[发明专利]混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法

摘要

本发明公开了一种混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法，结合超声波束的传播特性、相控阵技术的动态空间聚焦特性和大体积水工混凝土结构深部病害特征，采用稀疏阵列超声相控探头，依据混凝土坝病害位置的先验信息，通过免疫算法优化设计相控阵元布置，降低探头工艺成本；由数据采集系统激励超声波束，并完成数据采集和存储处理，实现大体积水工混凝土结构病害的现场探测；同时，本发明通过二维灰度图重构方法重建相控阵超声探测图像，据此获得高载信量探测影像，即大体积水工混凝土结构病害的特征信息。

主权项

一种混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，针对混凝土坝病害的先验信息，采用人工免疫算法优化设计具有稀疏特性的二维随机稀疏阵列换能器，即得到稀疏阵列相控阵超声探测阵元的布置形式；步骤2，根据稀疏阵列超声相控阵探测阵元的布置形式，在混凝土坝表面设置相控阵超声探头阵列；步骤3，由计算机控制系统计算出超声阵元的延迟时间，发送至信号变送器；信号变送器产生不同延迟效果的超声波信号，发送至超声探头阵列；超声波通过超声探头阵列在混凝土坝内部传导，采用扇形扫描的方式对混凝土坝进行病害探测；超声波扫描的反馈信号由超声信号采集器采集后传输至计算机控制系统；所述扇形扫描具体为：根据混凝土坝的结构和病害探测的精细度要求，设置u根扫描线，每根扫描线上设置v个采样点，每采集完一根扫描线后进行下一根扫描线的采集，从而获得u×v个采样数据；步骤4，计算机控制系统接收到超声波扫描的反馈信号后，采用{(r,θ),g}的极坐标形式进行数据存储，同时利用二维灰度图像重构方法重建相控阵超声探测灰度图像，从而得到混凝土坝的二维灰度信息图，以判别病害的位置和严重程度；其中，(r,θ)为采样点在扇形扫描中的位置信息，θ为该采样点所在的扫描线与第1根扫描线之间的夹角，r为该采样点和所在扫描线上第1个采样点之间的距离；g为该采样点所采集超声波数据的灰度归一化病害程度。