[发明专利]基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损检测方法及巡检系统

权利要求书

1.基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取隧道衬砌的薄弱环节探测信息，进而确定疑似裂损区域；

S2：向疑似裂损区域发送振动声波激励，获取疑似裂损区域的振动声波信号；

S3：对疑似裂损区域的振动声波信号进行降噪处理和频域分析，生成待检声波变化曲线；

S4：将待检声波变化曲线与预设的各种裂损工况对应的声波变化对比曲线进行匹配，并根据匹配结果判断对应疑似裂损区域是否存在裂损区域。

2.如权利要求1所述的基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S5：向存在裂损区域的疑似裂损区域发送超声波检测信号，检测裂损区域的裂损工况。

3.如权利要求1所述的基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损检测方法，其特征在于：步骤S3中，通过如下步骤对振动声波信号进行降噪处理：

S301：定义振动声波信号为x(i,j)＝m(i,j)+n(i,j)；其中，m(i,j)为原始无噪信号，n(i,j)为环境噪声；

S302：选取小波基函数对振动声波信号x(i,j)＝m(i,j)+n(i,j)进行小波变换，得到对应的小波系数W_x＝W_m+W_n；其中，W_x为振动声波信号小波变换后的系数；W_m为原始无噪信号小波变换后的系数；W_n为环境噪声小波变换后的系数；

其中，小波基函数

式中：F(w)表示小波基函数；f(t)表示信号；WT表示小波变换；t表示时间；a表示尺度；τ表示平移量；ψ(t)为母小波；

S303：通过预设的阈值处理小波系数，实现环境噪声和原始无噪信号的分离，得到去噪后的小波系数

式中：λ表示阈值；表示是经过阈值处理之后的小波系数；W_x表示振动声波信号小波变换后的系数；

S304：为母小波增加容许条件约束，若满足容许条件，则小波变换存在着逆变换；然后通过容许条件结合去噪后的小波系数进行恢复，得到如下的去噪信号f(t)；

其中，容许条件约束

式中：是母小波ψ(t)的傅氏变换；W表示小波系数；ω表示频率。

4.如权利要求1所述的基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损检测方法，其特征在于：预先制作各种混凝土强度的混凝土试块；然后在各种环境温度条件下对各种混凝土强度的混凝土试块进行各种裂损工况下的振动声波激励，并获取对应的声波变化曲线作为对应裂损工况的声波变化对比曲线；最后建立环境温度和混凝土强度与声波变化对比曲线的关联，以生成预设的各种裂损工况对应的声波变化对比曲线；

步骤S4中，首先根据隧道衬砌的混凝土强度和所处的环境温度获取对应的声波变化对比曲线；然后将待检声波变化曲线与获取的声波变化对比曲线进行匹配；最后根据匹配结果判断疑似裂损区域是否存在裂损区域。

5.如权利要求2所述的基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损检测方法，其特征在于：步骤S5中，通过超声波检测信号从发射点绕过裂缝到达测点的时长和从发射点直接到达测点的时长，结合如下公式计算裂损区域的裂缝深度作为其裂损工况；

式中：h表示裂缝深度；l表示超声波检测信号的发射点与测点之间的距离；t表示超声波检测信号从发射点绕过裂缝到达测点的时长；t₀表示超声波检测信号从发射点直接到达测点的时长。

6.基于声波变化匹配的隧道衬砌裂损巡检系统，其特征在于，包括：

巡检轨道，沿着隧道的通行方向设置于隧道衬砌表面；

巡感机器人，滑动设置于巡检轨道上，能够在巡检轨道上沿着隧道的通行方向移动；

裂损检测模块，搭载于巡感机器人上，用于通过权利要求1中的隧道衬砌裂损检测方法对隧道衬砌进行裂损检测。