[发明专利]一种水下桥墩体内损伤检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其是涉及一种水下桥墩体内损伤检测方法。

背景技术

一般的建筑物处于地面环境，常用的无损检测技术便可以对建筑物进行探伤。但随着我国水利建设的不断发展，水下建筑物越来越多，尤其是水下桥墩，长期处于水中，不仅承受高速流水的冲刷，在各种载荷或地应力等作用下，除了会产生体外损伤以外，内部结构也会发生异常变化，存在许多安全隐患。由于水下桥墩所处环境特殊，光线弱、压强大等原因致使传统的检测技术难以检测。

以往采用人工探摸、目视观察的方法，只能发现明显的表面损伤。由于水下能见度低，潜水员通过手摸无法检测狭小和内部缺陷，而且潜水员的经验或判断能力都会对结果产生影响，更重要是人身存在安全风险；采用水下电视、水下摄像甚至水下机器人的方法，成本高，工作时间长，同样难以发现内部损伤，且在检测前一般需要清理被检物表面，当水体较为浑浊或水流过大时，检测结果也不理想；还有水下磁粉检测技术或电磁场检测技术等，对测试条件要求苛刻，具有局限性，比如磁粉检测需要清理被测物表面，直至表露金属光泽，但桥墩表面基本是混凝土结构，不符合检测条件。而现有的声呐检测方法，大多只能探测体表缺陷，却无法检测出内部情况，安全隐患依然存在。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种水下桥墩体内损伤检测方法及系统。该检测方法利用超声波技术，对水下桥墩进行全方位扫描，检测无盲区，三维成像结果准确清晰；检测系统搭建简单，环境适应性强，更具有探知桥墩内部损伤情况的独到之处。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：

本发明是将环形超声换能器阵列装载在桥墩上，通过PC机控制环形阵列中换能器对水下桥墩某截面进行扫描，以获取收发点之间的时延数据，依据傅里叶中心切片定理，通过算法对扫描截面进行成像显示，以判断损伤情况，具体是：

通过信号发生器发射超声波信号，经过功率放大器，信号被放大后驱动发射换能器工作，同时信号发生器的同步信号接到数据采集卡的一个通道，PC机存储其整个波形；接收换能器获取信号后经前置放大器滤波放大处理，再接至数据采集卡的另一通道，PC机同样存储其整个波形，该波形携带了桥墩的特征信息。计算上述两波形之间的时间差，可得投影数据。

将获得的投影数据进行一维傅里叶变换，得到频域上的信号；依据傅里叶中心切片定理，反变换得到原始图像；对原始图像的灰度图像求解质心，从而确定缺陷位置；

完成某一截面的扫描成像后，以同样的方式可以扫描下一个截面，进而对水下桥墩体进行三维成像，内部结构清晰可见，从而判断桥墩体内结构损伤情况。

所述的投影数据采用以下方式获取：

发射信号为一个正弦填充脉冲信号，将其波谷作为计算投影数据的起点；接收信号受声波的散射影响较大，其第一个波谷才是起振信号的波谷。取噪声段信号的最大波谷值作为阈值，接收信号的第一个波谷点通过PC机检测并标记出来，投影数据则为两个波谷之间的时间差值。

本发明的有益效果在于：

1.该方法检测水下桥墩体，无盲区，结合设计的数据处理方法，形成三维成像结果，水下桥墩的内部结构情况一目了然，这是传统检测手段只能探测体表损伤所不及的；

2.采用环形阵列扫描方法，不仅携带方便、易于组装，而且通过循环式一发多收的全方位扫描，测试效率高、精度高；

3.成像过程耗时短，可以快速实时地显示桥墩体内结构，察觉是否存在缺陷；

4.检测系统不易受水质浑浊、能见度低、水流等条件限制，应用广泛，抗干扰性强；

5.测得数据可实时通过设计的算法进行成像输出，对损伤定位、定量分析；并且数据可以长期保存，有利于后期的复核查证；

6.采用超声波作为发射信号，成本低、对人体安全无害。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统示意图；

图2是本发明中环形超声换能器阵列结构示意图；

图中：2-1、紧固处；2-2、水下桥墩；2-3、水下桥墩内部损伤；2-4、超声换能器；

图3是本发明中阵列“一发多收”循环式扫描示意图；

图中：1～ｎ表示超声换能器，当序号1换能器发射信号时，余下换能器接收信号，按逆时针旋转方式，换作序号2发射，余下换能器接收，以此类推；

图4是本发明中发射信号至接收信号的时延获取方法示意图；