一种桥梁预应力管道压浆密实度智能检测系统及方法与流程

本发明属于桥梁检测，具体涉及一种桥梁预应力管道压浆密实度智能检测系统及方法。

背景技术：

1、预应力管道压浆质量是影响桥梁结构安全性和耐久性的关键因素之一。压浆不密实会导致预应力钢绞线锈蚀、预应力损失增大，严重时可能引发桥梁结构安全事故。因此，对预应力管道压浆密实度进行准确检测具有重要意义。

2、目前，预应力管道压浆密实度检测方法主要包括冲击回波法、超声波法、雷达法及射线法等。其中，基于应力波的检测方法因其无损、快速、便捷等优点，在工程中得到了广泛应用。然而，现有检测技术仍存在以下不足：

3、（1）传统检测方法多采用锤击震源或压电陶瓷震源，锤击震源的信号能量和频谱随敲击力度、角度、时间的改变而发生变化，压电陶瓷震源和普通超磁脉冲震源同样存在信号未知且频谱不易控制的难题，导致检测信号的一致性和重复性较差，难以满足高精度检测要求。

4、（2）预应力管道几何空间狭小，且管道一般隐藏在钢筋混凝土结构内部或边缘，应力波信号在传播过程中受到外部混凝土的吸收和散射作用，到达接收端时信号能量大幅衰减，能够提取的有效信号十分微弱，如何从强噪声背景中提取和识别微弱的检测信号是检测面临的重要难题。

5、（3）检测方法单一，难以兼顾检测效率与定位精度：透射波法可对管道整体压浆密实度进行快速评价，但无法准确定位缺陷位置；散射波法可实现缺陷定位，但逐点扫描检测效率较低。上述两种检测方法基于不同的工作原理，尚未形成统一的检测体系，难以实现快速普查与精确定位的统一。

6、（4）利用单通道传感器进行信号接收，可靠性不足，当传感器与梁体接触不良时，采集信号精度差、数据不稳定、易丢失，影响检测结果的可靠性。

7、基于此，亟需研发一种桥梁预应力管道压浆密实度智能检测系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种桥梁预应力管道压浆密实度智能检测系统及方法，通过引入chirp信号作为可控震源，采用透射波法联合散射波法的两步法检测策略，结合四通道同步采集、wi-fi无线数据传输和bp神经网络智能评价，实现了预应力管道压浆密实度的快速定性检测与精确定位检测，有效提高了检测精度和效率。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种桥梁预应力管道压浆密实度智能检测系统，所述系统包括：

4、信号发射单元，用于产生激励信号并将激励信号转换为应力波，激发至预应力管道；

5、信号接收单元，设置于预应力管道处，用于接收透射波信号和散射波信号；

6、无线数据采集单元，与所述信号接收单元连接，用于采集所述信号接收单元接收到的检测信号，并将采集的检测信号通过无线方式发送；

7、数据处理单元，与所述无线数据采集单元通过无线通信方式连接，用于接收检测信号，并对所述检测信号分析处理，进行压浆密实度检测与缺陷定位；

8、辅助连接件，用于完成各单元间的电气连接与信号传输。

9、进一步的，所述信号发射单元为chirp信号发射器，其产生频率随时间逐渐变化的chirp信号，所述chirp信号的频率随时间渐增或渐减。

10、进一步的，所述信号接收单元包括四路单分量加速度检波器。

11、进一步的，所述四路单分量加速度检波器由四个独立的信号接收传感器组成矩形排列。

12、进一步的，所述无线数据采集单元与数据处理单元之间通过wi-fi无线通信方式进行数据传输。

13、进一步的，所述数据处理单元为计算机终端，所述计算机终端内置有信号采集与分析软件。

14、进一步的，所述信号采集与分析软件包括：

15、信号接收模块，用于接收所述无线数据采集单元传输的检测信号；

16、透射波分析模块，用于依据相关检测规范并结合人工神经网络对管道压浆密实度进行定性检测；

17、散射波分析模块，用于结合频移分析和频率色谱图对压浆缺陷进行定位；

18、结果输出模块，用于输出管道压浆密实度检测结果和缺陷位置信息。

19、本发明还提供了一种桥梁预应力管道压浆密实度智能检测方法，其采用上述桥梁预应力管道压浆密实度智能检测系统，具体包括以下步骤：

20、步骤s1、通过信号发射单元产生激励信号，并转换为应力波后激发至预应力管道；

21、步骤s2、通过信号接收单元在预应力管道上接收透射波信号，以及在沿管道走向的测点处接收散射波信号；

22、步骤s3、通过无线数据采集单元采集所述信号接收单元的检测信号，并通过无线通信方式传输至数据处理单元；

23、步骤s4、数据处理单元对接收信号进行分析处理，采用透射波法进行压浆密实度检测，采用散射波法进行缺陷定位。

24、进一步的，步骤s4中，采用透射波法进行压浆密实度检测具体包括：在管道两端分别布置信号发射单元和信号接收单元，一端通过所述信号发射单元激发应力波，另一端通过信号接收单元接收透射波信号，根据接收信号的波速和峰值频率判定管道整体压浆密实度。

25、进一步的，步骤s4中，采用散射波法进行缺陷定位具体包括：在管道端头通过信号发射单元激发应力波，沿管道走向布置多个测点，各测点依次通过信号接收单元接收散射波信号，对每个测点的散射波信号进行频谱分析，提取峰值频率，整合所有测点的峰值频率结果，根据所述峰值频率沿管道走向的突变位置确定缺陷位置。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1.本发明采用透射波法联合散射波法的两步法综合检测策略，可以实现预应力管道压浆缺陷快速定性、定位检测。采用透射波法对预应力孔道压浆密实度整体质量做出快速评定，缩短检测时间；针对压浆密实度达不到要求的预应力孔道，采用散射波法对压浆缺陷进行精确定位，提升检测精度。检测过程灵活高效，检测数据无线传输，适用于各种复杂的检测环境。

28、2.本发明引入具有良好抗干扰和调频调幅能力的chirp信号作为检测震源，克服了传统锤击震源、压电陶瓷震源以及普通超磁脉冲震源信号未知且频谱不易控制的难题。通过变频电路在主控器的控制下产生频率随时间逐渐变化的chirp信号，实现了对检测信号的有效控制，为信号分析处理提供了已知且可控的震源信号，显著提高了检测精度。通过数值模拟与试验验证，chirp信号相比传统锤击信号在散射波法多测点定位检测中具有更好的稳定性和缺陷识别能力，仅需一人即可独立完成触发与接收信号操作，通过各测点峰值频率骤然增减的变化即可有效判断管道压浆是否密实，并精确定位缺陷位置。

29、3.本发明的信号接收单元包括四路单分量加速度检波器，其由四个独立的信号接收传感器组成矩阵排列，分别接入无线数据采集单元的四个采集通道，实现多点同步检测。当一个通道传感器与梁体接触不良时，其他通道仍可正常采集信号，有效解决了单通道传感器采集信号精度差、数据不稳定、易丢失等问题，提高了现场检测的容错能力和数据可靠性。

30、4.通过数值模拟与试验验证发现，随着浆体脱空程度的增加，透射波传播波速增大，信号能量衰减程度减缓，频率向高频发生转移。通过分析接收信号的波速、峰值频率和能量衰减程度，即可初步定性判断预应力管道压浆质量的优劣，适用于大批量管道的快速普查，实际检测数据与abaqus模拟的数据趋势相符合，误差值在合理范围内，验证了透射波法对预应力管道压浆密实度定性检测的有效性。

31、5.通过数值模拟与试验验证发现，管道压浆密实段的峰值频率整体高于压浆不密实段的峰值频率，管道密实程度越高峰值频率整体越高；通过观察各测点峰值频率骤然增减的变化可以有效判断出该管道压浆是否密实，并定位到缺陷具体位置范围。有限元模拟数据与试验梁实测数据趋势一致，峰值频率误差为4.4~6.6%，处于合理范围内，验证了散射波法对预应力管道压浆缺陷定位检测的有效性。