一種隱患探測的超聲波層析成像方法
2023-05-28 08:17:16 3
一種隱患探測的超聲波層析成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種隱患探測的超聲波層析成像方法，該成像方法通過在待檢構件內設置超聲波發射探頭和接收探頭來採集超聲波數據，建立初始速度模型並剖分為若干網格；利用快速掃描法計算每個網格上的理論初至走時，並和現場測試數據做差獲得走時殘差；利用伴隨狀態法計算目標泛函對初始速度模型的梯度；計算速度更新量並更新；判斷更新後的速度模型是否滿足精度要求，若滿足則輸出更新後的模型作為最終的反演結果進行成像。本發明的優點是，對混凝土構件無損傷、成像精度高、操作簡單方便、結果可視化程度高，缺陷評估更直觀；超聲波層析成像技術與傳統檢測方法相比能有效地減少平均效應，精確地反映混凝土內部具體結構，將經驗性成分縮減到最低。
【專利說明】一種隱患探測的超聲波層析成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於無損檢測【技術領域】，具體涉及一種隱患探測的超聲波層析成像方法。
【背景技術】
[0002] 建築工程中，混凝土是現代工程中最重要的結構材料之一，由於各種原因，混凝土 在澆注過程中，內部可能產生空洞、夾泥、離析、裂隙等各種質量缺陷，從而影響混凝土的各 種力學性質，給工程安全帶來極大的隱患。因此，必須採取有效的檢測手段，查明缺陷的規 模、性質及空間位置。
[0003] 常規的混凝土質量檢測方法主要分為有損檢測和無損檢測，有損檢測對構件破壞 嚴重，且耗時、耗材、耗力。因此，無損檢測方法成為混凝土質量檢測新的發展方向。
[0004] 目前混凝土質量無損檢測最常用的方法有探地雷達法、地震波法、超聲波法。
[0005] 探地雷達方法是通過發射天線向地下發射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回 地面的電磁波，電磁波在地下介質中傳播時遇到存在電性差異的界面時發生反射，根據接 收到電磁波的波形、振幅強度和時間的變化特徵推斷地下介質的空間位置、結構、形態和埋 藏深度。其測試精度較高，操作簡便，成果較為直觀。但該方法測試易受外界電磁信號幹擾， 且在遇到金屬界面和富水區域時，其信號容易被屏蔽，探測深度有限，且成本較高。
[0006] 地震波法是利用地下介質彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對人工激發地 震波的響應，推斷地下巖層的性質和形態的勘探方法，是從石油勘探和深部地球物理勘探 中引入的方法，具有探測深度大，技術成熟的優點，但由於其彈性波頻率低、波長大，因而分 辨率比較低，對探測淺部異常精度較差，難以滿足混凝土質量無損檢測的需要。
[0007] 超聲波法則是利用激發探頭來發射超聲波，通過分析接收探頭處收到的超聲波響 應來推斷地下介質中隱患缺陷的空間位置、埋藏深度。超聲波法克服了地震波法的上述缺 點，其振動頻率1?，探測精度1?、異常解析度1?，同時由於超聲波有良好的指向性，為混凝土 的高精度檢測帶來了方便。但是，傳統的超聲波法是利用初至波的時間、首波強度、頻率成 分等分析、檢測混凝土質量的，存在著解釋難度大、精度低、結果不直觀、經驗性成分居多等 缺點。同時，由於測線信號異常反映的是測線通過混凝土的平均質量狀況，無法獲取異常區 域介質的波速，因而往往難以確定缺陷類型以及質量下降程度。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種隱患探測的超聲波層析 成像方法，該成像方法通過對超聲波數據進行正演求解和反演迭代運算，求得檢測區域內 的波速場，並生成二維成果圖像。
[0009] 本發明目的實現由以下技術方案完成： 一種隱患探測的超聲波層析成像方法，其特徵在於所述成像方法包括如下步驟： 步驟1 :在待檢構件中採集超聲波層析成像數據； 步驟2 :對所述超聲波層析成像數據進行數據修正處理； 步驟3 :進行超聲波層析成像，即： 確定初始速度模型：採用超聲波在所述待檢構件檢測區域內的背景速度作為初始速度 建立初始速度模型Q1，並將所述Ctl剖分為若干網格； 計算接收點處的理論走時及走時殘差：利用快速掃描法在所述初始速度模型Q1中進行 正演計算，求解超聲波接收探頭的接收點處的理論初至走時t(r)並和所述超聲波接收探 頭的接收點處現場採集的走時數據t*(r)做差，得到走時殘差At=t(r)-t*(r); 利用伴隨狀態法獲得目標泛函對所述初始速度模型Ctl的梯度 OT & BJ 對初始速度模型Q1進行更新：利用梯度I計算速度更新量A c，計算公式為 OC Ac 其中a為迭代步長，滿足公式 ：寸初始速度模型C tl進行更新，計算 0C 公式為cI = ，其中Q為更新後的速度模型； 對更新後的速度模型q進行精度評價：若更新後的速度模型q的目標泛函J(c) 閾值e，則令速度模型q作為初始速度模型，重複上述步驟，直至滿足精 度要求為止，輸出速度模型G作為最後的反演結果。
[0010] 在所述待檢構件中採集超聲波層析成像數據的方法為：在所述待檢構件的兩側設 置聲測管，在兩側所述聲測管中分別布置超聲波發射探頭和超聲波接收探頭；通過所述超 聲波接收探頭採集自所述超聲波發射探頭所發射的超聲波數據。
[0011] 所述超聲波接收探頭與所述超聲波發射探頭之間保持固定的採樣落差在所述聲 測管中同步升降採集超聲波數據。
[0012] 所述快速掃描法滿足以下公式：
【權利要求】
1. 一種隱患探測的超聲波層析成像方法，其特徵在於所述成像方法包括如下步驟： 步驟1 :在待檢構件中採集超聲波層析成像數據； 步驟2 :對所述超聲波層析成像數據進行數據修正處理； 步驟3 :進行超聲波層析成像，即： 確定初始速度模型：採用超聲波在所述待檢構件檢測區域內的背景速度作為初始速度 建立初始速度模型Q1，並將所述Ctl剖分為若干網格； 計算接收點處的理論走時及走時殘差：利用快速掃描法在所述初始速度模型Q1中進行 正演計算，求解超聲波接收探頭的接收點處的理論初至走時t(r)並和所述超聲波接收探 頭的接收點處現場採集的走時數據t*(r)做差，得到走時殘差At=t(r)-t*(r);
利用伴隨狀態法獲得目標泛函對所述初始速度模型Ctl的梯度 對初始速度模型Q1進行更新：利用梯度^計算速度更新量Λ c，計算公式為
，其中α為迭代步長，滿足公
對初始速度模型Ctl進行更新，計算 公式為cI = eO _ &，其中q為更新後的速度I旲型； 對更新後的速度模型q進行精度評價：若更新後的速度模型q的目標泛函J(C) 閾值ε，則令速度模型作為初始速度模型，重複上述步驟，直至滿足精度 要求為止，輸出速度模型^作為最後的反演結果。
2. 根據權利要求1所述的一種隱患探測的超聲波層析成像方法，其特徵在於在所述待 檢構件中採集超聲波層析成像數據的方法為：在所述待檢構件的兩側設置聲測管，在兩側 所述聲測管中分別布置超聲波發射探頭和超聲波接收探頭；通過所述超聲波接收探頭採集 自所述超聲波發射探頭所發射的超聲波數據。
3. 根據權利要求2所述的一種隱患探測的超聲波層析成像方法，其特徵在於所述超聲 波接收探頭與所述超聲波發射探頭之間保持固定的採樣落差在所述聲測管中同步升降採 集超聲波數據。
4. 根據權利要求1所述的一種隱患探測的超聲波層析成像方法，其特徵在於所述快速 掃描法滿足以下公式：
i=2,3,…，I-I ;j=2,3,…，J-I 其中， 4為第a j)個所述網格上的走時；=疆(<廠d+1J.) ; S為慢度；h為空間步長；I、J分別為所述初始速度模型Ctl水平方向和深度方向上的網格總
5. 根據權利要求1所述的一種隱患探測的超聲波層析成像方法，其特徵在於所述梯度
I的計算公式為： & 其中， J為目標泛函； c為所述待檢構件內的介質速度； 入為伴隨狀態變量，在所述接收點處時λ的計算公式為= △￡(〇,在計算 區域內部時λ的計算公式為= O，公式中，Δ價）為所述接收點處的走 時殘差，表示對t(r)求梯度，.?(γ)為所述接收點處的伴隨狀態變量，為所述接收點 測線的外法向量，況X)為計算區域內部的伴隨狀態變量，表示t對X的偏導。
6. 根據權利要求1所述的一種隱患探測的超聲波層析成像方法，其特徵在於所述速度 模型4的目標泛函J(c)計算公式為：
其中，N為所述接收點的總數量，r為所述接收點的位置。
【文檔編號】G01N29/07GK104374828SQ201410657248
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】謝春, 黃永進, 唐堅, 許傑 申請人:上海巖土工程勘察設計研究院有限公司