FRP型材-混凝土结构界面的检测方法以及检测系统

技术领域

本申请属于结构工程技术领域，尤其涉及一种基于振动能量法的FRP(FiberReinforced Polymer，纤维增强复合材料)型材-混凝土结构界面检测方法、系统、计算机设备和存储介质。

背景技术

FRP型材-混凝土构件可以充分发挥FRP与混凝土两种材料各自的优势，具有承载力高、抗腐蚀性能好等优点。FRP型材-混凝土构件包括FRP型材-混凝土组合构件，以及利用FRP型材进行加固的混凝土构件。其中FRP型材和混凝土之间的界面连接性能是影响结构性能的关键因素。

相关技术中，可用于检测FRP型材-混凝土构件中界面粘结损伤的成熟技术主要包括敲击法、波动法、阻抗法、电磁波法等。敲击法的检测成本较低，但检测结果对检测人员的经验依赖性较强，一般仅作辅助手段。波动法主要分为体波法和表面波法，前者检测范围小，一般需预埋传感器以弥补应力波在混凝土中迅速衰减的弊端；后者虽然解决了传感器预埋的问题，但检测精度较低，检测范围相对较小。电磁波法检测精度较高，但检测费用昂贵。FRP型材-混凝土构件中的界面粘结是保证FRP型材和混凝土协同受力的关键，对保证结构安全具有重要意义，因此有必要提出一种检测效率高、成本低廉且便于在实际工程中推广应用的无损检测方法。

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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法，以实现对FRP-混凝土界面粘结损伤情况的无损检测，具有检测效率高，成本低等特点。

本申请的第二个目的在于提出一种FRP型材-混凝土结构界面的检测系统。

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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法，包括：

通过远距离定向声波设备定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中所述FRP型材的表面产生振动；

通过多普勒测振仪装置测量所述FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度；

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FRP型材-混凝土结构是否存在界面粘结损伤。

本申请第二方面实施例提出了一种FRP型材-混凝土结构界面的检测系统，包括：

远距离定向声波设备，用于定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中所述FRP型材的表面产生振动；

多普勒测振仪装置，用于测量所述FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度；

分别与所述远距离定向声波设备和所述多普勒测振仪装置连接的控制装置，用于获取所述多普勒测振仪装置测量的所述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，并根据所述对应的振动能量比图像识别所述FRP型材-混凝土结构是否存在界面粘结损伤。

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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法。

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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法。

根据本申请实施例的技术方案，可通过远距离定向声波设备定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中FRP型材的表面产生振动，并通过多普勒测振仪装置测量FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度，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FRP型材-混凝土结构是否存在界面粘结损伤，实现对FRP-混凝土界面粘结损伤情况的无损检测，具有检测效率高，成本低等特点，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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法的流程示意图；

图2是根据本申请一个实施例的FRP型材-混凝土结构界面的检测系统的结构框图；

图3是根据本申请实施例的多普勒测振仪装置的工作原理图；

图4是根据本申请一个实施例的计算机设备的结构框图；

图5是根据本申请实施例的FRP型材-混凝土结构的几何构造与界面粘结的关系示例图。

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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法、检测系统、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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法的流程示意图。如图1所示，该FRP型材-混凝土结构界面的检测方法可以包括如下步骤。

在步骤101中，通过远距离定向声波设备定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中FRP型材的表面产生振动。

例如，假设本申请实施例的FRP型材-混凝土结构的几何构造与界面粘结的关系可如图5所示。其中，该FRP型材-混凝土结构从上到下依次可为FRP型材1、粘结材料2、混凝土3和界面粘结损伤4。在本申请实施例中，可通过控制远距离定向声波设备定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中FRP型材的表面产生振动。

在步骤102中，通过多普勒测振仪装置测量FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度。

在本申请实施例中，多普勒测振仪装置可为激光多普勒测振仪。激光多普勒测振仪是利用激光多普勒效应对物体振动进行测量，可用于对表面进行非接触式振动测量。作为一种示例，多普勒测振仪可包括激光器、干涉仪和探测器。其中，激光器用于发出激光；干涉仪用于将激光器发出的激光由分光镜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，测量光束聚焦到FRP型材表面待测区域，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FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度。

在步骤103中，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。

可选地，在本申请实施例中，可根据待测区域内各扫描点的振动速度获得各扫描点的振动速度频谱；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。

例如，可根据待测区域内各扫描点的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

在步骤104中，根据对应的振动能量比图像识别FRP型材-混凝土结构是否存在界面粘结损伤。

需要说明的是，在FRP型材-混凝土结构损伤区域，由于界面粘结损伤，FRP型材的振动能量会高于无损区域FRP型材的振动能量，且深度较浅、面积较大的损伤区域中振动能量较大。对于FRP型材-混凝土结构，界面粘结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，FRP型材-混凝土结构的界面粘结损伤区域和无损区域中振动能量的差异，可作为识别FRP型材-混凝土结构界面粘结损伤的判定准则。因此，在本申请实施例中，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FRP型材-混凝土结构存在界面粘结损伤；若振动能量比计算值小于或等于目标阈值，则确定FRP型材-混凝土结构不存在界面粘结损伤。

根据本申请实施例的FRP型材-混凝土结构界面的检测方法，可通过远距离定向声波设备定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中FRP型材的表面产生振动，并通过多普勒测振仪装置测量FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度，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FRP型材-混凝土结构是否存在界面粘结损伤，实现对FRP-混凝土界面粘结损伤情况的无损检测，具有检测效率高，成本低等特点，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FRP型材-混凝土结构界面的检测系统。

图2是根据本申请一个实施例的FRP型材-混凝土结构界面的检测系统的结构框图。如图2所示，该FRP型材-混凝土结构界面的检测系统20可以包括：远距离定向声波设备100、多普勒测振仪装置200和控制装置300。其中，控制装置300分别与远距离定向声波设备100和多普勒测振仪装置200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100用于定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中FRP型材的表面产生振动。多普勒测振仪装置200用于测量FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度。控制装置300用于获取多普勒测振仪装置测量200的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，并根据对应的振动能量比图像识别FRP型材-混凝土结构是否存在界面粘结损伤。

在本申请一些实施例中，多普勒测振仪装置可包括：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FRP型材表面待测区域，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FRP型材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发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中FRP型材的表面产生振动。采用多普勒测振仪装置测量表面扫描点的振动速度，输出至控制装置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，在本申请实施例中，控制装置根据所述待测区域内各扫描点的振动速度获得各扫描点的振动速度频谱，并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，并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。控制装置在获得振动能量比图像之后，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FRP型材-混凝土结构存在界面粘结损伤；若振动能量比计算值小于或等于目标阈值，则确定FRP型材-混凝土结构不存在界面粘结损伤。

需要说明的是，前述对FRP型材-混凝土结构界面的检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的FRP型材-混凝土结构界面的检测系统，此处不再赘述。

根据本申请实施例的FRP型材-混凝土结构界面的检测系统，可通过远距离定向声波设备定向发出声波以激励FRP型材-混凝土结构中FRP型材的表面产生振动，并通过多普勒测振仪装置测量FRP型材表面待测区域内各扫描点的振动速度，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FRP型材-混凝土结构是否存在界面粘结损伤，实现对FRP-混凝土界面粘结损伤情况的无损检测，具有检测效率高，成本低等特点，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计算机设备。

图4是根据本申请一个实施例的计算机设备的结构框图。如图4所示，改计算机设备400可以包括：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，实现本申请上述任一实施例所述的FRP型材-混凝土结构界面的检测方法。

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，所述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FRP型材-混凝土结构界面的检测方法。

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。