一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法，包括：激振装置、声波信号采集装置和芯片；声波信号采集装置用于：当激振装置对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，采集待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；声波信号采集装置还用于：对第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至芯片；芯片用于：根据第二声波信号，得到待测二次衬砌表面的脱空检测结果。本实施例的技术方案采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本实施例的技术方案采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及隧道衬砌检测领域，尤其是涉及一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法。

技术介绍

[0002]隧道二次衬砌结构作为支护和安全储备，常存在厚度不足、脱空、不密实等缺陷，其中二次衬砌脱空在各类病害中占有的比重最大。目前，无损检测技术已经越来越多的应用于新建隧道的衬砌质量检测和运营隧道的正常维护。无损检测不会对隧道衬砌结构产生破坏，利用基于声、光、电和磁等原理，就可以检查衬砌结构表面和内部的病害情况。根据TB 10223
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2004《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》可知，当中提出了地质雷达法和声波法可用于检测衬砌质量。但地质雷达在检测隧道二次衬砌脱空时，往往会因为二次衬砌结构中钢筋网架对雷达发出的超声波产生屏蔽的影响，造成检测结果不准，影响对脱空的判断。由于敲击法(声波法)检测不受二次衬砌结构中钢筋屏蔽带来的干扰，因此本专利技术采用声波法对二次衬砌脱空进行检测判定。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种隧道二次衬砌脱空检测系统及方法。
[0004]本专利技术的一种隧道二次衬砌脱空检测系统的技术方案如下：
[0005]包括：激振装置、声波信号采集装置和芯片；
[0006]所述声波信号采集装置用于：当所述激振装置对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；
[0007]所述声波信号采集装置还用于：对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至所述芯片；
[0008]所述芯片用于：根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
[0009]本专利技术的一种隧道二次衬砌脱空检测系统的有益效果如下：
[0010]本专利技术的系统采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本专利技术的系统采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。
[0011]在上述方案的基础上，本专利技术的一种隧道二次衬砌脱空检测系统还可以做如下改进。
[0012]进一步，所述激振装置包括：轨道检测车和冲击筒；
[0013]所述声波信号采集装置用于设置在所述轨道检测车上，所述冲击筒设置在所述轨道检测车的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
[0014]进一步，所述声波信号采集装置为：拾音器。
[0015]进一步，所述芯片具体用于：
[0016]对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；
[0017]采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；
[0018]根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；其中，所述预设检测算法为：α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65
×
F1)，C2＝T2(1+1.65
×
F2)，)，F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，F
m
为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，F
R
为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，F
E
为E的离散系数。
[0019]进一步，所述芯片还用于：
[0020]对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；
[0021]对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；
[0022]根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。
[0023]本专利技术的一种隧道二次衬砌脱空检测方法的技术方案如下：
[0024]当激振装置对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，声波信号采集装置采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；
[0025]所述声波信号采集装置对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至芯片；
[0026]所述芯片根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。
[0027]本专利技术的一种隧道二次衬砌脱空检测方法的有益效果如下：
[0028]本专利技术的方法采取硬件和软件配合，其中计算机承担了主要数据处理与计算，成本偏低且可移植性强。本专利技术的方法采取自动化设计，无需人工搭建支撑架进行高空作业，在降低了人工成本及工作量的情况下，还提高了对于隧道二次衬砌脱空检测的安全性。
[0029]在上述方案的基础上，本专利技术的一种隧道二次衬砌脱空检测方法还可以做如下改进。
[0030]进一步，所述激振装置包括：轨道检测车和冲击筒；
[0031]所述声波信号采集装置设置在所述轨道检测车上，所述冲击筒设置在所述轨道检测车的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。
[0032]进一步，所述声波信号采集装置为：拾音器。
[0033]进一步，所述芯片根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果，包括：
[0034]所述芯片对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；
[0035]所述芯片采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；
[0036]所述芯片根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；其中，所述预设检测算法为：α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65
×
F1)，C2＝T2(1+1.65
×
F2)，)，F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，F
m
为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，F
R
为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，F
E
为E的离散系数。
[0037]进一步，还包括：
[0038]所述芯片对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；
[0039]所述芯片对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；
[0040]所述芯片根据所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，包括：激振装置(110)、声波信号采集装置(120)和芯片(130)；所述声波信号采集装置(120)用于：当所述激振装置(110)对隧道的待测二次衬砌表面进行激振时，采集所述待测二次衬砌表面所产生的第一声波信号；所述声波信号采集装置(120)还用于：对所述第一声波信号进行模数转换，得到并将第二声波信号发送至所述芯片(130)；所述芯片(130)用于：根据所述第二声波信号，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果。2.根据权利要求1所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述激振装置(110)包括：轨道检测车(111)和冲击筒(112)；所述声波信号采集装置(120)设置在所述轨道检测车(111)上，所述冲击筒(112)设置在所述轨道检测车(111)的前端，用于对所述待测二次衬砌表面进行激振。3.根据权利要求1所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述声波信号采集装置(120)为：拾音器。4.根据权利要求1所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述芯片(130)具体用于：对所述第二声波信号进行傅里叶变换及小波分析，得到目标声波信号；采用预设检测算法，对所述目标声波信号对应的频谱图进行计算，得到所述待测二次衬砌表面的目标脱空指数；根据所述目标脱空指数的数值大小，得到所述待测二次衬砌表面的脱空检测结果；其中，所述预设检测算法为：α为所述目标脱空指数，T1卓越周期，T2为重心周期，C1为所述卓越周期对应的第一脱空阈值，C2为所述重心周期对应的第二脱空阈值，C1＝T1(1+1.65
×
F1)，C2＝T2(1+1.65
×
F2)，)，F1为所述卓越周期的离散系数，F2为所述重心周期的离散系数，m为所述待测二次衬砌表面的衬砌结构质量，F
m
为m的离散系数，R为所述激振装置(110)的前端曲率半径，F
R
为R的离散系数，V0为所述激振装置(110)的激振速度，为V0的离散系数，E为所述隧道的衬砌结构的动弹性模量，F
E
为E的离散系数。5.根据权利要求4所述的一种隧道二次衬砌脱空检测系统，其特征在于，所述芯片(130)还用于：对所有的第一训练声波信号进行预处理，得到多个第二训练声波信号；对每个第二训练声波信号对应的时域图分别进行傅里叶变换及小波分析，得到并对所述每个第二训练声波信号对应的频域图的特征值进行提取，得到所有的训练特征值；根据所有的训练特征值进行训练，得到所述预设检测算法。6.一种隧道二次衬砌脱空检测方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏克敏，卢永雄，杜功志，聂传杰，秦沛强，胡晨茜，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：