混凝土结构内部异常超声成像技术研究

论文摘要

超声检测方法具有穿透能力强,检测设备简单,操作方便,检测成本低廉等优点,在工程上已经得到广泛应用,尤其在混凝土大坝、桥梁、道路和房屋等大体积混凝土质量检测中应用更广。超声成像技术在现代工业无损检测中具有重要地位,已成为定量检测的重要手段。本文旨在进行混凝土结构内部异常的超声成像技术研究,致力于提高这项技术的成像分辨率,使其更加可靠、实用。在分析超声成像理论的基础上,应用合成孔径技术(SAFT)的一般原理,从多个方面进行了混凝土结构超声成像技术的研究,总结出了一些能够有效提高成像分辨率的方法,文中主要研究工作内容有以下几个方面:(1)对本文的研究背景和研究方向进行概述,通过比较各种成像方法,确定了本文的研究方向;(2)根据合成孔径聚焦技术思想编写了SAFT成像算法,为了解决低频检测信号在聚焦时出现的波包变形问题和减少成像算法的运算量,引入波包分解技术(WDT),对SAFT成像算法进行改进,能够有效的解决上述问题,并采用数值仿真验证了成像算法的使用效果;(3)应用成像算法进行了水浸探测成像实验,通过所建立的超声探测系统对三种超声激励信号的检测效果进行了研究;(4)针对超声传感器的窄带频响特性,提出了一种数字补偿滤波方法。通过建立传感器系统模型求得数字补偿滤波器,对探测信号进行矫正和恢复,可以有效提高图像的时空分辨率;(5)根据探测要求建立了混凝土超声探测系统,并浇铸了几块混凝土试件供实验系统做实际混凝土探测实验;在实验中,提出了一整套对检测信号进行预处理的方案,能够有效抑制和消除实际B扫描探测信号中的各种噪声和一些干扰信号,从而改善信噪比,提高成像分辨率;(6)最后应用上述的各种方法对各混凝土试件进行成像显示,对成像结果逐个进行了分析和解释。通过对成像结果的对比,可以看出改进的SAFT成像算法的实际使用效果最佳,经过使用本文研究的检测数据处理方法后,能够有效提高成像分辨率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 混凝土无损检测方法
• 1.2.1 机械波检测技术
• 1.2.2 电磁波检测技术
• 1.2.3 光波和红外检测技术
• 1.2.4 电磁场检测技术
• 1.3 超声检测与成像技术
• 1.3.1 超声检测技术
• 1.3.2 超声成像技术
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 合成孔径超声成像算法研究
• 2.1 合成孔径超声成像
• 2.2 合成孔径算法原理
• 2.2.1 检测分辨率
• 2.2.2 合成孔径聚焦原理
• 2.2.3 波包变形分析
• 2.3 波包分解技术
• 2.3.1 波包分解原理
• 2.3.2 改进SAFT 方法
• 2.4 仿真实验
• 2.4.1 单点反射仿真
• 2.4.2 数值仿真
• 2.5 本章小结
• 第三章 超声激励脉冲信号研究
• 3.1 引言
• 3.2 冲击脉冲信号研究
• 3.2.1 冲击脉冲信号
• 3.2.2 数值仿真研究
• 3.2.3 水浸探测试验研究
• 3.3 余弦调制脉冲信号研究
• 3.3.1 余弦调制信号
• 3.3.2 数值仿真研究
• 3.3.3 水浸试验研究
• 3.4 调频脉冲信号研究
• 3.4.1 匹配滤波和脉冲压缩
• 3.4.2 水浸探测试验研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 超声传感器频响特性补偿
• 4.1 超声传感器及其频响特性
• 4.2 数字补偿滤波原理
• 4.2.1 离散转移函数求解
• 4.2.2 系统补偿滤波
• 4.3 传感器频响补偿实验
• 4.3.1 检测系统建立
• 4.3.2 探测系统的LTI 性实验验证
• 4.3.3 超声传感器系统建模
• 4.3.4 补偿模型的实验效果验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 混凝土探测实验研究
• 5.1 实验准备工作
• 5.1.1 实验系统开发
• 5.1.2 混凝土试件
• 5.1.3 传感器夹具
• 5.2 信号预处理方法
• 5.2.1 A 扫描波形修正
• 5.2.2 B 扫描信号处理
• 5.3 实验探测与结果分析
• 5.3.1 混凝土频散的影响
• 5.3.2 阶梯试件探测结果
• 5.3.3 单目标试件探测结果
• 5.3.4 多目标试件探测结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文