本发明专利技术公开一种基于特征量提取的钢筋位置和直径脉冲涡流检测方法，将线圈探头连续扫查时的感应电压时域信号进行存储，采集感应电压时域信号形成感应电压测量曲线。然后将采集到的某一位置的感应电压时域信号与前一位置的感应电压时域信号作差，寻找电压差值最大时刻t0，将该位置及其前后位置的感应电压t0时刻的电压幅值作为检测特征量，最后比较电压幅值，若该位置的电压幅值大于其前后位置的电压幅值，则认为该位置位于检测钢筋上方，从而确定钢筋位置，并将感应电压时域信号绘制于半对数坐标系下，通过提取检测信号后期段直线段的斜率和截距作为检测特征量，来确定混凝土内埋藏钢筋的直径。藏钢筋的直径。藏钢筋的直径。
【技术实现步骤摘要】
一种基于特征量提取的钢筋位置和直径脉冲涡流检测方法
[0001]本专利技术属于电磁无损检测
，涉及一种检测混凝土内埋藏钢筋位置和直径的脉冲涡流检测方法及装置。
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，建筑物的结构稳定性及力学性能受混凝土中钢筋的公称直径、位置、数量以及保护层厚度影响，在评估施工质量、预测建筑物寿命等方面非常重要，因此需要对钢筋混凝土的参数进行检测和评估。
[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、正弦交流、脉冲信号等激励方式，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，仍不能准确测量钢筋直径。
[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信号特征量提取的钢筋位置和直径脉冲涡流检测方法，可准确无损的对混凝土内埋藏的钢筋进行定位和直径进行检测。
[0006]本专利技术基于信号特征量提取的钢筋位置和直径脉冲涡流检测方法，具体步骤如下：
[0007]步骤一：标准钢筋电导率标定
[0008](1)将线圈探头置于标准钢筋正上方，对标准钢筋实施脉冲涡流检测，采集得到的标准钢筋感应电压时域信号u0(t)。
[0009]所述线圈探头为环形跑道形，直道长度约等于2倍的弯道半径；线圈探头的长道方向中轴向沿标准钢筋轴线方向放置，使线圈探头偏心距离为0，并使线圈探头底面与标准钢筋表面的距离保持为实际混凝土层厚度h。
[0010](2)将标准钢筋感应电压时域信号u0(t)绘制在半对数坐标系中，得到感应电压测量曲线。
[0011](3)利用直线方程y＝k0x+a0对步骤(2)中得到的感应电压测量曲线上位于0.5
×
τ之后的曲线段，进行最小二乘法拟合，得到感应电压拟合直线；τ为特征衰减时间。
[0012](4)提取出感应电压拟合直线段的斜率k0和截距a0作为标准钢筋的检测特征量(k0,a0)；
[0013]其中，感应电压拟合直线的斜率k0与标准钢筋的电磁参数和直径之间的关系为：
[0014][0015]式(1)中，e为自然对数的底，取值为2.72；μ为标准钢筋的磁导率，取值为4π
×
10
‑7H/m，π取值为3.14；σ为标准钢筋的电导率，单位为S/m；d0为标准钢筋的直径，单位为m；C0为一固定常数；
[0016]上述感应电压拟合直线的截距a0与标准钢筋的电磁参数和直径之间的关系为：
[0017][0018]式(2)中，I0为脉冲激励电流的幅值，单位为A；C
p
为线圈探头系数。
[0019](5)联立式(1)和式(2)，依据检测特征量(k0,a0)解析出标准钢筋的电导率：
[0020][0021]步骤二：确定待检测钢筋位置
[0022]1)以跑道型线圈探头的半径r为步长设置检测点，由线圈探头在混凝土外层沿埋藏钢筋垂直方向，朝一个方向进行连续脉冲涡流扫查。
[0023]2)对每一检测点实施脉冲涡流检测，得到各个检测点处的感应电压时域信号。
[0024]3)设时间段t内相邻三个监测点中，中间监测点采集到的感应电压时域信号为u
m
(t)，前一检测点感应电压时域信号为u
m
‑1(t)，后一检测点感应电压时域信号为u
m+1
(t)。绘制感应电压的差值曲线u
m
(t)
‑
u
m
‑1(t)，并确定差值曲线的峰值时刻t0；随后分别提取相邻三个检测点的感应电压时域信号在t0时刻的电压幅值为V
m
‑1、V
m
和V
m+1
,作为对应的信号特征量。
[0025]4)如果信号特征量同时满足V
m
>V
m
‑1和V
m
>V
m+1
，则说明中间检测点位于被检钢筋正上方，然后实施步骤三，利用信号特征量确定被检钢筋的直径；否则，更换扫查位置，继续执行步骤二，在混凝土外实施连续脉冲涡流扫查检测。
[0026]步骤三：被检钢筋直径检测
[0027]采用信号特征量C＝(k
j
,a
j
)来确定被检钢筋的直径变化，具体步骤如下：
[0028]a、：当线圈探头位于第j根被检钢筋上方时，检测线圈两端感应电压时域信号u
j
(t)，绘制在半对数坐标系中，得到第j根被检钢筋的感应电压测量曲线。
[0029]b、：利用直线方程y＝k
j
x+a
j
对第j根被检钢筋感应电压测量曲线的后半段进行最小二乘法拟合，从被检钢筋检测信号中提取出感应电压直线段的斜率k
j
和截距a
j
。
[0030]k
j
为第j根被检钢筋感应电压拟合直线的斜率，且
[0031][0032]a
j
为第j根被检钢筋感应电压拟合直线的截距，且
[0033][0034]c、联立式(4)和式(5)，可依据检测特征量(k
j
,a
j
)解析出第j根被检钢筋的直径：
[0035][0036]代入式(3)所示标定的钢筋电导率，计算出第j根被检钢筋的直径：
[0037][0038]本专利技术优点在于：
[0039]1、本专利技术基于信号特征量提取的钢筋位置和直径脉冲涡流检测方法，实现混凝土内埋藏钢筋的直径的准确无损检测，穿透能力更强；且根据各信号特征量与被检钢筋电磁参数、直径之间的定量关系，利用信号特征量可准确解析出被检钢筋的电导率、直径等参数。
[0040]2、本专利技术基于信号特征量提取的钢筋位置和直径脉冲涡流检测方法，将混凝土内埋藏的被检钢筋脉冲涡流检测的感应电压时域信号绘制于半对数坐标系下，提取检测信号直线段的斜率和截距作为检测特征量。检测信号在半对数坐标系下直线段的特征明显，容易判断，特征量的提取易于操作；提取过程只须对信号曲线进行简单的直线拟合，信号处理速度快，能加快混凝土内埋藏钢筋脉冲涡流连续扫查的检测速度。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于特征量提取的钢筋位置和直径脉冲涡流检测方法，其特征在于：步骤为：步骤一：标准钢筋电导率标定(1)将线圈探头置于标准钢筋正上方，对标准钢筋实施脉冲涡流检测，采集得到的标准钢筋感应电压时域信号u0(t)；所述线圈探头为环形跑道形，直道长度约等于2倍的弯道半径；线圈探头的长道方向中轴向沿标准钢筋轴线方向放置，使线圈探头偏心距离为0，并使线圈探头底面与标准钢筋表面的距离保持为实际混凝土层厚度h；(2)将标准钢筋感应电压时域信号u0(t)绘制在半对数坐标系中，得到感应电压测量曲线；(3)利用直线方程y＝k0x+a0对步骤(2)中得到的感应电压测量曲线上位于0.5
×
τ之后的曲线段，进行最小二乘法拟合，得到感应电压拟合直线；τ为特征衰减时间；(4)提取出感应电压拟合直线段的斜率k0和截距a0作为标准钢筋的检测特征量(k0,a0)；其中，感应电压拟合直线的斜率k0与标准钢筋的电磁参数和直径之间的关系为：式(1)中，e为自然对数的底，取值为2.72；μ为标准钢筋的磁导率，取值为4π
×
10
‑7H/m，π取值为3.14；σ为标准钢筋的电导率，单位为S/m；d0为标准钢筋的直径，单位为m；C0为一固定常数；上述感应电压拟合直线的截距a0与标准钢筋的电磁参数和直径之间的关系为：式(2)中，I0为脉冲激励电流的幅值，单位为A；C
p
为线圈探头系数。(5)联立式(1)和式(2)，依据检测特征量(k0,a0)解析出标准钢筋的电导率：步骤二：确定待检测钢筋位置1)以跑道型线圈探头的半径r为步长设置检测点，由线圈探头在混凝土外层沿埋藏钢筋垂直方向，朝一个方向进行连续脉冲涡流扫查；2)对每一检测点实施脉冲涡流检测，得到各个检测点处的感应电压时域信号；3)设时间段t内相邻三个监测点中，中间监测点采集到的感应电压时域信号为u
m
(t)，前一检测点感应电压时域信号为u
m
‑1(t)，后一检测点感应电压时域信号为u
m+1
(t)。绘制感应电压的差值曲线u
m
(t)
‑
u
m
‑1(t)，并确定差值曲线的峰值时刻t0；随后分别提取相邻三个检测点的感应电压时域信号在t0时刻的电压幅值为V
m
‑1、V
m
和V
m+1
,作为对应的信号特征量；4)如...
【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：
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