CN108387640A - 一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法 - Google Patents

一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法 Download PDF

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胡绕
王水强
陆礼训
殷习容
何伟
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Abstract

本发明公开了一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，包括以下步骤：构建由若干等间隔分布的超声波传感器所组成的传感器串；在检测对象表面设置直线型的检测测线，并将传感器串布置于检测测线的初始测点位置，控制传感器串中的各超声波传感器依次进行“一发多收”的超声波检测；牵引传感器串沿检测测线移动，依次在各个测点上按前述方法进行超声波检测；将采集到的所有超声波反射信号进行数据处理获得检测测线覆盖范围内的二维反射超声波叠后信号剖面。本发明的优点是：该检测方法对混凝土构件的厚度、内部缺陷等进行连续不间断连续检测，检测结果在信号剖面上具有连续直观的二维形态，具有分辨率高、检测实施快速高效等特点。

Description

一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法
技术领域
本发明属于超声波无损检测技术领域，具体涉及一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法。
背景技术
传统的在检测对象表面布置的超声波单侧检测多为一发一收的单通道模式，且仅仅利用传播时间来对混凝土相关构件的缺陷及厚度进行检测，因此获取的信息量少，检测结果容易受各种干扰而难以获得高质量的检测成果。
另一类钻孔超声波检测方法中，通常需要在检测对象内部实施多个钻孔用于分别放置超声波发射探头和接收探头，这种检测方式首先不是无损的，同时钻孔对检测对象结构带来破坏的同时也大大增加了检测实施的成本。而钻孔超声波通常至少需要布置一发一收两个钻孔才能完成检测工作，其次此类方法的检测覆盖范围也仅仅是钻孔连线之间的小范围，若要实现更大范围的检测，则需要布置更多的发射超声波或者接收超声波的钻孔，实现对检测对象内部更大覆盖范围的检测。目前常用的跨孔超声波检测也多是通过一发一收的获取超声波在两个探头之间传播的时间，并根据时间异常来检测跨孔之间的缺陷。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，该检测方法将传感器串沿检测测线上的各个测点进行依次“一发多收”的超声波检测获得超声波反射信号，经数据处理后获得检测测线覆盖范围内的二维反射超声波叠后信号剖面。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤：构建由若干等间隔分布的超声波传感器所组成的传感器串；在检测对象表面设置直线型的检测测线，并将所述传感器串布置于所述检测测线的初始测点位置，控制所述传感器串中的各所述超声波传感器依次进行“一发多收”的超声波检测，所述“一发多收”是指所述传感器串中的一个所述超声波传感器向所述检测对象内部发射超声波信号、剩余排列顺序下的所述超声波传感器同步接收反射回的超声波信号；牵引所述传感器串沿所述检测测线移动，依次在各个测点上按前述方法进行超声波检测；将采集到的所有超声波反射信号进行数据处理获得所述检测测线覆盖范围内的二维反射超声波叠后信号剖面。
所述传感器串包括一安装基座，各所述超声波传感器等间距垂直固定于所述安装基座上并呈直线型分布。
所述超声波传感器为超声波收发传感器。
所述测点之间的间距小于所述传感器串的长度。
使位于相邻所述测点处时的所述传感器串之间在位置上存在部分交叉重合。
所述传感器串中各所述超声波传感器在进行超声波信号发射与超声波信号接收的起始时刻保持一致。
所述传感器串中各所述超声波传感器在采集控制模块的控制下保持超声波信号发射与超声波信号接收的起始时刻保持一致。
采用二维多次覆盖反射波数据处理方法将采集到的所有超声波反射信号进行数据处理，方法为：将属于同一个反射点的所有超声波反射信号提取出来组成共反射点超声波反射信号组；将所述共反射点超声波反射信号组中各超声波反射信号因不同发射角度造成的走时差进行校正；待完成走时差校正之后，将所述共反射点超声波反射信号组中各超声波反射信号进行数据叠加构成一道二维反射超声波叠后信号；依此法通过数据处理获得与其余各所述反射点相对应的各道二维反射超声波叠后信号，根据各所述反射点的空间位置将各道所述二维反射超声波叠后信号排列成所述二维反射超声波叠后信号剖面。
本发明的优点是：该检测方法对混凝土构件的厚度、内部缺陷等进行连续不间断连续检测，检测结果在信号剖面上具有连续直观的二维形态，具有分辨率高、检测实施快速高效等特点。
附图说明
图1为本发明中传感器串的结构示意图；
图2为本发明中基于二维多次覆盖超声反射波检测***的结构示意图；
图3为本发明中基于二维多次覆盖超声反射波检测原理示意图；
图4为本发明中单反射点超声波多角度照射多次覆盖示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-4，图中标记1-8分别为：传感器串1、安装基座2、超声波传感器3、检测对象4、检测测线5、超声波收发采集控制模块6、超声波反射信号7、数据处理模块8。
实施例：如图1-4所示，本实施例具体涉及一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，该检测方法具体包括以下步骤：
（1）如图1、2所示，构建传感器串1，传感器串1包括一长方体安装基座2，在安装基座2的下表面等间距固定若干超声波传感器3，并使各超声波传感器3呈直线排列，接收通道数（超声波传感器3的数量）以及通道间距（超声波传感器3之间的间距）具体视实际检测要求确定；与此同时，将传感器串1中的各个超声波传感器3同时与一超声波收发采集控制模块6进行连接，超声波收发采集控制模块6可以实现对传感器串1的控制并可实现对超声波反射信号7的采集；此外，超声波收发采集控制模块6还与数据处理模块8相连接，数据处理模块8用于对超声波收发采集控制模块6所采集到的数据进行处理；
需要说明的是，本实施例中所使用的超声波传感器3为超声波收发传感器，具有收发超声波的功能；
（2）如图1、2所示，根据所需检测的范围，在检测对象4的表面布置一条直线型的检测测线5，检测测线5等间距标记有若干个测点，相邻测点之间的间距亦可称之为激发间距，即每次传感器串1移动的距离，具体的激发间距应视检测要求而定；需要说明的是，为使各测点的收发超声波的位置存在交叉重合；，应确保激发间距的取值小于传感器串1的长度；
（3）如图1-4所示，将传感器串1沿检测测线5布置，布置过程中，传感器串1上呈直线型固定排列的各超声波传感器3方向与检测测线5保持一致，并让超声波传感器3与检测对象4良好耦合；
传感器串1的初始位置位于检测测线5的第一个测点处，控制传感器串1中的各个超声波传感器3按照统一的方向（如从左至右）依次发射超声波信号（一发多收），即：传感器串1中的第一个超声波传感器3向检测对象4内发射超声波信号，第二个到最后一个超声波传感器3同时接收记录自检测对象3内的反射点反射回的超声波信号；第二个超声波传感器3发射超声波信号，第三个到最后一个超声波传感器3接收反射回的超声波信号；……倒数第二个超声波传感器3发射超声波信号，最后一个超声波传感器3接收反射回的超声波信号；从而形成一个测点位置处的n道超声波反射信号，其中，n为传感器串1中超声波传感器3的数量；
之后，根据预设的激发间距，将传感器串1沿检测测线5移动至下一个测点，重复上述超声波数据的采集过程；依此往复，直至检测测线5上的最后一个测点；超声波收发采集控制模块6从而获得检测测线5上所有测点位置的共m*（n-1）道超声波反射信号，其中，m为测点的数量，n为传感器串1中超声波传感器3的数量；
（4）如图1-4所示，利用数据处理模块8对所采集到的m*（n-1）道超声波反射信号进行数据处理，包括以下处理步骤：
通过位置坐标计算处理算法，对每道超声波反射信号对应的收发位置进行计算，并将相应的坐标值赋到对应的各道超声波反射信号的道头中去；
如图4所示，采用道分选处理技术对所有超声波反射信号进行筛选，将同属一个反射点、但照射角度不同的超声波反射信号提取出来组成共反射点超声波反射信号组；也就是说，根据反射点的数量，将产生相应组数的共反射点超声波反射信号组；
将共反射点超声波反射信号组中各超声波反射信号因照射角度不同而造成的走时差通过走时校正相关技术进行走时差校正；
待完成走时差校正之后，采用叠加算法，将共反射点超声波信号组内的各超声波反射信号进行叠加构成一道二维反射超声波叠后信号；依此法，获得其余各个反射点相对应的各道二维反射超声波叠加信号；
之后，将所有反射点处叠加所得的各道二维反射超声波叠加信号按实际位置排列成二维反射超声波叠后信号剖面；
最后，在采用数字滤波等处理方法对二维反射超声波叠后信号剖面进行相关数据的叠后处理，得到横向为检测位置，纵向为时间的二维超声波反射剖面，并根据检测对象特征及二维超声波反射剖面特征对检测成果进行综合解释。
本实施例的有益效果在于：
（a）本实施例在传统以检测对象表面进行单侧一发一收的基础上，拓展成了通过多超声波传感器列的一发多收及重复覆盖的方式收发超声波，在检测测线上得到从不同角度照射检测对象内部的多次覆盖超声反射波信号；再通过对共反射点多次覆盖道集进行走时校正，信号叠加等处理技术，使超声波反射信号中的噪音得到显著压制，对检测对象内部的缺陷或结构特征体的反射波信息得到明显增强，最终通过二维超声波反射剖面上反射波波形的分布，能量及频率特征对检测对象的缺陷及结构特征进行精细化检测；
（b）本实施例不像常规超声波检测方法多利用探头到探头之间的透射波的时差、相位及能量来检测检测对象内部的缺陷及结构特征，其独特之处在于借助一发多收的传感器列实现了多探头发射多角度照射到反射点多角度反射再到不同探头接收，并对多角度的反射波道集进行走时校正及叠加处理，最终利用增强后的超声反射波的波形分布、能量、频率及相位特征对检测对象进行精细化检测；
（c）本实施例通过多传感器组成的探头列以及沿直线状测线实施的探测过程，实现了在检测对象单侧表面即可实现对检测对象内部的超声波照射，并从每个反射点反射回来的超声波中提取与缺陷或结构特征相关的信息；同时多探头及线状测线也是实现反射波数据在不同反射点上实现多次覆盖的基础；
（d）使用本实施例进行检测时，只需要检测对象有个裸露自由表面即可实现对检测对象内部的高密度超声波照射覆盖，而不需要对检测对象实施钻孔等破坏性损伤；因此与传统的跨孔透射检测方法有无损，快速等明显的优势。

Claims (7)

1.一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤：构建由若干等间隔分布的超声波传感器所组成的传感器串；在检测对象表面设置直线型的检测测线，并将所述传感器串布置于所述检测测线的初始测点位置，控制所述传感器串中的各所述超声波传感器依次进行“一发多收”的超声波检测，所述“一发多收”是指所述传感器串中的一个所述超声波传感器向所述检测对象内部发射超声波信号、剩余排列顺序下的所述超声波传感器同步接收反射回的超声波信号；牵引所述传感器串沿所述检测测线移动，依次在各个测点上按前述方法进行超声波检测；将采集到的所有超声波反射信号进行数据处理获得所述检测测线覆盖范围内的二维反射超声波叠后信号剖面。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于所述传感器串包括一安装基座，各所述超声波传感器等间距垂直固定于所述安装基座上并呈直线型分布。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于所述超声波传感器为超声波收发传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于所述测点之间的间距小于所述传感器串的长度。
5.根据权利要求4所述的一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于使位于相邻所述测点处时的所述传感器串之间在位置上存在部分交叉重合。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于所述传感器串中各所述超声波传感器在采集控制模块的控制下保持超声波信号发射与超声波信号接收的起始时刻保持一致。
7.根据权利要求1所述的一种基于二维多次覆盖超声反射波检测方法，其特征在于采用二维多次覆盖反射波数据处理方法将采集到的所有超声波反射信号进行数据处理，方法为：将属于同一个反射点的所有超声波反射信号提取出来组成共反射点超声波反射信号组；将所述共反射点超声波反射信号组中各超声波反射信号因不同发射角度造成的走时差进行校正；待完成走时差校正之后，将所述共反射点超声波反射信号组中各超声波反射信号进行数据叠加构成一道二维反射超声波叠后信号；依此法通过数据处理获得与其余各所述反射点相对应的各道二维反射超声波叠后信号，根据各所述反射点的空间位置将各道所述二维反射超声波叠后信号排列成所述二维反射超声波叠后信号剖面。
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