【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程无损检测，特别涉及一种基于超声波阵列的混凝土结构成像方法、装置和设备。
技术介绍
1、混凝土是土木工程的基本材料，在长期使用过程中因应力载荷、风水侵蚀、疲劳老化等原因难免产生损伤以至于破坏，对混凝土结构体进行定期检测与评价可有效预防结构失稳破坏，避免经济财产损伤。全聚焦算法作为一种非破坏性超声波图像技术可用于混凝土结构体的检测，其通过模拟超声波在混凝土结构体中的传播过程，利用多个不同角度发射和接收的超声波信号，通过数学计算将这些信号进行合成，得到在混凝土结构体内部任意一点的超声波图像，然后根据该超声波图像来分析混凝土结构体的损伤情况。
2、传统的全聚焦计算方法是基于成像图中网格点进行计算，计算每一个网格点在每一道信号中的幅值大小并叠加作为该点的实际幅值，由于绝大部分时间点与采样时间点并不重合而需要进行插值计算。对于阵列数为m的传感器阵列，采用一道发其余道收的方式采集，将会产生(m-1)×m道信号数据。假设存在n个离散网格点，根据声学互异性减少重复计算后，仍然需要计算约n×(m-1)×m÷2个时间点并进行插值计算，其计算量较大且略显冗余。
技术实现思路
1、基于此，为了解决现有技术中的技术问题，本专利技术提供一种基于超声波阵列的混凝土结构成像方法、装置和设备。
2、本专利技术提供了一种基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，包括：
3、使用超声波阵列采集混凝土结构的超声波时间序列信号aijk，aijk表示超声波阵列中第i个传感器发
4、将超声波时间序列信号aijk中传播时间大于超声波信号从第i个传感器直线传播到第j个传感器所需时间的信号点作为有效信号点；
5、获得超声波时间序列信号aijk中所有有效信号点的传播路径，将所有有效信号点的传播路径进行组合，获得超声波时间序列信号aijk的辐射图；
6、将超声波时间序列信号aijk中各信号点的信号值映射到辐射图并叠加成像，获得混凝土内部缺陷结构的成像结果。
7、进一步地，所述将超声波时间序列信号aijk中传播时间大于超声波信号从第i个传感器直线传播到第j个传感器所需时间的信号点作为有效信号点，具体包括：
8、获得第i个传感器发射、第j个传感器接收到的超声波信号中第k个信号点的传播位置表达公式：
9、
10、其中，xi和xj分别为超声波阵列中第i个传感器和第j个传感器的水平坐标；z是竖直维度坐标，z<0，c为波速；x是聚焦点；
11、将时间点满足下式的信号点作为超声波时间序列信号aijk中的有效信号点：
12、
13、其中，fs为采样频率。
14、进一步地，所述有效信号点的传播路径，是以水平坐标点xi和xj为焦点、时间点k所对应的传播距离c·k/fs为长轴长度的半个椭圆圆周。
15、进一步地，所述将超声波时间序列信号aijk中各信号点的信号值映射到辐射图并叠加成像，具体包括：
16、将超声波时间序列信号aijk中各信号点的信号值映射到基于有效信号点传播路径所构建的椭圆形计算网格点上，再通过二维离散化将椭圆形计算网格中的数值插值到方形统一叠加离散网格点上；
17、在方形统一叠加离散网格点上对所有超声波信号进行叠加操作，获得方形统一叠加离散网格中网格点上的超声波幅值。
18、进一步地，所述超声波时间序列信号aijk的辐射图，是将aijk中每个有效信号点对应的半个椭圆圆周进行组合所得到的。
19、进一步地，所述混凝土内部缺陷结构的成像结果，其成像范围是由所有辐射图中最小辐射图的范围界定，以保证成像区域由所有传感器信号数据叠加而成。
20、进一步地，所述传感器为同类且性能一致的干耦合横波探头，排列成一维线性超声波阵列，以对混凝土进行传感器轴线方向上的b扫检测。
21、本专利技术提供了一种基于超声波阵列的混凝土结构成像装置，包括：
22、数据采集模块，用于使用超声波阵列采集混凝土结构的超声波时间序列信号aijk，aijk表示超声波阵列中第i个传感器发射、第j个传感器接收到的超声波信号中时间点k对应的信号点；
23、信号筛选模块，用于将超声波时间序列信号aijk中传播时间大于超声波信号从第i个传感器直线传播到第j个传感器所需时间的信号点作为有效信号点；
24、辐射图获取模块，用于获得超声波时间序列信号aijk中所有有效信号点的传播路径，将所有有效信号点的传播路径进行组合，获得超声波时间序列信号aijk的辐射图；
25、数据可视化模块，用于将超声波时间序列信号aijk中各信号点的信号值映射到辐射图并叠加成像，获得混凝土内部缺陷结构的成像结果。
26、本专利技术提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述基于超声波阵列的混凝土结构成像方法。
27、本专利技术采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
28、在本专利技术提供的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法中，相对于常规方法对离散网格点进行计算，本专利技术通过对有效信号点的传播路径进行计算，从而减少了计算量，具体而言：选择每道信号内传播时间大于指定范围的有效采样信号点，计算其对应传播路径并进行映射，最后统一离散化到统一的叠加网格点进行叠加即可，在获取混凝土实际传播速度后，因列数为m的传感器阵列的实际距离只有m-1种，每道信号采样频率固定，若满足成像范围的有效信号点信号采样点数量为k，则实际仅需计算k×(m-1)条传播辐射路径即可，减少了成像计算量，提高了全聚焦数据处理效率。
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1.一种基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述将超声波时间序列信号Aijk中传播时间大于超声波信号从第i个传感器直线传播到第，个传感器所需时间的信号点作为有效信号点，具体包括：
3.如权利要求2所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述有效信号点的传播路径，是以水平坐标点xi和xj为焦点、时间点k所对应的传播距离c·k/fs为长轴长度的半个椭圆圆周。
4.如权利要求3所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述将超声波时间序列信号Aijk中各信号点的信号值映射到辐射图并叠加成像，具体包括：
5.如权利要求3所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述超声波时间序列信号Aijk的辐射图，是将Aijk中每个有效信号点对应的半个椭圆圆周进行组合所得到的。
6.如权利要求5所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述混凝土内部缺陷结构的成像结果，其成像范围是由所有辐射图中最小辐射图
7.如权利要求1所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述传感器为同类且性能一致的干耦合横波探头，排列成一维线性超声波阵列，以对混凝土进行传感器轴线方向上的B扫检测。
8.一种基于超声波阵列的混凝土结构成像装置，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1～7任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述将超声波时间序列信号aijk中传播时间大于超声波信号从第i个传感器直线传播到第，个传感器所需时间的信号点作为有效信号点，具体包括：
3.如权利要求2所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述有效信号点的传播路径，是以水平坐标点xi和xj为焦点、时间点k所对应的传播距离c·k/fs为长轴长度的半个椭圆圆周。
4.如权利要求3所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述将超声波时间序列信号aijk中各信号点的信号值映射到辐射图并叠加成像，具体包括：
5.如权利要求3所述的基于超声波阵列的混凝土结构成像方法，其特征在于，所述超声波时...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪隆臻，丁蕗匀，查显杰，赵骞，姜义军，刘常鸿，曹军帅，杨黄华，杨正好，宋雷，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司，
类型：发明
国别省市：
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