[发明专利]基于声发射传感器阵列的混凝土内部缺陷检测方法

摘要

本发明公开一种基于声发射传感器阵列的混凝土内部缺陷检测方法。它避开常用的超声波法、地质雷达法、X射线法和红外线成像法采用的主动检测方法导致的局限性，利用被动的声发射无损检测技术，通过声发射检测仪依次对混凝土板内部缺陷的声发射信号进行传播速度、波长计算，利用波束形成技术对声发射信号进行方位估计，最后用双六角型声发射阵列对混凝土内部缺陷进行定位。基于声发射检测技术及阵列波束形成技术，整个混凝土内部缺陷定位过程简单快速，定位精度高，可以对大型混泥土结构实现实时动态检测，在结构的诊断、保养和维护方面起到了重要作用。

主权项

1. 基于声发射传感器阵列的混凝土内部缺陷检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：利用声发射检测仪对大型混凝土结构进行健康检测，获取混凝土板内部缺陷的声发射信号，对其进行时频分析，通过时差法来测定混凝土结构内部缺陷声发射信号的传播速度，利用小波变换确定混凝土中声发射信号的频率，通过时差法来测定混凝土结构内部缺陷声发射信号的传播速度，从而可得混凝土结构中声发射信号的波长为：（1）表示声发射信号在混凝土中的传播速度，表示声发射信号在混凝土中的频率，对空间窄带信号来说，阵元间的信号传播时延可以用简单的相移来表示，令一平面波点源窄带信号以球面角入射到基阵，和分别为信号到达的垂直仰角和水平方位角，基阵由个阵元组成，假设各阵元的空间位置为，则，，则阵元间传播时延可以表示为（2）其中是信号在介质中的传播速度，是一个单位向量，表示信号的传播方向，（3）上式中的负号是考虑了的方向，定义波数（wavenumber）为（4）其中是对应于频率的波长，所以有（5）定义：（6）称为阵列的导向向量，平面波和阵列在一个平面内，此时=90°，波数只与角相关，所以又用表示；步骤二：利用波束形成技术对混凝土内部声发射信号进行方位确定（1）设计一个六角形阵列对混凝土结构内部缺陷声发射信号做波束形成，阵列波束形成输出：（7）（2）对信号入射的整个角度空间扫描，利用MVDR自适应波束形成算法构造 MVDR波束形成的加权向量为：（8）得到MVDR波束形成的方位谱：（9）式（7）、（8）和（9）中为加权向量，为入射信号，上标H表示共轭转置，表示阵列输出的协方差矩阵，表示阵列导向向量，表示信号入射阵列的角度，方位谱图中的方位谱峰值对应的方位角值为信号的入射方向；步骤三：利用双六角形声发射阵列对混凝土内部缺陷进行定位布置两个六角声发射传感器阵列，混凝土内部缺陷声发射源位置与两个阵列中心点可组成一个三角形，两阵列间的距离是已知的，两个阵列可分别测得声发射源相对于它们的方向，根据正弦定理可得，混凝土内部缺陷声发射源相对于阵列的距离，结合已得到的方位，即可确定混凝土内部缺陷声发射源的位置，混凝土内部缺陷声源S极坐标表示：（10）为阵列1和阵列2的中心直线距离， S与传感器阵列1的中心连线与的夹角为，S与传感器阵列2的中心连线与的夹角为，此表达式中取阵列2中心为极坐标原点，阵列2中心到阵列1中心方向为极坐标正向。