钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统和方法

技术领域

本申请属于结构工程技术领域，尤其涉及一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统、方法、计算机设备和存储介质。

背景技术

钢-混沉管隧道由于结合了钢结构和混凝土材料的优点，具有良好的力学性能，被广泛应用于国内外地铁结构、港口航道、国防工程和海洋工程中。然而，在混凝土的收缩徐变、温度变化、锈蚀和复杂荷载等诸多因素的作用下，钢-混沉管隧道容易产生剥离损伤，显著降低正常使用性能和极限承载力，严重威胁着沉管隧道的安全与耐久性。因此，钢-混沉管隧道界面剥离的监测和测量十分重要。

传统的无损检测技术(NDT)，如超声检测法、射线法、光纤法等，已被广泛地应用于实际工程中。然而，目前缺乏针对钢-混沉管隧道(尤其是已完成阶段性施工或竣工工程)损伤的非接触式无损检测技术。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统，以实现对钢-混沉管隧道较为高效的非接触式无损检测。

本申请的第二个目的在于提出一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法。

本申请的第三个目的在于提出一种计算机设备。

本申请的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统，包括：

位于所述钢-混沉管隧道内的远距离定向声波设备，用于定向发出声波激励所述钢-混沉管隧道中的钢板表面引起振动；

位于所述钢-混沉管隧道内的多普勒测振仪装置，所述多普勒测振仪装置与所述远距离定向声波设备连接，用于测量所述钢板表面待测区域内各扫描点的振动速度，并根据所述待测区域内各扫描点的振动速度生成对应的振动能量比图像，以及根据所述对应的振动能量比图像识别所述钢板和混凝土之间的界面是否存在剥离损伤。

本申请第二方面实施例提出了一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法，包括：

测量钢-混沉管隧道中钢板表面的待测区域内各扫描点的振动速度，其中，所述各扫描点的振动是通过远距离定向声波设备定向发出声波激励所述钢板表面而引起的振动；

根据所述待测区域内各扫描点的振动速度生成对应的振动能量比图像；

根据所述对应的振动能量比图像识别所述钢板和混凝土之间的界面是否存在剥离损伤。

本申请第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本申请第一方面实施例所述的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法。

本申请第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请第一方面实施例所述的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法。

根据本申请实施例的技术方案，通过利用声波激励产生振动，界面剥离区域与无损区域相比，钢板的振动能量(与振动速度的功率谱积分有关)有所不同，通过分析振动能量比以实现对钢板和混凝土之间的界面剥离损伤的识别；检测操作简便，灵敏度较高，可用于在建工程和已竣工大型工程项目的健康检测。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例所提供的一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测的框图；

图2为本申请实施例所提供的一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统的场景示例图；

图3为本申请实施例的多普勒测振仪扫描头的工作原理图；

图4是根据本申请一个实施例的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法的流程图；

图5是根据本申请一个实施例的计算机设备的结构框图。

附图标记：

100：钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统；110：远距离定向声波设备；120：多普勒测振仪装置；1：混凝土；2：钢板；3：剥离损伤；4：待测点列；5：远距离定向声波设备；6：多普勒测振仪扫描头；7：数据管理装置；31：激光器；32：干涉仪；33：探测器；a：分光镜；600：计算机设备；601：存储器；602：处理器；603：计算机程序。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统、方法、计算机设备和存储介质。

图1为本申请实施例所提供的一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统的框图。图2为本申请实施例所提供的一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统的场景示例图。如图1和图2所示，该钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统100可以包括：远距离定向声波设备110和多普勒测振仪装置120。

其中，如图1和图2所示，远距离定向声波设备110和多普勒测振仪装置120可分别位于钢-混沉管隧道内；多普勒测振仪装置120与远距离定向声波设备110连接。需要说明的是，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本申请其他实施例中，上述“连接”还可以理解为通信连接，如有线通信连接或无线通信连接等。

在本申请实施例中，远距离定向声波设备110用于定向发出声波激励钢-混沉管隧道中的钢板表面引起振动。多普勒测振仪装置120用于测量钢板表面待测区域内各扫描点的振动速度，并根据待测区域内各扫描点的振动速度生成对应的振动能量比图像，以及根据对应的振动能量比图像识别钢板和混凝土之间的界面是否存在剥离损伤。

在本申请一些实施例中，如图2所示，多普勒测振仪装置120可包括：多普勒测振仪扫描头6和数据管理装置7。其中，多普勒测振仪扫描头6用于测量钢板表面待测区域内各扫描点(即待检测点)的振动速度，并将待测区域内各扫描点的振动速度发送给数据管理装置7。数据管理装置7用于根据待测区域内各扫描点的振动速度生成对应的振动能量比图像，并根据对应的振动能量比图像生成针对钢板表面待测区域的损伤信息。

在本申请实施例中，该多普勒测振仪扫描头可包括：激光器、干涉仪和探测器。其中，如图3所示，激光器31用于发出激光；干涉仪32用于将激光器31发出的激光由分光镜a分成测量光束和参考光束；其中，参考光束直接被反射至探测器33，测量光束聚焦到钢板表面待测区域，待测区域内的物体振动引起测量光多普勒频移；探测器33用于收集参考光束和钢板表面待测区域反射回的反射光束，并根据参考光束与反射光的干涉信号确定钢板表面待测区域内各扫描点的振动速度。

需要说明的是，由于远距离定向声波设备具有指向性强、能量集中、传播距离远、音质清晰、波束宽度与音量可调等优点。因此，在本申请中，可通过远距离定向声波设备110发出声波、激励钢板表面，采用多普勒测振仪扫描头121测量表面扫描点的振动速度，输出至数据管理装置122并进行振动能量比的分析计算，最终生成振动能量比图像以反馈损伤的信息。

其中，在本申请实施中，可根据所采集的扫描点振动速度获得各扫描点的振动速度频谱，再计算各扫描点的振动能量比。以待测区域空间位置为横纵坐标，显示各扫描点的振动能量比计算值(为方便表示可以以dB计数)，即得振动能量比图像。其中，振动能量比可定义为振动速度的功率谱积分之比，例如，该振动能量比的公式表示如下：

其中，VER为振动能量比；X

需要说明的是，在构件损伤区域，由于界面剥离，钢板的振动能量会高于无损区域钢板的振动能量，且深度较浅、面积较大的损伤区域中振动能量较大。对于钢-混沉管隧道，构件的界面剥离损伤区域中的振动能量较大、振动能量比大于目标阈值(如该阈值可为1)，这可由振动能量比图像直观得到。因此，构件的界面剥离损伤区域和无损区域中振动能量的差异，可作为识别钢-混凝土界面损伤的判定准则。因此，在本申请实施例中，在得到振动能量比图像时，可将振动能量比图像之中的各振动能量比计算值与目标阈值进行大小比较；若振动能量比计算值大于目标阈值，则确定钢板和混凝土之间的界面存在剥离损伤；若振动能量比计算值小于或等于目标阈值，则确定钢板和混凝土之间的界面不存在剥离损伤。

根据本申请实施例的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统，可通过远距离声波设备发出声波激励钢-混沉管隧道中的钢板表面，采用扫描激光多普勒测振仪测量表面待测区域扫描点的振动速度，并通过多普勒测振仪识别钢-混凝土界面剥离损伤对振动速度功率谱积分的影响，实现对钢-混凝土界面剥离损伤的非接触式识别，检测操作简便，灵敏度较高，可用于在建工程和已竣工大型工程项目的健康检测。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法。

图4是根据本申请一个实施例的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法的流程图。需要说明的是，本申请实施例的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法可从多普勒测振仪装置侧进行描述。如图4所示，该钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法可以包括：

步骤401，测量钢-混沉管隧道中钢板表面的待测区域内各扫描点的振动速度，其中，各扫描点的振动是通过远距离定向声波设备定向发出声波激励钢板表面而引起的振动。

步骤402，根据待测区域内各扫描点的振动速度生成对应的振动能量比图像。

在本申请实施例中，根据各扫描点的振动速度频谱计算各扫描点的振动能量比；以待测区域的空间位置为横纵坐标，显示各扫描点的振动能量比计算值，以得到振动能量比图像。

步骤403，根据对应的振动能量比图像识别钢板和混凝土之间的界面是否存在剥离损伤。

在本申请实施例中，将振动能量比图像之中的各振动能量比计算值与目标阈值进行大小比较；若振动能量比计算值大于目标阈值，则确定钢板和混凝土之间的界面存在剥离损伤；若振动能量比计算值小于或等于目标阈值，则确定钢板和混凝土之间的界面不存在剥离损伤。

需要说明的是，前述对钢-混沉管隧道的非接触式无损检测系统实施例的解释说明也适用于该实施例的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法，此处不再赘述。

根据本申请实施例的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法，可通过远距离声波设备发出声波激励钢-混沉管隧道中的钢板表面，采用扫描激光多普勒测振仪测量表面待测区域扫描点的振动速度，并通过多普勒测振仪识别钢-混凝土界面剥离损伤对振动速度功率谱积分的影响，实现对钢-混凝土界面剥离损伤的非接触式识别，检测操作简便，灵敏度较高，可用于在建工程和已竣工大型工程项目的健康检测。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种计算机设备。

图5是根据本申请一个实施例的计算机设备的结构框图。如图5所示，该计算机设备500可以包括：存储器501、处理器502及存储在存储器501上并可在所述处理器502上运行的计算机程序503，处理器502执行计算机程序503时，实现本申请上述任一实施例所述的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法。其中，该计算机设备500可为多普勒测振仪装置。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请上述任一实施例所述的钢-混沉管隧道的非接触式无损检测方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。