Page 36 - 无损检测2023年第八期

陈冬冬, 等:

基于时间反转算法和归一化小波能量熵的套筒灌浆缺陷检测

隐蔽工程, 灌浆料的堵塞、 回流及套筒内气孔上浮等 针对上述问题, 笔者基于时间反转算法, 通过对
因素会导致灌浆不饱满。相关研究表明, 当套筒灌 接收信号时域反演再发射, 实现超声信号在发射点
浆缺陷长度超过钢筋锚固区长度30%时 [ 2 ] , 套筒单 处的时空聚焦, 从而显著提高信号信噪比, 增强超声
向拉伸强度将被削弱, 而带来结构安全隐患。 信号的噪声鲁棒性。制作了不同灌浆缺陷的套筒试
针对上述问题, 国内外学者提出了包括预埋钢 件, 基于快速傅里叶( FFT ) 变换, 对不同聚焦信号进
筋拉拔法、 内窥镜法、 射线法、 冲击回波法以及超声 行频谱特性分析, 并借助归一化小波能量熵, 对灌浆
法等不同类型灌浆饱满度检测和质量管理方法 [ 3 ] 。 套筒内部不同程度缺陷进行定量评估。
高润东等 [ 4 ] 依据预埋钢丝拉拔值对灌浆饱满度进行
了判断, 同时利用内窥镜观测灌浆缺陷深度, 提出注 1 时间反转算法
射器外接透明软管的补灌方法; 该方法可视性好, 但 时间反转技术本质上是在时域上对接收到的信
需要一定宽度的检测孔道。唐科等 [ 5 ] 基于 X 射线 号进行逆序操作 [ 15 ] , 即频域的相共轭变换, 单个散
DR 成像技术, 对预制剪力墙和柱角部套筒灌浆饱 射声源下时间反转算法示意如图1所示。
满度进行了检测, 结果表明, 套筒内部灌浆段与非灌
浆段界面可通过 DR 成像清晰判断, 但对于预制柱
的连接节点检测较困难。冲击回波法是利用脉冲弹
性波在结构表面及缺陷处反射回波信号的差异对缺
陷进行判断的, 最早由美国国家标准和技术研究所

的 N.J.CARINO 和 美 国 康 奈 尔 大 学 的 M.
SANSALONE 提出 [ 6 ] 。包龙生等 [ 7 ] 基于改进的冲
击回波法, 对装配式混凝土桥墩套筒灌浆饱满程度
进行了数值仿真, 但该方法并未进行试验研究。
超声波由于具有定向性好、 穿透性强且无损的
特点 [ 8 ] , 近年来在灌浆套筒饱满度检测方面应用广
泛。由于超声波在灌浆不密实区的传播声时会增
加, 姜绍飞等 [ 9 ] 根据首波声时的不同, 反推首波传播
路径差异, 实现了套筒灌浆缺陷检测。 LI等 [ 10 ] 利

用汉宁窗调制8周期40kHz超声激励信号, 选用 L

( 0 , 1 ) 模态对灌浆缺陷进行检测, 验证了所提方法
图1 单个散射声源下时间反转算法示意
的可行性。李峰等 [ 11 ] 利用不同反射界面声阻抗的差

假设声源位于原点处, 对声源激励信号x ( t ),
异, 通过计算反射波的衰减, 对灌浆套筒缺陷进行检
其频域内表示为 X ( ω ), ω 为圆频率, 空间内有 N
测。 LIU 等 [ 12 ] 基于弹性波逆时偏移方法( RTM ), 对
个信号接收单元, 位置坐标为r n 1≤ n≤N ), 声源
(

不同灌浆缺陷的套筒进行成像, 得到了高分辨率灌浆

与信号接收单元间传递函数为 g r n t
( ,),转换到频
缺陷图像。 XU 等 [ 13 ] 在套筒表面黏贴压电陶瓷传感
域为G ( r n ω ), 则第n 个信号接收单元接收到的频
,
器, 通过激励超声信号, 研究了超声波在套筒表面和
域信号 ( r n t 可以表示为
,)
内部的传播特性, 使用缺陷评估指数反映灌浆缺陷程 y
( ,)
( ,)
度。 WU 等 [ 14 ] 基于小波能量和希尔伯特黄变换方法 yr n t = gr n t x ( t ) ( 1 )
对5个不同密实度的灌浆套筒进行超声检测, 结果表 式中: 表示卷积运算。
明, 两种方法都可以有效反映灌浆程度的变化。目 通过傅里叶变换, 式( 1 ) 转换到频域为
,
)
前, 虽然灌浆套筒的超声检测引起了广泛的关注, 但 Y ( ω , r n = G ( r n ω ) X ( ω ) ( 2 )
由于灌浆套筒连接处界面情况复杂, 超声波能量衰减 将第n 个信号接收单元接收信号进行时间反
( n ) ); 该信号由 N 个信号接收单
(
严重, 且抗环境噪声干扰能力差, 影响脱空程度的判 转操作得到Y TR ω , r n
断, 故需要发展一种具有噪声鲁棒性的套筒缺陷检测 元同时再次发射后, 声源处接收信号( 频域) 为
N
定量评估方法。 ( n )
(
,
(
Y F ω ) = ∑ G ( r n ω ) Y TR ω , r n ) ( 3 )
n= 1
2
2023年 第45卷 第8期
无损检测