Page 37 - 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

假设声源处激励信号x ( t ) 为时域对称信号, 则 和 PZT4 。传感器尺寸为10mm×10mm×1mm

在时域内满足 ( 长×宽×厚)。需要注意的是, 为了更好地实现套
-
=
x ( t ) x ( t ) ( 4 ) 筒与传感器的贴合, 在套筒圆弧面打磨出一个尺寸

转换到频域内则有 为15mm×15mm ( 长×宽) 的平整面, 用酒精将表
=
X ( ω ) X* ( ω ) ( 5 ) 面擦拭干净后用压电振子胶黏贴压电陶瓷传感器。
式中: *表示卷积。
经推导, 有
N
2
,
(
Y F ω ) = ∑ G ( r n ω ) X ( ω ) ( 6 )
n= 1
对式( 6 ) 进行逆傅里叶变换, 得到 y Ft 即
(),
N
2
,
y Ft = ∑ G ( r n ω ) x ( t ) ( 7 )
()
n= 1
由式( 7 ) 可以看出, 声源处接收的经过时间反转
再发射的信号 y F t 与激励信号x ( t ) 具有相同的
()
波形, 只在幅值上有差别, 因此可以实现信号的自适
图2 灌浆套筒结构示意
应聚焦。此外, 由于环境噪声一般是随机信号, 不满
考虑到灌浆缺陷通常为底部漏浆导致的出浆口
足式( 4 ),( 5 ) 的条件, 在时间反转过程中不具备自适
上端空洞, 浇筑时可通过控制灌浆料质量来控制灌
应特性, 在声源处不会实现噪声的聚焦, 因此, 时间
浆程度。根据灌浆料在截面内的填充程度, 考虑 5
反转算法能够提高接收信号抗噪声能力, 实现复杂
种灌浆工况, 按灌浆高度定义灌浆程度分别为 0%
波导环境的高信噪比。
( 无浆), 28% , 50% , 72% , 以及 100% ( 全浆), 工况
2 灌浆套筒检测试验 示意如图3所示。
2.1 试件及传感器
试验采用全灌浆套筒, 套筒外径为48mm ,长

度为310mm , 纵向钢筋材料为 HRB400螺纹钢( 直
径为16mm ), 灌浆套筒结构如图 2 所示。高强灌

图3 套筒5种灌浆工况示意
浆料的水灰比为1∶0.14 , 高强灌浆料性能指标如表
2.2 信号发射与采集装置
1所示。

表1 高强灌浆料性能指标 试验所用的信号发射和接收设备有: ① NI

USB-6366型数据采集模块, 采样频率为2MHz / s ;
指标 时间 值
初始 305 ② 美国 TREK Model-2100HF型功率放大器, 放大
流动度 / mm
30min 275 倍 数 为 50 倍, 输 出 电 压 范 围 为 ±150 V ; ③

1d 30.1 LabVIEW2019型计算机。试验装置的连接方式如
抗压强度 / MPa
3d 47.5 图4所示。

3h 0.14 试验采用激励信号为高斯调制的正弦脉冲信
竖向膨胀率 / %
24h与3h差值 0.06
号, 即
氯离子含量 / % - 0.01
- k ( t - d ) 2
e
(
=
泌水率 / % - 0 x ( t ) A G e cos ( 2π f ct-d )] ( 8 )
为激励信号幅值; d 为信号延迟; 为信
式中: A G

套筒和灌浆料性能满足JG / T398-2011 《 钢 f c
表达式如式( 9 ) 所示。
号中心频率; k e
筋连接用灌浆套筒》 和JG / T408-2013 《 钢筋连接
2 2 2
用套筒灌浆料》 规范要求。采用 PZT5H 型压电陶 k e= 5πbf c ( 9 )
q ln ( 10 )
瓷传感器( PZT ), 为方便试验操作, 正负电极设置在
式中: b 为归一化带宽; 为衰减系数。
q
同一侧, 在进浆口处和出浆口设置两个测点, 上下位
由于信号中心频率以及归一化带宽对信号频谱
置黏贴一对传感器, 编号分别为 PZT1 , PZT2 , PZT3
以及超声信号传播具有显著影响, 试验中通过线性
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2023年 第45卷 第8期
无损检测