一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置，在钢筋脉冲涡流检测模型时域解析解的基础上，利用感应电压测量曲线，建立感应电压时域信号测量值与理论计算值之间的最小二乘问题来反演被检钢筋的直径、相对磁导率和电导率。当感应电压的测量曲线和理论计算曲线的相对误差和最小时，即可得到被检钢筋的直径、相对磁导率和电导率，其中反演得到的钢筋直径即为检测结果，从而得到被检钢筋的尺寸规格。本发明专利技术方法和装置无需标准试块进行标定，能对被检钢筋的参数实施更准确的无损检测，消除了钢筋电磁参数对检测结果的影响。消除了钢筋电磁参数对检测结果的影响。消除了钢筋电磁参数对检测结果的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置


[0001]本专利技术属于电磁无损检测
,涉及一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置。

技术介绍

[0002]在建筑领域，钢筋混凝土由于其优秀的耐压强度和抗拉强度而得到广泛应用，混凝土中钢筋的公称直径、位置以及保护层厚度等参数对建筑物的结构稳定性及力学性能有重要影响，因此对钢筋混凝土的参数进行检测和评估，在工程项目验收、老旧建筑物检修等领域非常重要。
[0003]目前在建筑领域中，常用电磁感应法检测混凝土中钢筋的参数，电磁感应法检测钢筋可以采用直流、交流和脉冲等激励方式，在目标区域内产生磁场使钢筋磁化，从而在钢筋内部产生涡流，进而产生二次磁场，通过传感器检测磁场的扰动估算钢筋参数。目前常见的检测设备已经可以对钢筋的位置和保护层厚度进行测量，但由于缺少直接的电磁场理论研究，仍不能准确检测钢筋直径。
[0004]脉冲涡流法是一种非接触的电磁无损检测方法。激励线圈通入脉冲激励电流，产生脉冲强磁场，变化的磁场在钢筋内感应出瞬态涡流场，此涡流场又在检测线圈两端感应出电压信号。通过测量感应电压的衰减过程，来确定钢筋的位置，检测钢筋的直径。脉冲涡流法施加的是脉冲激励，可产生瞬态强磁场，其最大的优势是穿透能力强，对钢筋直径、钢筋外混凝土厚度等参数的变化检测灵敏度更高。且混凝土为非导电和非导磁材料，不会干扰脉冲涡流场的分布和检测信号。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置，首先通过所设计装置利用脉冲涡流连续扫查检测时域感应电压信号确定钢筋的实际位置，然后利用钢筋正上方的感应电压时域信号进行参数反演，从而得到被检钢筋直径。
[0006]一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法，其特征在于：步骤设计为：
[0007]步骤1：确定埋藏钢筋位置
[0008]步骤2：利用钢筋正上方的感应电压时域信号进行参数反演，从而得到被检钢筋直径，具体为：
[0009]首先，将被检钢筋的直径D、相对磁导率μ
r
、电导率σ设为未知参数，待反演的参数向量x为(D,μ
r
,σ)
T
；在被检钢筋上方位置采集得到感应电压测量数据为(t1,u1),(t2,u2),
…
,(t
m
,u
m
)。其中t与u为感应电压时域信号曲线u
m
(t)上的时间点和时间点对应的感应电压，将其与感应电压理论值u(x,t)比较，通过感应电压信号测量值与由感应电压时域表达式得到的理论计算值之间的相对误差平方和最小来反演参数x，建立最小二乘问题：
[0010][0011]记残量百分比函数为：
[0012][0013]并记残量函数向量为：
[0014]r(x)＝(r1(x),r2(x),...,r
m
(x))
T
。
[0015]随后利用迭代算法，求解出最小二问题的最优解x
*
，迭代算法的计算步骤为：
[0016](1)给定初始点(其中D
(1)
＝5～40mm，σ
(1)
＝1～10MS/m),允许误差ε＞0(一般取ε＝10
‑3)，置k＝1。
[0017](2)将第k步的参数向量代入式(1)中，计算出每个时间点t
i
的感应电压理论值u(x
(k)
,t
i
)，然后与感应电压的测量值u
i
作差，计算出残量百分比函数值
[0018][0019]并得到残量函数向量r
(k)
；然后进一步由式(1)计算出感应电压理论曲线对直径D的一阶偏导数
[0020][0021]以及感应电压理论曲线对相对磁导率μ
r
的一阶偏导数
[0022][0023]以及感应电压理论曲线对电导率σ的一阶偏导数
[0024][0025]得到m
×
3的矩阵A
k
＝(a
ij
)
m
×3，j＝1、2、3。
[0026](3)求解方程组
[0027][0028]求得方向向量b
(k)
；
[0029](4)从参数向量x
(k)
出发，沿b
(k)
作一维搜索，求出步长α
k
，使得
[0030][0031]并令
[0032]x
(k+1)
＝x
(k)
+α
k
b
(k)
；
[0033](5)若||x
(k+1)
‑
x
(k)
||≤ε，则停止计算，得到最小二乘问题的最优解否则，置k:＝k+1，返回步骤(2)。
[0034]由上述迭代算法求解出最小二乘问题的最优解后，即得到被检钢筋直径的反演结果相对磁导率的反演结果电导率的反演结果
[0035]本专利技术的优点在于：
[0036]1、本专利技术基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置，能对被检钢筋的参数实施更准确的无损检测。
[0037]本专利技术利用钢筋脉冲涡流检测模型感应电压时域解析解，以及感应电压测量曲线，建立感应电压信号测量值与计算值之间的最小二乘问题，令两者之间的相对误差平方和最小来反演被检钢筋的参数。与以往从检测信号中提取检测特征量的电磁检测方法相比，该方法不只是提取信号曲线上的几个特殊点，而是充分利用了整条感应电压信号曲线上的信息，能更有效地评估脉冲涡流电磁场的整个衰减过程，所以能对被检钢筋的参数实施更准确的涡流检测。
[0038]2、本专利技术基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置，消除了钢筋电磁参数对检测结果的影响。
[0039]钢筋的磁导率与电导率等电磁参数会因生产工艺以及温度、应力等环境因素的影响而发生变化，因此在对钢筋实施电磁检测时，无法准确确定钢筋的磁导率和电导率，从而影响钢筋直径的测量结果。在本专利技术中，将被检钢筋的磁导率和电导率设为未知参数，通过本专利技术中的参数反演方法，来确定每根钢筋、每次检测时磁导率和电导率的取值，从而消除电磁参数变化对检测结果的影响，提高了钢筋直径的检测精度和可靠性。
[0040]3、本专利技术基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法和装置，无需标准试块进行标定。
[0041]老旧建筑物往往缺少钢筋牌号、尺寸等相关信息，无法通过标准钢筋标定其电磁参数，在缺少钢筋先验信息的情况下对钢筋直径进行准确检测的难度较大。本专利技术的方法无需对钢筋进行标定，通过检测线圈两端感应电压信号的参数反演可以同时确定被检钢筋直径和电磁参数，实现了混凝土内埋藏钢筋直径的无损检测，使本方法能够适应更多的应用场景。
附图说明
[0042]图1是埋藏钢筋脉冲涡流电磁无损检测系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法，其特征在于：步骤设计为：步骤1：确定埋藏钢筋位置；步骤2：利用钢筋正上方的感应电压时域信号进行参数反演，从而得到被检钢筋直径，具体为：首先，将被检钢筋的直径D、相对磁导率μ
r
、电导率σ设为未知参数，待反演的参数向量x为(D,μ
r
,σ)
T
；在被检钢筋上方位置采集得到感应电压测量数据为(t1,u1),(t2,u2),
…
,(t
m
,u
m
)，其中t与u为感应电压时域信号曲线u
m
(t)上的时间点和时间点对应的感应电压，将其与感应电压理论值u(x,t)比较，通过感应电压信号测量值与由感应电压时域表达式得到的理论计算值之间的相对误差平方和最小来反演参数x，建立最小二乘问题：记残量百分比函数为：并记残量函数向量为：r(x)＝(r1(x),r2(x),...,r
m
(x))
T
；随后利用迭代算法，求解出最小二问题的最优解x
*
，迭代算法的计算步骤为：(1)给定初始点(其中D
(1)
＝5～40mm，σ
(1)
＝1～10MS/m),允许误差ε＞0(一般取ε＝10
‑3)，置k＝1；(2)将第k步的参数向量代入式(1)中，计算出每个时间点t
i
的感应电压理论值u(x
(k)
,t
i
)，然后与感应电压的测量值u
i
作差，计算出残量百分比函数值并得到残量函数向量r
(k)
；然后进一步由式(1)计算出感应电压理论曲线对直径D的一阶偏导数以及感应电压理论曲线对相对磁导率μ
r
的一阶偏导数以及感应电压理论曲线对电导率σ的一阶偏导数得到m
×
3的矩阵A
k
＝(a
ij
)
m
×3，j＝1、2、3。
(3)求解方程组求得方向向量b
(k)
；(4)从参数向量x
(k)
出发，沿b
(k)
作一维搜索，求出步长α
k
，使得并令x
(k+1)
＝x
(k)
+α
k
b
(k)
；(5)若||x
(k+1)
‑
x
(k)
||≤ε，则停止计算，得到最小二乘问题的最优解否则，置k:＝k+1，返回步骤(2)。由上述迭代算法求解出最小二乘问题的最优解后，即得到被检钢筋直径的反演结果相对磁导率的反演结果电导率的反演结果2.如权利要求1所述一种基于参数反演的钢筋直径脉冲涡流检测方法，其特征在于：步骤1中，利用脉冲涡流连续扫查检测信号确定埋藏钢筋的实际位置，方法为：a、将圆形线圈探头紧贴混凝土外层放置，以线圈探头的半径r为步长，沿着埋藏钢筋垂直方向，朝一个方向进行连续扫查；b、对每一检测点进行脉冲涡流检测信号采集，得到各个检测点的感应电压时域信号；c、对相邻三个检测点的感应电压时域信号进行判断，确定钢筋位置；首先，设时间段t内相邻三个检测点中，中间检测点采集到的感应电压时域信号为u

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴乐，侯费隐，肖春燕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：