一种混凝土结构密实度无损检测系统的制作方法

本发明属于混凝土结构无损检测领域，尤其涉及一种混凝土结构密实度无损检测系统。

背景技术：

1、混凝土结构的密实度是评估建筑工程质量与耐久性的关键指标。目前，工程领域常采用超声波等声学无损检测技术对混凝土内部的疏松、空洞等缺陷进行探测。在干燥状态下，声波在遇到富含空气的不密实区域时会产生显著的声速下降与能量衰减，从而实现缺陷的有效识别。 然而在实际工程环境（如地下工程、水工建筑或雨后施工现场）中，混凝土内部的微观孔隙往往被水分充填。由于水在声学特性上表现出比空气更高的声速与声阻抗，当超声波穿透含水率较高的疏松区域时，传播速度会因水分的“硬化效应”而出现虚高。这种物理现象掩盖了混凝土固相骨架的真实疏松状态，极易导致现有检测设备将缺陷区域误判为密实区域。同时，孔隙水还会导致声学信号的严重衰减，使得深层回波微弱。现有检测系统普遍缺乏对内部水分干扰的解耦与主动补偿机制，导致在变湿度工况下的检测结果可靠性大幅降低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种混凝土结构密实度无损检测系统，解决了上述问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种混凝土结构密实度无损检测系统，所述系统内置有密实度无损检测方法，所述方法包括以下步骤：

3、在相同宏观测试路径下，获取被测混凝土结构的单面反射电磁响应特征数据，基于所述电磁响应特征数据建立三相介电反演演化模型，获取出所述混凝土结构的液相充填状态参数；

4、获取所述混凝土结构的初始双面透射声学特征数据，将所述液相充填状态参数输入至带有非线性衰减补偿算子的声波骨架还原模型中，对所述初始双面透射声学特征数据进行孔隙与水机耦合畸变剔除，提取出固相骨架真实声速参量；

5、设定系统目标透射幅值，将所述液相充填状态参数转化为自适应增益权值，并结合实时透射幅值误差建立迭代反馈控制机制，生成具有双重硬件安全限幅的动态激励控制参量，以闭环调控发射端硬件；

6、待所述闭环调控稳定后提取稳态激励控制参量，将所述稳态激励控制参量执行水致衰减补偿解耦，并结合所述固相骨架真实声速参量，输出所述混凝土结构的协同密实度指数。

7、进一步的，所述单面反射电磁响应特征数据具体限定为探地雷达电磁波双向传播时间；所述初始双面透射声学特征数据具体限定为初始超声波脉冲单向传播时间；所述动态激励控制参量具体限定为迭代闭环过程中的实时激励电压；所述稳态激励控制参量具体限定为反馈控制收敛后的稳态激励电压。

8、进一步的，获取所述混凝土结构的液相充填状态参数的具体步骤包括：

9、基于被测混凝土结构的宏观测试路径厚度与探地雷达电磁波双向传播时间，提取出等效电磁波折射特性参数；

10、构建包含混凝土纯固相骨架、孔隙水与孔隙空气的三相介电物理混合映射关系；

11、获取数值格式为十进制小数且取值范围限定于(0, 1)开区间内的已知体积孔隙率参量，结合预设的纯固相介电参数与水介电参数，通过所述三相介电物理混合映射关系从所述等效电磁波折射特性参数中剥离出液相占据孔隙的物理体积分数，生成原始计算饱和度。

12、进一步的，调用极值边界约束算子，对所述原始计算饱和度执行下限为零、上限为一的非负截断与防溢出钳制，输出满足物理真实边界的孔隙水饱和度，以作为所述液相充填状态参数。

13、进一步的，所述提取出固相骨架真实声速参量的具体步骤包括：

14、根据所述宏观测试路径厚度与所述初始超声波脉冲单向传播时间，获取出含水状态下的初始表观声速；

15、构建用于补偿干燥孔隙声速劣化的非线性放大补偿算子，该算子以所述已知体积孔隙率参量作为正向放大基数，并以所述孔隙水饱和度作为自变量，构建随饱和度增加而单调递减的衰减权值，以表征孔隙水充填导致的刚度硬化效应；

16、将所述非线性放大补偿算子与所述初始表观声速进行正向增益映射，还原出数值大于或等于所述初始表观声速的固相骨架真实声速参量，以实现水机耦合畸变的单向物理剥离。

17、进一步的，所述生成具有双重硬件安全限幅的动态激励控制参量的具体步骤包括：

18、在每个迭代控制周期内，获取设定的系统目标透射幅值与接收到的实际透射幅值之间的动态误差项；

19、以所述孔隙水饱和度为自变量构建单调递增的自适应增益函数，将该自适应增益函数与所述动态误差项进行融合计算，生成用于克服水致衰减的控制步长增量。

20、进一步的，将所述控制步长增量与上一迭代周期的激励电压进行累加更新，并调用由发射端硬件允许的最小工作电压和最大安全输出电压构成的双向钳位算子，对累加更新后的电压进行上下边界的绝对限幅保护，输出当前迭代周期的实时激励电压，以作为所述动态激励控制参量。

21、进一步的，所述输出所述混凝土结构的协同密实度指数的具体步骤包括：

22、根据所述系统目标透射幅值与反馈控制收敛后提取的稳态激励电压之间的比例关系，提取出表征微观能量传递效率的基础特征；

23、基于所述已知体积孔隙率参量与所述孔隙水饱和度构建单调递增的纯水吸收补偿因子，将所述纯水吸收补偿因子与所述基础特征进行正向补偿解耦映射，获取剥离水致物理吸能后的纯固相真实透射效率。

24、进一步的，利用混凝土固相骨架的密度与所述固相骨架真实声速参量的平方乘积表征宏观动弹性模量特征，将其与预设的基准无缺陷参考动态弹性模量进行归一化处理，获取宏观刚度衰减比；

25、将所述纯固相真实透射效率与所述宏观刚度衰减比进行多维特征正交融合，经由极限边界约束算子处理后，输出取值范围严格界定于[0, 1]闭区间内的协同密实度指数，该指数的数值越趋近于1表征纯固相骨架越逼近理论绝对密实状态。

26、本发明提供了一种混凝土结构密实度无损检测系统，与现有技术相比具备以下有益效果：

27、1.本发明引入电磁波技术先行反演混凝土的孔隙水饱和度，并利用该水分数据对初始声速进行非线性的衰减补偿。有效剔除了孔隙水带来的“声速虚高”假象，成功还原出混凝土纯固相骨架的真实声速，即使在雨后或地下积水环境中，也能让潜伏的疏松与空洞缺陷无所遁形。

28、2.本发明针对水分吸收声波能量导致看不透、探不深的问题，建立了基于透射误差的迭代反馈控制机制。系统能根据含水量自动且动态地调高发射电压以穿透水致衰减区；同时引入的最小/最大双重工作电压边界钳制技术，彻底避免了极端补偿下电压过载烧毁设备的风险，实现了工业级的运行稳定性。

29、3.本发明摒弃了单一依靠声速或幅值的传统判断方式，将剔除水分物理吸能后的微观透射效率，与反映宏观结构的动弹性模量进行交叉融合。系统最终输出一个被严格界定在0到1闭区间内的“协同密实度指数”，该指数完全不受外部环境湿度干扰，直观地反映了混凝土本身的工程质量，降低了现场人员的读图与分析门槛。

1.一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，所述系统内置有密实度无损检测方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，所述单面反射电磁响应特征数据具体限定为探地雷达电磁波双向传播时间；所述初始双面透射声学特征数据具体限定为初始超声波脉冲单向传播时间；所述动态激励控制参量具体限定为迭代闭环过程中的实时激励电压；所述稳态激励控制参量具体限定为反馈控制收敛后的稳态激励电压。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，获取所述混凝土结构的液相充填状态参数的具体步骤包括：

4.根据权利要求3所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，调用极值边界约束算子，对所述原始计算饱和度执行下限为零、上限为一的非负截断与防溢出钳制，输出满足物理真实边界的孔隙水饱和度，以作为所述液相充填状态参数。

5.根据权利要求4所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，所述提取出固相骨架真实声速参量的具体步骤包括：

6.根据权利要求5所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，所述生成具有双重硬件安全限幅的动态激励控制参量的具体步骤包括：

7.根据权利要求6所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，将所述控制步长增量与上一迭代周期的激励电压进行累加更新，并调用由发射端硬件允许的最小工作电压和最大安全输出电压构成的双向钳位算子，对累加更新后的电压进行上下边界的绝对限幅保护，输出当前迭代周期的实时激励电压，以作为所述动态激励控制参量。

8.根据权利要求7所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，所述输出所述混凝土结构的协同密实度指数的具体步骤包括：

9.根据权利要求8所述的一种混凝土结构密实度无损检测系统，其特征在于，利用混凝土固相骨架的密度与所述固相骨架真实声速参量的平方乘积表征宏观动弹性模量特征，将其与预设的基准无缺陷参考动态弹性模量进行归一化处理，获取宏观刚度衰减比；