[实用新型]基于无线传感器网络的混凝土坝弹性波CT测试系统

说明书

技术领域

本实用新型属于水利工程无损检测技术领域，特别涉及一种适用于大体积混凝土坝体无损检测的智能化弹性波CT测试系统。

背景技术

自1971年研制成功第一台医学CT机以来，CT技术已广泛应用于工业、地球物理等领域。近年来弹性波CT技术被引入到混凝土坝安全检测领域中，弹性波CT成像的主要技术要点包括正演和反演两部分。就其成像计算方法而言，基于射线理论的图像重建技术已比较成熟，基于波动方程的图像重建技术也逐步开始应用。但是，与弹性波CT计算方法方面所取得的巨大进步相比，弹性波CT测试技术相对比较滞后，特别是对于像大坝这样的大体积结构，现有CT测试技术的低效率极大制约弹性波CT的发展，所存在的主要问题是：

（1）振源控制不方便。常规的超声波发射振源仅能用于尺寸1～2米以内的小型混凝土构件测试。因混凝土坝体体积很大，在没有高精度、高灵敏度测试系统的情况下，需要非常大的能量才能对坝体产生激励振动信号。当前常规的人工激励振源包括：炸药、电火花振源、超磁致伸缩声波发射振源等。其中，炸药和电火花能量较大，但是现场操作不够方便，而且炸药爆炸或电火花放电作业会对周边环境产生振动、冲击、噪声等次生危害；特别是大坝CT需要进行很多次数据采样，炸药和电火花成本较高，环境不够友好。超磁致伸缩声波发射振源一般仅适于数米以内的声波测试，无法用于数十米、甚至上百米的混凝土坝体CT测试。

（2）测点定位不方便。为了进行大坝CT测试，需要对弹性波的发射点和接收点进行准确定位。但是由于大坝几何形状复杂，例如拱坝是一个复杂的空间曲面结构，在测试现场采用全站仪测量技术进行测点定位费时、费力，而且精度难以保证，极大地制约了弹性波CT数据采集的效率。

（3）现有的弹性波测试系统的主机与传感器之间采用数据线电连接，在进行大坝CT测试时，因坝体尺寸很大，需要很长的连接线，造成现场测试操作不方便，而且数据线过长还降低了数据传输的效率、降低了系统整体可靠性。

（4）从测试方式上来看，由于受现有测试系统数据采集模式的限制，在进行大坝CT测试时，往往是“一发一收”型式，即一个激振点发射弹性波，由一个接收传感器接收。当对大坝进行弹性波覆盖扫描测试时，往往有需要进行数十至数百次收发测试，采取“一发一收”型式必然效率很低。

综上所述，现有的弹性波CT测试系统仅适用于较小体积的构件，而不适于像大坝这样大体积的结构；从现场测点布置定位、测试数据采集方式等方面来看，现有的测试系统均存在操作不方便、效率低等问题，因此亟待开发新的检测系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种新型、智能化的大坝CT测试系统，该测试系统的主要测试任务是：记录若干组发射振源信号及大坝各测点位置上的接收振动信号，记录人工振源点及接收测点的空间坐标位置。在获得这些测试数据后即可计算混凝土坝各空间测点之间的弹性波走时，利用获得的弹性波走时数据开展正反演计算后即可进行坝体的弹性波层析成像。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

提供一种基于无线传感器网络的混凝土坝弹性波CT测试系统，包括人工振源模块，该模块中有一用于产生振动激励信号的力锤，该系统还包括振动信号采集模块和无线传感器模块；

所述振动信号采集模块，包括分别与计算机相连的无线传感器传输组件、信号调理仪和信号采集仪，无线传感器传输组件、信号调理仪和信号采集仪依次连接；

所述无线传感器模块由多个无线传感器网络节点组成，每个无线传感器网络节点均包括：分别与控制单元相连的三分量加速度传感器、GPS一机多天线定位组件和无线传感器传输组件；

该系统还包括设置于人工振源模块或振动信号采集模块中的GPS一机多天线定位组件：如设置于人工振源模块中，则力锤和GPS一机多天线定位组件分别通过信号线与一个无线传感器传输组件相接；如设置于振动信号采集模块中，则该组件直接与计算机相连，且力锤经数据线与信号调理仪连接。

本实用新型中，所述振动信号采集模块和每个无线传感器网络节点，均包括用于向各工作组件供电的电源。

本实用新型中，所述无线传感器网络节点的控制单元是单片机控制单元。

基于前述系统的混凝土坝弹性波CT测试系统，其测试的方法包括以下步骤：

（1）将各无线传感器网络节点、人工振源模块和振动信号采集模块布置在大坝上，无线传感器节点和人工振源模块的位置根据混凝土坝CT测试断面的要求和关注重点确定，振动信号采集模块与人工振源模块处于相邻位置；