[发明专利]一种基于声纹特征的智能钢筋套筒灌浆缺陷检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种基于声纹特征的智能钢筋套筒灌浆缺陷检测方法。

背景技术

装配式混凝土结构建筑是将主要构件在工厂预制成型，到施工现场进行组装，再通过少量现浇作业将构件连成一体而建成的工业化建筑。钢筋套筒灌浆连接是该结构中受力钢筋的重要连接方法，连接接头由带肋钢筋、套筒和灌浆料三部分所组成。其连接原理是：带肋钢筋插入套筒，向套筒内灌注无收缩或微膨胀的水泥基灌浆料，充满套筒与钢筋之间的间隙，灌浆料硬化后与钢筋的横肋和套筒内壁凹槽或凸肋紧密啮合，即实现两根钢筋连接后所受外力能够有效传递。

在工程实践中，灌注的浆料从下部孔灌入、上部孔洞流出即为灌浆完成，但实际上由于现场影响因素比较多，套筒内部情况比较复杂，灌浆饱满度难以把握。目前还没有一种有效的检测方法，对钢筋连接套筒灌浆质量进行检测。因为灌浆质量直接影响着结构的安全性，因此，有必要开展钢筋套筒灌浆无损检测技术与智能仪器开发，建立相关钢筋套筒灌浆质量等级和检测标准。

声纹是指钢筋套筒灌浆缺陷声纹，它是在预制混凝土结构侧面灌浆套筒位置激发定向声波，该声波在混凝土中传播，并与灌浆套筒结构发生反射、散射等作用，然后在激发位置附近用声波仪记录下作用后的声波，并转化为数字信号，进行声波频谱分析，就得到该检测位置钢筋套筒的灌浆声纹。如果套筒灌浆质量不同，其套筒灌浆声纹就不同。因此，就能够通过套筒灌浆缺陷声纹来判别灌浆质量。

传统的声纹处理方法是对所检测到的时域信号进行傅里叶变换，得到其频谱。傅里叶变换的局限性是它是一种全局变换，得到的是信号的整体频谱，因而无法表述信号的时频局部特性。对于特定已知结构尺寸的套筒灌浆结构，其灌浆缺陷声纹有两个特征：一是相对于结构边界反射，其信号强度要小得多；二是可根据所检测实际结构尺寸预先较为准确的得到其注浆缺陷反射波达到的时间。如果用传统的傅里叶变换处理，灌浆缺陷声纹被边界反射声纹掩盖，将难以识别出灌浆缺陷声纹，这样也就难以准确判断灌浆质量。

套筒灌浆缺陷反射和散射信号是典型的非平稳信号，如果用一种具有时频局部特性的频谱变换方法，根据灌浆缺陷声纹的上述两个特性，就能够大幅度提高其识别能力。分数阶傅里叶变换是一种统一的时频变换，同时反映了信号在时域、频域的信息，与常用二次型时频分布不同的是它用单一变量来表示时频信息，且没有交叉项困扰。

目前，对钢筋套筒灌浆检测的研究主要有冲击回波法和传统的超声波法，这两种方法存在精度不高，需要人工经验判断，检测方式为人工手锤激发等缺点，难以满足现场实际应用。另外，还有用工业X射线进行钢筋套筒灌浆检测的研究，这种方法虽然精度较高，但X射线设备不适合现场使用且对检测人员存在一定安全风险。

由于上述钢筋套筒灌浆检测方法存在种种问题，因此研究一种检测精度高、能够通过计算机自动判断的钢筋套筒灌浆智能无损检测技术具有迫切需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供了一种基于声纹特征的智能钢筋套筒灌浆缺陷检测方法，其步骤合理，把模拟与模型研究得到的钢筋套筒缺陷声纹数据库作为标准，实际检测信号经过分数阶傅里叶变换分解处理，去除表面干扰波，结果准确度高；同时节省了检测分析时间，提高了检测效率。

本发明的技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于声纹特征的智能钢筋套筒灌浆缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1，建立钢筋套筒灌浆结构有限元模型，对典型钢筋套筒灌浆缺陷进行模拟，测试最优定频声波在对应结构的响应，得到钢筋套筒灌装缺陷的声波特征；

S2，制作钢筋套筒灌浆结构模型，对典型钢筋套筒灌浆缺陷进行测试，使用稀土超磁致换能器激发最优定频声波，并通过声波接收传感器采集典型套筒灌浆缺陷对应的钢筋套筒的响应信号，对比模拟结果与测试结果的差异；

S3，根据实际测试结果修正模拟结果，并利用线性插值法计算未模拟的钢筋套筒灌浆缺陷对应的声波特征，建立钢筋套筒灌浆缺陷声纹特征数据库，将该数据库集成在测试仪器中，作为缺陷检测判断标准；

S4，使用稀土超磁致伸缩换能器激发最优定频声波，测试仪器通过声波接收传感器采集钢筋套筒结构的响应信号，通过分数阶傅里叶变换对响应信号进行分析处理；

S5，将实际测试获得的缺陷声波特征与套筒灌浆缺陷声纹特征数据库中的数据自动比对，确定实际钢筋套筒灌浆缺陷。

进一步地，步骤S1中，典型钢筋套筒灌浆缺陷模拟包括以下步骤：