[发明专利]一种基于水平剪切波的钢筋混凝土结构裂缝深度检测方法及检测装置

权利要求书

1.一种基于水平剪切波的钢筋混凝土结构裂缝深度检测方法，其特征在于，该方法基于一种基于水平剪切波的钢筋混凝土结构裂缝深度检测装置实现，所述装置包括主机(1)、脉冲输出控制(2)、波源发射端(3)、传感器接收端(4)、数据采集芯片(5)、I/O接口(6)、CPU处理器(7)、控制面板(8)、显示屏(9)和数据存储盘(10)；检测装置通过主机(1)集成所有组成部分；脉冲输出控制(2)输出指定的脉冲波到波源发射端(3)，波源发射端(3)与检测混凝土表面耦合接触将脉冲波发射到混凝中，传感器接收端(4)接收得到波源发射端(3)发射的且穿过混凝土裂缝区域的信号，数据采集芯片(5)利用指定采样频率采集传感器接收端(4)接收到的信号，I/O接口(6)将采集到的信号传输给CPU处理器(7)，CPU处理器(7)按照控制面板(8)设定的参数进行计算分析，计算结果传递给显示屏(9)并在数据存储盘(10)中保存；

所述的方法具体包含如下步骤：

步骤一：获取水平剪切波的绝对幅值信息

令u(t)为从裂缝一侧的波源发射后经过裂缝端衍射在裂缝另一侧被传感器记录到的实信号，v(t)为它的Hilbert变换，在信号处理中，称之为实信号的投影；Hilbert变换定义为：

Hilbert变换的作用相当于在没有改变原信号的振幅和频率的情况下，将其相位平移了这样将实信号及其投影写成实部加上虚部的复合函数形式：

Y(t)＝u(t)+i·v(t)

根据欧拉公式e^iθ(t)＝cosθ(t)+i·sinθ(t)，Y(t)写成：

Y(t)＝|A(t)|e^iθ(t)

其中，|A(t)|为实信号幅值；因此，对于任一个波动信号，得到它所对应的振幅：

步骤二：提取波走时并建立波走时和传感器距离的关系

从波的振幅中提取波走时，也就是波动信号开始出现非零的点对应的传播时间T，并利用不同距离x₁,x₂,…,x_n的n个传感器获得不同传播路径的初至波走时T₁,T₂,…,T_n,建立波走时和传感器距离的关系x-T；

步骤三：获取水平剪切波在混凝土中的传播速度

在混凝土无裂缝的完好区域获取板底反射波走时和传感器距离的关系x-T，根据x-T关系获得水平剪切波在混凝土中的传播速度：

式中，H为完好区域板厚，x_i为传感器距离，ΔT_i为第i个传感器记录到板底反射后的反射波走时；

再将所有传感器获得的波速估计值取平均作为水平剪切波在被检测混凝土中传播速度的最优估计值：

步骤四：结合裂缝端衍射后的衍射波走时和裂缝深度的函数关系计算出裂缝深度

根据第i个传感器记录到的衍射波走时和裂缝深度的关系可计算出裂缝深度：

式中，V为水平剪切波在被检测混凝土中传播速度的最优估计值，T_i为第i个传感器记录到裂缝端衍射后的初至波走时，x_i为第i个传感器距离波源的水平距离；再将所有传感器获得的深度估计值取平均作为裂缝深度的最优估计值：