[发明专利]消减冲击弹性波激振残留信号以识别反射波信号的方法

说明书

技术领域

本发明属于波动传输与信号数值分析领域，特别涉及消减冲击弹性波激振残留信号以识别反射波信号的方法。 

背景技术

桩基础是工程结构中常用的基础类型，约占全部工程结构基础的70％以上。由于它是地下隐蔽结构物，在施工过程中极易出现各类缺陷，故对桩基础进行全面质量监督检验就显得十分必要。其中，低应变动力检测，是比较有效的方法，是上世纪7、80年代由美、日等国发展起来的一种新兴的检测方法，简称“PIT”法。当桩顶受到一冲击力后，激励产生的应力以波动形式在桩身中向下传播，遇到端面或缺陷面等波阻抗差异面后，发生反射波信号。将反对波信号用到检测中，通过检测分析反射波的特性(特别是反射波信号的初至时刻)来分析桩身中缺陷的有、无、缺陷的位置以及核算桩长或材质，从而达到检查桩身质量的目的。该方法由于采用的是弹性波的反射信号，为了与其他方法(如“跨孔法”)区别，在此称之为“反射波法”。 

从理论上讲，反射波法不仅可以用来测桩，还可以测试其他柱状结构物，如高速公路护栏立柱、各类锚杆等。然而，除了现场浇筑的实心桩测试结果较为理想以外，该方法对其他各类桩(特别是中空的如钢管桩、离心预制桩等)、柱的测试效果均不理想。其主要原因在于，反射信号能量较低而且容易受到各种噪声的影响。其中，激励发射信号时的残留信号(自由振动)是非常重要的影响因素之一(附图-1)，在中空桩、柱中更为突出。振幅大，持续时间长的残留振动信号不仅降低了信噪比，而且严重地影响到反射信号的识别，以至无法进行有效的测试。因此，为了正确的识别和利用反射信号进行测量，就必需消减激振残留信号。 

通常，传统的抑制残留振动的方法是采用以下两种作法： 

1)提高激振信号的角频率ω 

该方法一方面可以抑制残留振动，另一方面有利于提高分辨率。然而，该方法存在以下两个缺点： 

(a)在沿对象体(桩、柱、锚杆等)传播过程中衰减较快，当对象体较长，周围土体材料坚硬时信号的衰减大，反射信号弱并难以捕捉。因此，过高的频率不利于反射波法的检测； 

(b)为了产生具有一定能量的高频信号，在激振时往往需要冲击锤体具有一定的冲击力，因而在与测试对象体的碰撞过程中会产生较大的碰撞声响。碰撞声的持续时间往往较长，反过来又会影响测试信号，形成新的噪声源。特别是当对象体是中空柱时，碰撞声很可能在空腔中产生共鸣，从而有所放大，严重地影响测试精度。 

2)提高衰减比h(阻尼)； 

采用提高衰减比h(阻尼)的方法是比较有效的。但是，衰减比h是对象材料及结构的固有特性，难以通过外界方法加以改变。因此，在弹性波反射波法的检测中，提高衰减比h的方法难以实行。 

综上所述，在“PIT法”测试中，采用通常的抑制残留振动的方法如提高激振信号的角频率ω或提高阻尼的方法都难以取得明显的效果，因此，这些作法是不适宜采取的。 

为此，本发明提出一套数值计算的方法，比上述的两种方法都有进步性和可行性，它能够有效地消减弹性波激励后的残留信号。本发明可以提高测试信号的信噪比，有利于识别和提取反射波信号，从而大大提高测试精度。 

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，针对现有的利用传统反射波法测量桩或柱状结构物时，由于残留信号的存在而产生如下弊端： 

1)降低了测试信号的信噪比；2)影响到对反射信号的识别；3)难以精确 地确定反射波信号的初至时刻。从而严重影响其测试精度和可靠性。 

为了克服这些弊端，提高测试的有效性，就需要研究出对残留信号加以抑制的方法。本发明就是提供对冲击弹性波激励残留信号的抑制，从而可精确地识别反射波信号初至时刻的方法，抽出有效的反射波信息，以实现有效利用。 

本发明的目的是提供一种消减冲击弹性波激振残留信号以识别反射波信号的方法，在描述本发明所采用的技术方案之前，先说明本方案所基于的理论基础，概述本发明：是通过对冲击弹性波激励残留信号的回归，进而从测试信号中消减相应的激振残留信号的影响。同时，利用激励信号与反射信号之间的相似性，结合相关分析的手段，可增强对反射信号的识别能力并确定反射波信号初至时刻，从而提高检测精度。描述中三个基本问题为： 

1)残留信号影响的消除 

冲击弹性波激励残留信号的振动分析力学模型如附图1所示。附图2所示为冲击弹性波激励残留信号的振动波形。当外界给系统一个初始冲击力后，则系统会产生自由衰减振动，其运动微分方程式可以表示为式-1：