混凝土裂縫精確定位方法
【技術領域】
[0001]本發明屬混凝土監測技術領域，具體的說是一種混凝土裂縫精確定位方法。
【背景技術】
[0002]隨著施工技術的不斷進步和新型材料的使用，巨型工程、超高層等重大工程已廣泛進入人們的視線。伴隨而來的安全性問題也愈發嚴重，如何對重大工程進行實時、在線監測，及早發現安全隱患，為采取有效措施盡可能多的爭取時間，已成為當今工程界的重點及難點問題。混凝土作為土木工程應用最為廣泛的建筑材料，對其進行深入研究，建立混凝土-損傷一體化模型，對進行工程實時、在線監測具有重要的價值。混凝土結構在使用過程中出現裂縫是一個普遍現象，裂縫擴展到一定的寬度，就會引起滲水、鋼筋銹蝕等問題，直接破壞混凝土結構的整體性和安全性，嚴重影響工程的使用，以致不得不采取補救措施，費時費力，耗資巨大。及時捕捉檢測到混凝土結構的裂縫，必能有效地提高安全監測系統的預警作用。
[0003]聲發射是材料應變能量快速釋放而產生的瞬時彈性波。這種彈性波承載著豐富的材料損傷過程中的聲源信息，利用聲發射傳感器可以將其接收。通過儀器檢測、記錄和分析AE信號，并反演聲聲發射源信息的技術稱之為聲發射技術。作為一種動態無損檢測技術，其可長期、連續地監視缺陷的安全性和超限報警，對于結構損傷分析研究和獲取材料內部開裂信息是一種行之有效的方法，其中通過AE源定位技術獲得的關于材料內部損傷時空分布的源定位信息被稱為最有價值的信息。聲發射信號處理能夠了解聲發射源的位置、性質和嚴重程度。在相關工程應用方面，精確定位結構中缺陷的位置并評估其危險程度，進而采取措施進行補救，也是無損檢測的主要功能與最終目的。基于聲發射技術的裂縫定位方法可分為兩大類，即區域定位法和定點定位法(也稱為時差定位法)。區域定位法所確定的聲源位置僅表示為一區域，具有一定的不確定性。定點法是通過處理三個或三個以上的聲發射傳感器采集到信號的到達時間測量數據來對未知聲發射源位置進行定位，是一種重要的無源定位方法，可分為線性定位、平面定位及三維定位。該方法是首先要估計出聲發射源到達各陣元傳感器的相對時間差，再通過時間差計算出各傳感器到聲發射源的距離差，最后由幾何算法或搜索確定具體聲發射源的位置，定位結果受聲速影響顯著。由于到達時間差的測量具有絕對性，沒有模糊性，所需信道數量少，時差測向定位適應的工作頻帶寬，定位精度高，這項技術對各向同性材料在保持高精度測向定位的同時不會產生相位模糊。目前混凝土裂縫定位監測手段主要是外貼聲發射傳感器于混凝土構件表面，存在著傳感器與混凝土界面的粘接、耦合問題，傳感精度會大幅度降低，進而導致裂紋定位不準確。同時，混凝土是典型的各項異性材料，聲波在傳播的過程中存在著衰減、反射、畸變。而由實驗測得的聲速并非定值，聲速對定位結果影響顯著。實際應用中，通過可探測到聲發射信號，卻難以找到聲發射源的確切位置。如何提高裂縫的定位精度，最大程度降低漏定位和偽定位，是聲發射定位與評定中的一個重要問題。
【發明內容】
[0004]本發明針對上述不足，為實現對裂縫的精確定位，本發明提供一種混凝土裂縫精確定位方法。與現有定位技術相比，本發明采用埋入式聲發射傳感器對混凝土的裂縫進行監測。因為傳感器埋入混凝土中，受混凝土包裹，能夠接收各個方向的聲波，并且信號幅值大，首波明顯，減少聲速對定位結果的影響，繼而達到精確定位的目的。該方法是將聲發射傳感器經環氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土結構中，聲發射傳感器通過同軸電纜與聲發射監測設備相連，所用聲發射監測設備為美國物理聲學公司的PC1-2系統。用斷鉛信號模擬混凝土開裂，用PC1-2的三維定位功能對裂縫進行定位。經過監測后，模擬裂縫監測試驗的結果與使用相同靈敏度傳感器外貼于同一試件表面的模擬裂縫監測結果相比，對定位數據進行分析，埋入式聲發射傳感器監測結果中，絕對坐標誤差減小38.3%，平均標準差減小51.3%，埋入式聲發射傳感器定位準確性更高，離散性小，極大提高了聲源的定位精度。
[0005]本發明提供了一種應用與混凝土結構健康監測的精確定位技術，操作簡單，結構合理，使用方便，對進行混凝土試驗研究具有重要的意義。
[0006]本發明對混凝土裂縫定位精確，最大程度降低漏定位和偽定位。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明聲發射傳感器在混凝土的中布置及與聲發射監測設備的連接示意圖；
圖2是本發明監測時的斷鉛測點示意圖；
圖3是試驗中的埋入式聲發射三維定位結果；
圖4是試驗中的外置式聲發射三維定位結果。
[0008]圖中，1、埋入式聲發射傳感器，2、混凝土，3、同軸屏蔽電纜，4、聲發射監測設備。
【具體實施方式】
[0009]下面通過具體實施例對本發明進行進一步的闡述，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發明，并不對具體內容進行限定。
[0010]參照附圖，一種混凝土裂縫精確定位方法，該方法是將聲發射傳感器經環氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土結構中，聲發射傳感器通過同軸屏蔽電纜與聲發射監測設備相連。聲發射監測設備用于記錄和分析聲發射源信息。依據接收到的聲發射信號來定位具體聲發射源(裂縫)的位置，同時觀察其發展變化趨勢。所用聲發射監測設備為美國物理聲學公司的PC1-2系統。所說的聲發射傳感器I的個數為四個，選取基點0，以基點O為準分別確定四個聲發射傳感器I的具體坐標位置，并布置于混凝土 2中，四個聲發射傳感器I分別通過同軸屏蔽電纜3引出，至聲發射監測設備4，用于接收聲發射信號，聲發射監測設備用于記錄和分析聲發射源信息。本發明中，聲發射傳感器的布置是關鍵。目前，在工程領域應用主要的聲發射傳感器的布置方式是將其外貼與混凝土表面，存在著傳感器與混凝土界面的粘接、耦合問題，傳感精度會大幅度降低，進而導致裂紋定位不準確。同時，混凝土是典型的各項異性材料，聲波在傳播的過程中存在著衰減、反射、畸變。而由實驗測得的聲速并非定值，聲速對定位結果影響顯著。實際應用中，通過可探測到聲發射信號，卻難以找到聲發射源的確切位置。本發明中采用埋入式聲發射傳感器。將聲發射傳感器作為一個大骨料埋在混凝土結構中，因為傳感器埋入混凝土中，受混凝土包裹，能夠接收各個方向的聲波，并且信號幅值大，首波明顯，減少聲速對定位結果的影響，繼而達到精確定位的目的。
[0011]該混凝土裂縫精確定位方法的使用方法是:將聲發射傳感器依具體情況埋入建筑時的混凝土中。監測時，傳感器接收混凝土因開裂等引起的聲發射信號，通過屏蔽線接聲發射監測裝置，依據接收到的聲發射信號來定位具體聲發射源(裂縫)的位置，同時觀察其發展變化趨勢。
[0012]下面以試驗室實施例對本發明的工作原理加以說明。
[0013]本試驗為混凝土試件上聲發射信號三維定位實驗，通過斷鉛來模擬聲發射信號。本試驗研究的主要內容是利用埋入式聲發射傳感器來定位監測斷鉛模擬聲發射源的具體位置及聲源信息，探討埋入式聲發射傳感器三維定位對提高定位精度的有效性。試驗設計如下:首先，將本發明的傳感器分別置于混凝土中制成模塊，混凝土試件尺寸為500mm500mm400mm,與聲發射監測系統相連，在聲發射系統中建立傳感器監測矩陣，以設定O點為基點，本實驗中埋入式各傳感器坐標具體如下，1# (400, 300, 20),2# (480，100,400)、3# (100, 300, 480),4# (20,100,100)。設置好相關聲發射參數，在試件上確定預斷鉛點，如圖2所示，每個點上斷鉛10次，形成斷鉛模擬聲發射信號定位結果三維圖。同時對同批次、同質量外置式傳感器進行相同的斷鉛模擬聲發射信號源定位試驗，埋入式及外置式傳感器條件下的定位監測結果如圖3、圖4所示。對于埋入式聲發射傳感器，其混凝土斷鉛模擬聲發射源3D定位結果比較接近真實情況，與真值離散性較小，很好的實現了混凝土聲發射精確定位。而同批次，相同靈敏度的外置式聲發射傳感器3D定位試驗結果與真實情況相比離散性較大，混凝土聲發射定位結果不是很精確，定位結果投影離散性較大。定位結果統計分析顯示，與外貼傳感器監測結果相較，埋入式聲發射傳感器監測結果中，絕對坐標誤差減小38.3%，平均標準差減小51.3%。埋入式聲發射傳感器定位準確性更高，離散性小，極大提高了聲源的定位精度。
【主權項】
1.一種混凝土裂縫精確定位方法，其特征在于:該方法是將聲發射傳感器(I)經環氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土(2)結構中，聲發射傳感器(I)通過同軸屏蔽電纜(3)與聲發射監測設備(4)相連，聲發射監測設備(4)用于記錄和分析聲發射源信息，依據接收到的聲發射信號來定位具體聲發射源(裂縫)的位置，同時觀察其發展變化趨勢。
2.按照權利要求1所述的混凝土裂縫精確定位方法，其特征在于:所述的聲發射傳感器(I)的個數為四個，選取基點O，以基點O為準分別確定四個聲發射傳感器(I)的具體坐標位置，并布置于混凝土(2)中，四個聲發射傳感器(I)分別通過同軸屏蔽電纜(3)引出，至聲發射監測設備(4)，用于接收聲發射信號，聲發射監測設備用于記錄和分析聲發射源信肩、ο
【專利摘要】<b>本發明涉及</b>一種混凝土裂縫精確定位方法，該方法是將聲發射傳感器（1）經環氧樹脂封裝進行防水處理后，作為一個大骨料埋在混凝土（2）結構中，聲發射傳感器（1）通過同軸屏蔽電纜（3）與聲發射監測設備（4）相連，聲發射監測設備（4）用于記錄和分析聲發射源信息，依據接收到的聲發射信號來定位具體聲發射源（裂縫）的位置，同時觀察其發展變化趨勢；所述的聲發射傳感器（1）的個數為四個，選取基點0，以基點O為準分別確定四個聲發射傳感器（1）的具體坐標位置，并布置于混凝土（2）中，四個聲發射傳感器（1）分別通過同軸屏蔽電纜（3）引出，至聲發射監測設備（4），本發明對混凝土裂縫定位精確，最大程度降低漏定位和偽定位。
【IPC分類】G01N29-14
【公開號】CN104569159
【申請號】CN201310481241
【發明人】秦磊, 劉昱清, 任宏偉, 董必欽, 刑鎽, 秦琪, 侍月華, 華正曉, 王恩榮
【申請人】濟南大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月15日