Page 40 - 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

式中: i=1 , 2 ,…, k , k≥1 , k 为分解层数; =1 , 较好。上述结果表明, 归一化小波能量熵指数能够
j

2 ,…, 2i 。 定量反映灌浆缺陷程度。
笔者选取有限紧支撑正交小波 S y m8作为小波
基, 4-100%-3-4聚焦信号 3 层小波包分解结果如
图10所示。

图11 归一化小波能量熵随灌浆程度的变化曲线

4 试验验证

考虑到实际工程中, 灌浆套筒目前主要用于竖
向构件的钢筋连接, 故利用提出的方法对竖向套筒
灌浆缺陷进行验证。选取了3种不同直径的竖向连
接套筒, 其实物如图12 ( a ) 所示, 在套筒前后表面黏
贴 PZT5H 型压电陶瓷片, 在距离出浆口附近设置
一段灌浆缺陷, 缺陷高度占套筒长度的 40% , 缺陷
区域如图12 ( b ) 所示。试验中模拟了以下4种灌浆
图10 4-100%-3-4聚焦信号3层小波包分解结果 情况: 0% , 40% , 70%和100% 。试验装置同图4 , 采
信号 y i j 能量可以表示为 用式( 8 ) 所示的高斯调制的正弦脉冲信号作为激励

i 信号, 经过时间反转过程, 对聚焦信号提取归一化小
2- 1
()
E i j t = ∑ y i j 2 ( 12 ) 波能量熵, 得到的不同灌浆程度下归一化小波能量
j = 0
将k 层分解的E i j t 能量归一化, 即 熵变化曲线如图13所示。
()
i
2- 1
2
∑ y i j
j = 0
()
p i j t = i ( 13 )
k 2- 1
2
∑∑ y i j
i = 1j = 0
式( 13 ) 可以看作为 E i j t 能量序列的概率分
()
布, 定义归一化小波能量熵, 即
i
k 2- 1
()]
H wE =- ∑∑ [ ( t ) ln p i j t ( 14 )
p i j
i = 1j = 0
根据式( 14 ), 对8个有效测点不同灌浆程度下

的聚焦信号进行归一化小波能量熵处理,归一化小
波能量熵随灌浆程度的变化曲线如图11所示。由 图12 竖向灌浆套筒实物及缺陷区域示意
图11可以看出, 时间反转聚焦信号归一化小波能量 由图13可以看出, 竖向套筒归一化小波能量熵
熵随着灌浆程度的增加而逐渐降低: 在完全脱空情 随着灌浆程度的增加逐渐减小, 这与图11所示的水
况下, 归一化小波能量熵有最大值, 随着灌浆程度的 平放置套筒的情况基本一致, 即未灌浆的情况下, 超
增加, 应力波在灌浆料内传播, 导致信号大幅衰减, 声波完全在金属套筒中传播, 能量衰减较小, 归一化
归一化小波能量熵也随之减小, 在满浆情况下, 归一 小波能量熵有最大值; 当灌浆密实度不断增加, 应力
化小波能量熵衰减95%以上。此外, 8个有效测点 波在灌浆料内传播, 高频信号被过滤, 导致归一化小
均方根误差最大值为5.08% , 表示检测结果一致性 波能量熵的减小; 当套筒灌满浆时, 超声波衰减最
6
2023年 第45卷 第8期
无损检测