專利名稱：一種混凝土表面微小裂縫的定位方法
技術領域：
本發明涉及一種混凝土構件表面微小裂縫的定位方法，對于構件尺度在10米量級的范圍內，可以定位的微小裂縫寬度達到10微米。
背景技術：
混凝土裂縫的萌生和擴展一般發生在結構表面，體現為表面材料出現局部的不連續性。通過微小裂縫的精確定位，可以找到混凝土結構的裂縫源，進而可以采用各種辦法阻止其擴展，防止危害的進一步發展。目前對于混凝土結構裂縫定位的方法非常有限，最常見的方法是利用超聲波探測技術，利用超聲波的傳輸特性定位裂縫的深度和寬度。這種方法測量精度有限，難以識別小裂紋，更不能自動去識別裂縫存在的區域。理論上也可以通過讀數顯微鏡去定位肉眼無法識別的微小裂縫，但是如果不知道裂縫產生的大體位置，這種方法操作起來是非常困難的，尤其是對于大體積混凝土結構基本不能實現。經研究發現，存在表面裂縫和不存在表面裂縫的混凝土結構，在受到外部荷載(未達到破壞水平)作用時，其應變場會呈現出顯著區別沒有裂縫的混凝土結構，其表面應變場是連續的，并且應變量水平不高；對于存在表面裂縫的混凝土結構，其裂縫所在的局部區域，會因為裂縫在外部荷載作用下的張開(或閉合)，而產生非常大的虛擬應變。因此，通過對應變場的分析處理可以實現對表面裂縫的定位。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中傳統混凝土裂縫定位方法精度有限、難以識別小裂紋、不能大范圍內多條裂縫定位，更不能自動去識別裂縫存在的區域等缺陷，提供一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，采用現代光測力學技術并結合相關計算技術來實現大范圍混凝土表面微小裂縫的精確定位，對于構件尺度在10米量級的范圍內，可以定位的微小裂縫寬度達到10微米。本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案 一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，包括以下步驟
步驟A 對待測混凝土樣品進行表面處理，去除非結構附著物，使得待測混凝土樣品的表面簡單平整；
步驟B 在測試現場布置照明系統；
步驟C 通過圖像采集系統采集待測混凝土樣品表面參考圖像； 步驟D 采用加載裝置對待測混凝土樣品施加平行于其表面的、不小于混凝土材料破壞強度10%的載荷，并且保持到步驟E完成；
步驟E 通過圖像采集系統采集施加載荷后的混凝土樣品表面目標圖像； 步驟F 對步驟C采集到的混凝土樣品表面參考圖像、步驟E采集到的混凝土樣品目標圖像發送到圖像處理系統進行相關性分析，獲得目標圖像中的各子區域相對于參考圖像的位移；步驟G 根據步驟F得到的目標圖像中各子區域的相對位移，用局部最小二乘方法分別計算出目標圖像中各子區域的局部應變值，局部應變值超過800-1200微應變的區域，即為微小裂縫的位置。 進一步地，本發明的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，步驟F所述相關性分析的方法如下
步驟101，通過以下公式分別計算目標圖像中某個子區域與參考圖像中所有子區域的相關系數
權利要求
1.一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟A 對待測混凝土樣品進行表面處理，去除非結構附著物，使得待測混凝土樣品的表面簡單平整；步驟B 在測試現場布置照明系統；步驟C 通過圖像采集系統采集待測混凝土樣品表面參考圖像；步驟D 采用加載裝置對待測混凝土樣品施加平行于其表面的、不小于混凝土材料破壞強度10%的載荷，并且保持到步驟E完成；步驟E 通過圖像采集系統采集施加載荷后的混凝土樣品表面目標圖像；步驟F 對步驟C采集到的混凝土樣品表面參考圖像、步驟E采集到的混凝土樣品目標圖像發送到圖像處理系統進行相關性分析，獲得目標圖像中的各子區域相對于參考圖像的位移；步驟G 根據步驟F得到的目標圖像中各子區域的相對位移，用局部最小二乘方法分別計算出目標圖像中各子區域的局部應變值，局部應變值超過800-1200微應變的區域，即為微小裂縫的位置。
2.根據權利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，其特征在于步驟F 所述相關性分析的方法如下步驟101，通過以下公式分別計算目標圖像中某個子區域與參考圖像中所有子區域的相關系數C:其中f為相關系數；/Gt J)為參考圖上坐標為(Λ·，y)點的灰度；為參考圖子區域的平均灰度；為目標圖上坐標為O*’，J*)點的灰度；i為目標圖子區域的平均灰度；步驟102，在步驟101得到的相關系數中，將與目標圖像中該子區域的相關系數的最大值所對應的參考圖像的子區域進行匹配；步驟103，重復步驟101-102，對變形前后兩幅圖像計算區域內的所有子區域進行相關匹配，獲得這些子區域在變形前后空間幾何位置的變化，然后采用相關系數的三次曲面擬合法得到目標圖像中各子區域相對于參考圖像的位移。
3.根據權利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，其特征在于若待測混凝土樣品表面近似平面，所述圖像采集系統為一臺分辨率大于500萬像素的C⑶相機；若待測混凝土樣品表面不為近似平面，圖像采集系統為兩臺分辨率大于500萬像素的CCD相機，在采集參考圖像、目標圖像時，將兩臺CCD相機采集的圖像通過視覺圖像算法獲得三維曲面圖像，進而依次作為參考圖像、目標圖像。 全文摘要
本發明公開了一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，基于數字圖像相關技術，通過對混凝土結構在一定載荷作用下變形前后的兩幅表面圖像進行相關匹配，獲得表面全場各點變形前后的空間位置，其空間位置的變化即為位移場，通過位移場的擬合優化以及曲面微分處理就可以得到精確的應變場分布。計算機自動識別該應變場分布的特征，判斷奇異區域，從而判斷裂縫所在位置。本發明公開的方法可以識別出混凝土表面微小裂縫的位置，對于三維最大尺寸為10米范圍的樣品，通過一次測量，就可以識別出所有寬度大于10微米的小裂縫，并且具有與樣品非接觸、對樣品無損傷等優點。
文檔編號G01N21/88GK102305795SQ20111021449
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者喬丕忠, 張云發, 薛榮軍, 雷冬 申請人:河海大學