[发明专利]石质文物裂隙的原位、无损检测方法

说明书

本发明提供一种石质文物裂隙的原位、无损检测方法，包括将待检测石质文物划分网格；测量纵波在发射网格和接收网格间的传播时间t和直线距离x，作t‑x图；在几何图中分别用直线将发射网格发射面的中心点与两个接收网格接收面的中心点连接，在几何图中得到多个相交的区域，连接由两条或多条边界线相交构成的交点，该连线即为裂隙。本发明提供一种适用于检测石质文物裂隙长度和倾斜角度的方法，用以解决现有的石质文物裂隙检测困难的问题，由作图即可确定裂纹的长度和倾斜角度，操作方便，应用广泛，无污染。

技术领域

本发明涉及石质文物的检测领域，尤其涉及一种石质文物裂隙的原位、无损检测方法，用于检测石质文物内部裂隙的长度和倾斜角度。

背景技术

我国是一个拥有几千年文明历史的文明古国，在我国众多的石质文物保护中，检测出石质文物的裂隙深度和倾斜的角度，对分析石质文物的物理和力学性质、判断石质文物劣化程度和制定保护对策起着基础性的作用，对科学地保护石质文物具有重要意义。

由于石质文物的不可再生性和珍贵性，对石质文物的裂隙检测要求不能对文物产生破坏，即检测应该是无损的。当前，针对文物裂隙深度和倾斜角度的无损检测主要有CT扫描和X射线探伤等方法。CT扫描和X射线探伤方法可以精确地得到裂隙的深度，分布和形态等特征，但是受限于X射线对石质文物等高密度材料的穿透能力，通常只能检测小于十几、二十厘米尺寸级别的物体。另外，CT扫描和X射线探伤辐射较大，危害检测人员的身心健康，并且CT一般不能在原位对石质文物进行检测。CT扫描和X射线探伤的方法检测尺度有限、检测仪器昂贵且有放射性，难以实现广泛的运用。

得益于超声波技术对被检测物体无损伤，对检测人员安全和检测设备可移动等特点，目前基于超声波的技术已经广泛用于石质文物的检测和评价。然而，目前基于超声波的检测方法大多用于对石质文物的风化程度进行定性或半定量地分类，比如，国家文物局发布的《WW/T 0063-2015石质文物保护工程勘察规范》建议以超声波速来评价石质文物的风化程度。马涛等人于2002年在《文物保护与考古科学》发表了《乾陵石刻内部裂隙的超声波探测研究》论文提出了网格法和层析法；然而，该方法只能根据由超声波通过裂隙岩的时间和通过同样长度无裂隙岩的时间的比值建立的“表面法”公式对裂隙深度进行估算，该方法能够估计内部裂隙发育区域，但是准确度有一定局限，难以对裂隙的长度和倾斜角度进行准确检测；同时该方法对被检测物体的几何形状有要求，一般被检测剖面需要为圆形，椭圆形，正方形，或长方形。马宏林等2015年在《文博文保科技》发表《超声波速分析及首波幅度分析方法在石质文物裂隙检测中的应用》，根据波速分析和首波幅度估计裂隙位置；这种分析方法依赖主观经验，只能得到裂隙大致分布。张中俭等于2014年在《工程勘察》发表的《基于超声波法的石质文物表面裂隙深度测量》的论文，提出了通过测量纵波波速计算出垂直于文物表面裂隙深度，或者通过测量纵波波速和三维扫描相结合计算出斜交于文物表面的裂隙深度。然而，该方法有如下不足：(1)在实际运用中每次测量裂隙均需要求解繁琐的三角方程组，(2)需要假定裂隙的倾斜角度为90°，或者用罗盘测量或三维激光扫描仪测点计算倾斜角度后，通过纵波波速的数据来计算石质文物表面裂隙的深度，(3)该方法不能测量文物内部的裂隙和孔洞的深度或倾斜方向，(4)该方法需要假定石质文物的纵波波速值为一个定值，然而由于石质文物岩石材料的不均一性质，不同部位石质文物的纵波波速是不相同的，即不是一个定值。

还有学者提出利用横波方法检测裂隙特征，然而目前横波换能器昂贵、横波耦合剂对石质文物有污染，同时横波的测试条件要求较高，比如需要给予被测对象一定的压力以达到较好的耦合效果。另外，横波的滤波和读数过程由于受纵波反射波等叠加影响，确定横波的首波比较困难，甚至不同检测人员会得出不同的结果。所以，横波方法不适合石质文物裂隙特征的检测。

因此，亟需发明一种石质文物裂隙的原位、无损检测方法，能够安全、方便、广泛地测量石质文物内部和表面的裂隙长度及倾斜角度。

发明内容