一种弹性波雷达检测装置及方法

1.本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种弹性波雷达检测装置及方法。


背景技术：

2.目前，利用弹性波检测结构脱空主要采用的是敲击法，但是敲击法并未记录激振本身的信息，因此激振装置、力度以及激振位置等都会导致实际检测时每次接收的弹性波形态各有不同，即接收的振动信号的均质性较差，直接影响检测结果。因此，设计一种弹性波雷达检测装置及方法是十分有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种弹性波雷达检测装置及方法，能够接收激振信息，引入标准入射信号，实现了信号的均一性，提高了检测精度。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种弹性波雷达检测装置，包括：激振装置、第一传感器、第二传感器及控制器，所述激振装置上设置所述第一传感器，所述第二传感器设置在被测对象上，所述第一传感器用于采集激振信息，即入射信号，所述第二传感器用于采集被测对象信息，即振动信号，所述第一传感器及第二传感器均连接所述控制器。
6.可选的，所述激振装置为激振锤，所述激振锤包括手柄及圆弧形锤头，所述手柄固定连接所述圆弧形锤头，所述圆弧形锤头上固定设置所述第一传感器，所述第一传感器的方向与圆弧形锤头接触地面的圆弧面垂直。
7.可选的，所述激振装置为激振杆，所述激振杆包括杆体、连接件及锤头，所述杆体的一端设置有第一螺纹，所述连接件的一端对应所述第一螺纹设置有第一螺孔，通过第一螺纹及第一螺孔将所述连接件固定设置在所述杆体上，所述连接件的另一端设置有第二螺孔，所述锤头的一端对应所述第二螺孔设置有第二螺纹，通过第二螺纹及第二螺孔将所述锤头固定设置在所述连接件上，所述锤头的另一端设置有圆弧面，用于接触所述被测对象，所述第一传感器固定设置在所述杆体或连接件的内部，且所述第一传感器的方向与杆体轴线方向一致。
8.本发明还提供了一种弹性波雷达检测方法，应用于上述的弹性波雷达检测装置，包括如下步骤：
9.步骤1：通过激振装置对被测对象的不同位置进行敲击，得到多次敲击数据，包括入射信号及振动信号；
10.步骤2：对入射信号进行处理，得到标准入射信号；
11.步骤3：将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，根据各自对应的频域复数表示形式及弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式；
12.步骤4：对类似雷达波的振动信号的频域表示形式进行傅里叶逆变换，得到处理后
的振动信号的时域波形。
13.可选的，步骤1中，通过激振装置对被测对象的不同位置进行敲击，得到多次敲击数据，包括入射信号及振动信号，具体为：
14.通过激振杆对被测对象的不同位置进行自由落体敲击，或者通过激振锤对被测对象的不同位置进行直接敲击，通过第一传感器采集入射信号，通过第二传感器采集振动信号，其中，激振装置敲击的位置紧挨第二传感器，且距离不超过被测对象厚度的四分之一。
15.可选的，步骤2中，对入射信号进行处理，得到标准入射信号，具体为：
16.标准入射信号包括第一次激振标准波、平均标准波、最大最小截取标准波及最小最大截取标准波，采集第一次敲击的入射信号波形，将第一次敲击的入射信号波形的起始点及结束点作为幅值为1的标准正弦半波的起始点及初始点，得到第一次激振标准波；采集所有敲击的入射信号波形，将所有敲击的入射信号波形起始点的平均值及结束点的平均值作为幅值为1的标准正弦半波的起始点与结束点，得到平均标准波；将所有敲击的入射信号波形起始点的最大值及结束点的最小值作为幅值为1的标准正弦半波的起始点与结束点，得到最大最小截取标准波；将所有敲击的入射信号波形起始点的最小值及结束点的最大值作为幅值为1的标准正弦半波的起始点与结束点，得到最小最大截取标准波。
17.可选的，步骤3中，将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，根据各自对应的频域复数表示形式及弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式，具体为：
18.将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，分别为：xi(f)、yi(f)及x0(f)，将xi(f)、yi(f)及x0(f)带入弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式为：
[0019][0020]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的弹性波雷达检测装置及方法，该装置设置有第一传感器及第二传感器，能够分别采集入射信号及振动信号，其中，该装置的激振装置设置有两种，可根据需求选用激振锤或激振杆进行检测；该方法包括通过激振装置对被测对象的不同位置进行敲击，得到多次敲击数据，包括入射信号及振动信号，对入射信号进行处理，得到标准入射信号，将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，根据各自对应的频域复数表示形式及弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式，对类似雷达波的振动信号的频域表示形式进行傅里叶逆变换，得到处理后的振动信号的时域波形，将不同位置敲击的振动信号对应处理成类似雷达波的时域波形，而且引入了标准入射信号，能够解决振动信号幅值、起始点不一致的问题，提高了均一性，在具体使用时，只需按敲击顺序排列在同一界面，便可直观地分析被测对象的特性，提高了检测精度。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]
图1为本发明实施例弹性波雷达检测装置使用时结构示意图；
[0023]
图2为激振锤结构示意图；
[0024]
图3为激振杆结构示意图；
[0025]
图4为杆体结构示意图；
[0026]
图5为连接件结构示意图；
[0027]
图6为锤头结构示意图；
[0028]
图7为第一次敲击的入射信号波的波形图；
[0029]
图8为第一次激振标准波的波形图；
[0030]
图9为平均标准波的波形图；
[0031]
图10为最大最小值截取标准波的波形图；
[0032]
图11为最小最大值截取标准波的波形图；
[0033]
图12为振动波形图；
[0034]
图13为引入起始点为100的标准入射信号处理后的波形图；
[0035]
图14为引入起始点为400的标准入射信号处理后的波形图；
[0036]
图15为引入平均标准波处理后的时域波形图；
[0037]
图16为引入平均标准波处理后的雷达灰度图；
[0038]
图17为引入平均标准波处理后的彩色等值线图。
[0039]
附图标记：1、被测对象；2、第二传感器；3、圆弧形锤头；4、第一传感器；5、手柄；6、杆体；7、连接件；8、锤头；9、第二螺纹；10、第一螺纹；11、第一螺孔；12、第二螺孔；13、圆弧面。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
本发明的目的是提供一种弹性波雷达检测装置及方法，能够接收激振信息，引入标准入射信号，实现了信号的均一性，提高了检测精度。
[0042]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0043]
如图1-6所示，本发明实施例提供的弹性波雷达检测装置，包括：激振装置、第一传感器4、第二传感器2及控制器，所述激振装置上设置所述第一传感器4，所述第二传感器2设置在被测对象1上，所述第一传感器4用于采集激振信息，即入射信号，所述第二传感器2用于采集被测对象1信息，即振动信号，所述第一传感器4及第二传感器2均连接所述控制器，通过振动信号及入射信号得到系统响应频谱，引入标准入射信号，最终得到类似雷达波的振动信号。
[0044]
其中，激振装置可采用激振锤进行手动敲击，也可采用激振杆进行自由落体敲击；
[0045]
如图2所示，所述激振锤包括手柄5及圆弧形锤头3，所述手柄5固定连接所述圆弧形锤头3，所述圆弧形锤头3上固定设置所述第一传感器4，所述第一传感器4的方向与圆弧形锤头3接触地面的圆弧面垂直，其中，圆弧形锤头3可对应第一传感器4开设有螺槽，第一传感器4对应螺槽设置有螺纹，通过螺纹及螺槽将第一传感器4固定设置在圆弧形锤头3上，相应的，手柄5与圆弧形锤头3也可通过螺纹连接实现固定，也可采用直接焊接；
[0046]
如图3-6所示，所述激振杆包括杆体6、连接件7及锤头8，所述杆体6的一端设置有第一螺纹10，所述连接件7的一端对应所述第一螺纹10设置有第一螺孔11，通过第一螺纹10及第一螺孔11将所述连接件7固定设置在所述杆体6上，所述连接件7的另一端设置有第二螺孔12，所述锤头8的一端对应所述第二螺孔12设置有第二螺纹9，通过第二螺纹9及第二螺孔12将所述锤头8固定设置在所述连接件7上，所述锤头8的另一端设置有圆弧面13，用于接触所述被测对象1，所述第一传感器4固定设置在所述杆体6或连接件7的内部，且所述第一传感器的方向与杆体轴线方向一致。
[0047]
所述第一传感器4及第二传感器2均采用激振传感器。
[0048]
该装置还可设置示波器或者pc端用于查看各个波形。
[0049]
本发明还提供了一种弹性波雷达检测方法，应用于上述的弹性波雷达检测装置，包括如下步骤：
[0050]
步骤1：通过激振装置对被测对象的不同位置进行敲击，得到多次敲击数据，包括入射信号及振动信号；
[0051]
步骤2：对入射信号进行处理，得到标准入射信号；
[0052]
步骤3：将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，根据各自对应的频域复数表示形式及弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式；
[0053]
步骤4：对类似雷达波的振动信号的频域表示形式进行傅里叶逆变换，得到处理后的振动信号的时域波形，类似雷达波的振动信号按照敲击顺序排列在同一界面，便于查看，其中，也可采用雷达灰度图、彩色等值线图查看。
[0054]
步骤1中，通过激振装置对被测对象的不同位置进行敲击，得到多次敲击数据，包括入射信号及振动信号，具体为：
[0055]
通过激振杆对被测对象的不同位置进行自由落体敲击，或者通过激振锤对被测对象的不同位置进行直接敲击，通过第一传感器采集入射信号，通过第二传感器采集振动信号，将多次敲击的数据存储在同一个数据文件，其中，激振装置敲击的位置紧挨第二传感器，且距离不超过被测对象厚度的四分之一。
[0056]
步骤2中，对入射信号进行处理，得到标准入射信号，具体为：
[0057]
标准入射信号包括第一次激振标准波、平均标准波、最大最小截取标准波及最小最大截取标准波，采集第一次敲击的入射信号波形，将第一次敲击的入射信号波形的起始点及结束点作为幅值为1的标准正弦半波的起始点及初始点，得到第一次激振标准波；采集所有敲击的入射信号波形，将所有敲击的入射信号波形起始点的平均值及结束点的平均值作为幅值为1的标准正弦半波的起始点与结束点，得到平均标准波；将所有敲击的入射信号波形起始点的最大值及结束点的最小值作为幅值为1的标准正弦半波的起始点与结束点，得到最大最小截取标准波；将所有敲击的入射信号波形起始点的最小值及结束点的最大值
作为幅值为1的标准正弦半波的起始点与结束点，得到最小最大截取标准波；
[0058]
其中，本发明的一种实施例得到的第一次敲击的入射信号波形、第一次敲击的入射信号波形、平均标准波、最大最小截取标准波、最小最大截取标准波如图7-11所示；
[0059]
标准入射信号还包括任意起始点、任一半波宽度和任一幅值的正弦半波。
[0060]
步骤3中，将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，根据各自对应的频域复数表示形式及弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式，具体为：
[0061]
将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，分别为：xi(f)、yi(f)及x0(f)，将xi(f)、yi(f)及x0(f)带入弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式为：
[0062][0063]
对类似雷达波的振动信号的频域表示形式进行傅里叶逆变换，得到处理后的振动信号的时域波形；
[0064]
如图12所示，振动信号波的各波形起始点、幅值不均匀，经引入的标准入射信号处理后，起始点高度一致，随着标准入射信号的起始点发生改变，波形幅值均匀；
[0065]
引入任一起始点、任一半波宽度和任一幅值的正弦半波，得到结论：振动信号的起始点与标准入射信号的起始点一致，随着标准入射信号的起始点发生改变，波形幅值均匀，如图13及14所示；
[0066]
如图15所示，如果是为了振动信号起始点的均一性，可以考虑直接引入任意起点的正弦半波，现场检测中，可以在一条测线的不同位置从一个方向向另一个方向依次敲击，将测线上每次敲击产生的振动信号进行上述计算处理，处理后的所有敲击振动信号按照敲击顺序排列在同一界面，就组成了时域波形图；
[0067]
如图16所示，将排列在同一界面的振动信号，将幅值用黑白灰颜色表示，绘制在同一界面，就组成了雷达灰度图；
[0068]
如图17所示，将幅值用彩色表示，绘制在同一界面，就组成了彩色等值线图；
[0069]
采用时域波形图、雷达灰度图、彩色等值线图等分析方法，能够直观地分析被测对象的特性，比如脱空、欠厚、不密实等。
[0070]
本发明提供的弹性波雷达检测装置及方法，该装置设置有第一传感器及第二传感器，能够分别采集入射信号及振动信号，其中，该装置的激振装置设置有两种，可根据需求选用激振锤或激振杆进行检测；该方法包括通过激振装置对被测对象的不同位置进行敲击，得到多次敲击数据，包括入射信号及振动信号，对入射信号进行处理，得到标准入射信号，将每次敲击后的入射信号、振动信号及标准入射信号分别进行傅里叶变换，得到各自对应的频域复数表示形式，根据各自对应的频域复数表示形式及弹性波雷达算法理论公式，得到类似雷达波的振动信号的频域表示形式，对类似雷达波的振动信号的频域表示形式进行傅里叶逆变换，得到处理后的振动信号的时域波形，将不同位置敲击的振动信号对应处理成类似雷达波的时域波形，而且引入了标准入射信号，能够解决振动信号幅值、起始点不一致的问题，提高了均一性，在具体使用时，只需按敲击顺序排列在同一界面，便可直观地分析被测对象的特性，提高了检测精度。
[0071]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。