管道的B端設置檢波器標記點B，在所述檢波器標記點A安裝檢 波器A，在所述檢波器標記點B安裝檢波器B; 52, 在所述震源標記點，首先采用錘擊方式激發(fā)振動波，在激發(fā)時刻觸發(fā)所述檢波器A 和所述檢波器B同步計時，所述振動波在所述預應力管道傳輸并分別被所述檢波器A和所 述檢波器B記錄，所述檢波器A記錄得到第1-A有效波形圖，所述檢波器B記錄得到第1-B 有效波形圖；其中，所述有效波形圖以時間為橫坐標，以振動波振幅為縱坐標； 53, 然后，在所述震源標記點，采用可控震源第1次激發(fā)Chirp信號，在激發(fā)時刻觸發(fā)所 述檢波器A和所述檢波器B同步計時，所述Chirp信號在所述預應力管道傳輸并分別被所 述檢波器A和所述檢波器B記錄，所述檢波器A記錄得到第2-1A有效波形圖，所述檢波器 B記錄得到第2-1B有效波形圖； 54, 重復S3,依次采用可控震源第2次激發(fā)Chirp信號、第3次激發(fā)Chirp信號…第n 次激發(fā)Chirp信號，由此分別得到第2-2A有效波形圖、第2-2B有效波形圖、第2-3A有效波 形圖、第2-3B有效波形圖…第2-nA有效波形圖、第2-nB有效波形圖；其中，n為自然數(shù)； 55, 分析所述第1-A有效波形圖，得到第1-A有效波形圖的初至波旅行時析所述 第1-B有效波形圖，得到第1-B有效波形圖的初至波旅行時，由于所述檢波器A到所述 檢波器B的距離等于預應力管道的長度，為已知值1，則：依照公式7 = 0 ( )計算 得到平均波速「； 56, 分析所述第2-1A有效波形圖，在所述第2-1A有效波形圖上，查找到對應的位 置即為初至波；分析所述第2-1B有效波形圖，在所述第2-1B有效波形圖上，查找到對 應的位置即為初至波；進而求出頻差A和能量衰減比a1; 依此類推，分析定位到第2-2A有效波形圖的初至波，以及，分析定位到第2-2B有效波 形圖的初至波，進而求出頻差Af2和能量衰減比a2;…分析定位到第2-nA有效波形圖對 應的初至波，以及，分析定位到第2-nB有效波形圖對應的初至波，進而求出頻差△fn和能 量衰減比an; 57, 依下式計算平均頻差Af?和平均能量衰減比a; Af= ( Afn)/n；a= (a!+a2+---an)/n； 58, 通過平均頻差Af、平均能量衰減比a和平均波速7求出注漿飽滿度D。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合震源法檢測橋梁預應力管道注漿質(zhì)量的方法，其特 征在于，S8具體為： S8. 1，建立包含輸入層、隱層及輸出層的初始的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型； S8. 2,通過多個訓練樣本對所述初始的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練，得到所述BP神經(jīng) 網(wǎng)絡模型的連接權(quán)值，最終確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型中輸入與輸出之間的關系；其中，所述BP 神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入為波速、能量衰減比和頻差，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出為注漿飽滿 度； S8. 3,將平均頻差Af、平均能量衰減比a和平均波速/F輸入已確定的Bp神經(jīng)網(wǎng)絡模 型，從而輸出注漿飽滿度D。
【文檔編號】G01N29/12GK104483389SQ201410815167
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】蘇建坤 申請人:云南航天工程物探檢測股份有限公司