黄靓[1]2003年在《混凝土超声CT的数值模拟与试验研究》文中进行了进一步梳理为了使CT技术在混凝土超声探伤中有更好的应用，本文在弯曲射线追踪、反演算法、图像后处理方法、速度反演、衰减反演及双参量的缺陷判别六方面进行了数值模拟和试验研究。 本文通过采用扩张—收缩扫描算法，增加次级源的记录改进了线性走时插值(LTI)的射线追踪算法。数值模拟和试验研究表明LTI改进算法是一种有效的射线追踪方法，能追踪回波，适合复杂对象的层析成像。弯曲射线追踪反演结果比直射线追踪反演结果更符合真实情况。 本文引入了物理意义明确的自然权，对基于自然权的加权阻尼最小二乘反演算法(WLM)在速度反演、衰减反演中进行了数值模拟和试验研究，结果表明WLM均能获得良好的重建图像，迭代收敛，抗噪能力强。 依据模型参数方差向量，本文提出了方差截断后处理方法，并结合中值滤波和聚类分析，对原始反演图像进行去噪后处理，成效明显。 本文对超声波速度反演进行了数值模拟和试验研究，结果表明速度反演能正确反映混凝土内部缺陷的位置、大小和超声波速度性质。 本文对超声波幅值衰减反演进行了数值模拟和试验研究，对上升时间衰减反演进行了试验研究，结果表明衰减反演能正确反映混凝土内部缺陷的位置、大小和超声波衰减性质。 在利用速度反演得到混凝土声速和衰减反演得到混凝土吸收系数的基础上，本文根据声速和衰减两种不同的物理参量判别混凝土内部缺陷，可大大提高缺陷判别的精度和可靠度。 综上表明本文研究的混凝土超声CT探伤技术具有重要的学术意义和应用价值。
纪学灵[2]2008年在《混凝土超声CT反演策略的研究》文中指出利用超声波在混凝土中的传播特点,无疑是进行混凝土无损检测的重要基础,因此,本文首先探讨了超声波在混凝土中的传播规律。其次,本文探讨了小波变换在超声波信号去噪中的应用,并通过仿真试验找出了适合超声波信号的小波去噪法及其小波基。另外,小波变换具有较好的时频局部化分析能力,对超声波收信号进行小波分解,可将其剖分成许多不同的频带,选取信号主要能量所在频带进行分析,从而构造出表征缺陷程度的缺陷因子。缺陷因子越小,表明缺陷程度越严重,试验表明,该缺陷因子的大小可以正确地表征混凝土的缺陷程度。接下来,本文在传统声阴影法的基础上提出一种超声波检测混凝土缺陷成像的定性分析方法。它类似于层析成像技术,同样可以重建试件的断层图像,但计算量要小得多,且编程简单,可以定性地分析混凝土结构内部的质量状态,同时可为定量反演计算多提供了一种图像信息,两者相互对照,可提高反演的准确性。最后,本文探讨了叁种现代智能优化算法在混凝土超声速度反演层析成像中的应用,同时,对传统的DLSQR算法作了改进,并通过模型试验,分析比较了这几种算法的优缺点。试验结果表明,本文采用的四种反演算法,数值稳定,结果正确。其中,采用DLSQR算法来求解二次优化增广目标函数的正态方程,使得各像元的反演声速得到了相应的约束,较接近实际的物理模型,但仍有部分像元的声速反演值偏高。而对于混沌模拟退火回火算法、混沌模拟退火遗传算法和连续蚁群优化算法这叁种现代优化算法,由于在寻优过程已对声速反演值的范围进行了有效的约束,其反演结果更符合实际的物理模型。同时,在四种算法中,DLSQR算法在计算速度、走时拟合残差等方面都具有优势,是一种稳定、快速的反演算法。而在另外的叁种智能寻优算法中,混沌模拟退火回火算法的寻优效率最高,其它两种算法由于涉及到代间进化计算,计算量较大,寻优速度较慢,且随着射线路径矩阵的增大而迅速下降,其中,混沌模拟退火遗传算法由于有混沌模拟退火算法进行局部搜索,寻优效率比连续蚁群优化算法高。因此,在智能寻优算法中,建议采用混沌模拟退火回火算法。此外,本文还探讨了不同的图像后处理方法、混凝土试件内部不同的缺陷组合形式以及不同性质的缺陷等对超声波CT图像质量的影响。
檀永杰[3]2012年在《钢管混凝土超声测试方法研究》文中研究表明超声波检测钢管混凝土内部缺陷的主要方法有：声时法、频率法、振幅法、波形法、多参数法等。这些方法虽然可以定性描述缺陷,但是存在着以下不足：首先,采用单个参数易发生错判、漏判；其次,如果采用多个参数则大大增加了工作量,且对设备要求较高,也对技术人员有了更高的要求；另外,后期数据处理繁琐,判读结果不直观。在定量检测缺陷大小方面,多采用超声波路径的几何关系计算缺陷范围,该方法看似精确,但实际操作时无法将测点准确布置在关键计算点上,大大降低了检测精度。针对上述问题,本文主要做了以下工作：(1)测量了不同龄期混凝土的声速和强度,得到了本课题所使用的C50混凝土的“声速-强度”关系,“声速-龄期”关系,为后续研究提供了相关参数；(2)引入超声CT成像技术,对第一类缺陷(内部空洞或不密实区)的定量检测进行了较深入的研究,分析了钢管壁对首波路径的屏蔽作用,进而用MATLAB实现了SIRT算法和最短路径射线追踪算法,初步形成了超声CT成像程序,并将该程序应用到计算机数值模型试验和预置缺陷的物理模型试验,结果表明,超声CT成像程序能够定量检测钢管混凝土第一类缺陷,且成像结果对缺陷大小和位置的变化非常敏感；(3)创造性的采用“声时色谱图法”,对第二类缺陷(核心混凝土与钢管壁之间的脱空和近壁空穴)的定量检测进行了深入研究,并讨论了测点密度对检测精度的影响。进行了预置缺陷的物理模型试验,仅以声时这一单一参数为基础,借助MATLAB的内插函数,形成了探测区域的声时分布色谱图,结果表明,声时色谱图法能够准确的反映第二类缺陷的范围和位置,达到了定量检测的目的,摆脱了现行定量检测方法以几何路径计算缺陷范围的思路,使缺陷检测变得直观、高效,最后给出了测点密度的参考范围；(4)将含有缺陷的钢管混凝土短柱进行了承载力试验,结果发现,缺陷尺寸越大承载力损失越大,第二类缺陷较第一类缺陷对承载力影响更大。研究基本达到了预期的目的,即采用最简单的操作方法,最少的声学参数,实现了直观、高效、定量检测钢管混凝土内部缺陷的目标,但超声CT成像程序在算法优化和程序加速方面还有更多工作要做。
戚秀真[4]2016年在《混凝土超声层析成像方法研究》文中研究表明由于混凝土材料本身的复杂特性以及在设计、施工、后期保养阶段的不足,很多的混凝土构件在建造以及使用过程中,会出现一些缺陷或者是损伤,严重影响了混凝土结构物的使用安全,甚至会造成严重的恶性事故。如何能够快速精确的获得混凝土构件内部的质量情况,为评估混凝土结构物的性能提供准确的依据,显得尤为重要。近年来,在混凝土的无损检测中引入了超声层析成像技术,能够将混凝土结构检测面的质量情况、缺陷大小分布,以图像的形式精确、形象、完整的显示出来,弥补了传统混凝土检测方法的一些局限,成为混凝土结构检测的发展方向。本文从混凝土超声检测基本原理、基于射线理论的混凝土超声层析成像理论及正演反演方法、基于菲涅耳体的混凝土超声层析成像方法、层析成像结果图像后处理方法及影响层析成像结果的主要因素等几个方面,进行系统深入的研究,主要研究成果如下:(1)针对混凝土测区内部波速随机分布、缺陷具有一定规律的特点,提出了一种基于Snell定律与扰动法相结合的改进射线追踪方法,以适用于混凝土超声层析成像的正演过程特点。通过对不同模型的试验结果表明,改进后的射线追踪路径更加接近真实声波路径,基于Snell定律改进的扰动法射线追踪适用于混凝土超声层析成像正演过程。(2)通过对常规混凝土超声层析成像迭代反演算法及最小二乘算法的研究,提出了适用于混凝土超声层析成像的两种改进ART算法、改进的共轭梯度算法及改进的LSQR算法。在两种ART改进算法中分别引入波速分级和成像单元逐级分块的概念;改进共轭梯度算法中引入预处理矩阵对投影矩阵进行预处理,降低投影矩阵的条件数;改进LSQR算法中通过加入阻尼因子来抑制误差造成的影响。通过数值模型及混凝土试块试验,对改进算法与原始算法进行了对比分析,结果表明,改进算法在计算速度和计算精度上都得到了提高。通过大、小两组混凝土试块内部缺陷成像结果试验及分析,验证了改进算法的有效性,成像结果图像表明,改进算法均能够较好地反映出混凝土试块内部的缺陷位置及分布。(3)针对基于射线理论的混凝土超声层析成像中由于射线稀疏、不完全造成的不适定问题,提出了一种基于菲涅耳体的混凝土超声层析成像方法。在混凝土超声层析成像中,超声波的能量传播实际上是在第一菲涅耳体内,利用菲涅耳体代替射线来进行混凝土层析成像,可以增加算法对混凝土测区内的覆盖范围,从而提高层析成像反演的速度和效率,并且层析成像结果图的分辨率和可靠性也将会得到提高。通过数值理论模型及混凝土试块试验验证了基于菲涅耳体混凝土超声层析成像方法的优越性。(4)研究了混凝土超声层析成像结果图像的后处理方法以及主要影响因素。对混凝土超声层析成像的结果图像采用谱系聚类分析进行处理。混凝土试块试验表明,谱系聚类分析图像后处理方法能够很好地抑制伪像,凸显缺陷,提高结果图像的分辨率、可靠性和可读性,从而增强结果图像的缺陷识别能力。对影响层析成像结果的多种因素进行试验研究分析,从而便于选取更加稳定、适合混凝土层析成像的方法。
刘稳[5]2015年在《混凝土介质隐患超声波CT探测技术研究》文中指出混凝土结构由于施工不当和外力作用,及其建筑材料性质的影响,造成内部结构的介质隐患。混凝土结构中的介质隐患主要有蜂窝空洞、裂缝和局部不密实。由于这些缺陷,使混凝土结构的不完整,从而导致其抗压抗拉强度和耐久性严重降低。因此需要对工程现场中混凝土构件进行快速检测,对保证工程建设的安全具有重要意义。目前混凝土无损检测方法主要有回弹法、冲击回波法和雷达法。这些方法在检测过程中各具弊端,受限于探测混凝土表面质量情况,不能反映混凝土介质内部情况、仪器比较昂贵且受钢筋的影响较大,现场探测不好展开以及对于尺度较小的介质隐患分辨率较低。超声波法检测可以有效的解决这些问题,此类方法因具有极强的穿透力、较高的分辨率、检测设备简单、极易操作的特点,因此在检测成本上以及后期数据反演效果方面较其他方法有很大的优势。本文首先对已知模型进行数值模拟。基于数值模拟计算所得结果,提取相关波场快照,初步研究超声波在混凝土结构中的传播规律。从波场快照中可以得出,超声波在设置有不同地质隐患的混凝土介质中显现出明显的传播差异。其次本文又通过数值模拟来研究观测系统对超声波CT成像分辨率的影响,在设置相似的数值模拟模型、布置不同的观测系统的基础上,通过对比CT图得出适合混凝土无损检测的最佳观测系统,研究得知实测阶段尽量采用多种观测系统相互比较对比、相互印证得出结论。文中做了超声波CT探查混凝土中夹层、空洞缺陷的数值模拟研究,得到超声CT图其收敛性较好,较清晰地反映出异常区的位置和尺寸。最后应用数值模拟和物理模型试验相结合的方法,相互解释相互指导,结果表明超声CT在实测阶段可行性较高且具有良好的分辨率。最后论文也指出了超声CT在混凝土无损检测方面存在的不足及今后的研究方向,文中所做的物理模型因其尺寸较小且所设置的介质隐患种类较少,因而检测效果虽好但不具有一定代表性。实际工程中混凝土结构复杂,而且体型较大,其实际探测效果还有待于进一步的实验研究。
戚秀真[6]2006年在《混凝土超声无损检测层析成像技术研究》文中研究说明超声波无损检测中的层析成像技术，作为一种先进的检测技术被广泛应用于混凝土结构的内部质量检测中。为了能够得到更加清晰、准确地反映混凝土内部结构的图像，本文分别对混凝土超声层析成像检测系统及其层析成像算法进行了研究与改进。 本文从超声检测方法的现状出发，分析现有检测设备存在的问题，设计了一种新的混凝土超声层析成像无损检测系统。该系统采用稀土超声换能器作为发射源，具有大功率、宽频带、短余震的优点，可以用于大型工程中的大体积混凝土结构的无损检测；采用24通道数据同步接收，提高了现场工作效率，同时可以保证数据采样位置的精度，从而保证了层析成像的精度；采用改进的图像重建算法，提高了图像重建的速度和精度。 论文通过对常规超声层析成像算法的分析研究，提出了两种改进的图像重建算法：从概率角度改进的IART算法和塔式ART算法。通过数值模拟和混凝土试件试验研究结果表明：与传统ART算法相比，IART算法反演精度高，图像重建能力强：塔式ART算法重建图像速度快。两种算法都适合以射线理论为基础的层析成像。而且算法的正确性和有效性在实桥检测中得到了验证。 超声波在混凝土中的传播特性以及混凝土本身的不均匀性，使得超声波的实际传播路径发生弯曲。因此，论文还将线性走时插值(LTI)射线追踪算法引入混凝土超声层析成像中。数值模拟和试验研究表明，LTI算法的引入，进一步提高了图像重建的精度和质量。
殷黎[7]2007年在《基于超声CT的混凝土质量检测方法研究》文中认为本文针对目前混凝土质量的检测方法大多数仍处于定性或半定量水平,难以给出定量的结果,检测方法本身存在局限性这一特点。将CT成像技术,引入到混凝土质量检测中,它可以用图像的方式精确、完整地反映层析面上混凝土内部质量,较传统方法有明显的优点。本文主要研究了应用超声CT对混凝土内部进行层析的算法。针对超声在混凝土中传播时存在折射、绕射等现象,将射线追踪算法引入到层析算法中,对重建方法进行改进,得到了很好的层析效果。在分析射线追踪算法的基础上,本文提出了一种基于交叉扫描的线性插值射线追踪算法,该算法采取上下左右全面扫描的方法,能绕开与发射点同列的低速区,提高了算法的精度,而且对整个区域只扫描一次,降低了编程的复杂度。针对混凝土超声检测中,获取的数据不完全、干扰因素多、误差大等特点,本文采用SIRT算法对混凝土进行重建,得到了很好的效果。并给出了重建算法中系数矩阵的求法,大大降低了其求解复杂度。A本文提出了一种新的混凝土超声层析阵列检测方法,它具有方便、实用,且适用于多种形状混凝土的质量检测。并通过数值仿真说明,这种检测方法对走时数据的提取更全面,可明显改善层析效果。最后,本文通过数值仿真,其结果表明:应用本文所提出的检测方法、重建算法对混凝土进行超声层析成像,图像重建效果良好。
王婷[8]2006年在《数据融合技术在混凝土结构检测中的应用研究》文中研究表明在工程结构质量检测与诊断领域,数据融合技术为结构检测与诊断提供了新的途径。本文初步建立了数据融合技术在混凝土结构检测领域的应用框架,将红外成像与超声CT技术相结合,实现了对缺陷大小的叁维重构以及对缺陷类型的识别。 图像融合是数据融合技术在数字图像处理方面的一个应用。本文首次将图像融合技术引入混凝土结构缺陷探测中,为准确而有效地判断结构内部缺陷提供了全面而精细的图像信息。在像素层的红外图像融合研究中,从图像融合的角度对基于多分辨率的小波变换与小波包变换进行了论述。通过对融合规则的理论研究与试验研究,否定了现有的基于边缘梯度与基于局部方差的融合规则,提出了修正后的融合规则。通过对有缺陷的钢筋混凝土梁、墙板试件进行红外探测的试验和图像融合研究,证明了本文所提出的融合规则的有效性与适用性。 鉴于红外成像技术只能通过成像技术显示缺陷表面状况无法获知缺陷深度与厚度的缺点,本文采取红外图像与热传导数值模拟相结合的手段,借助神经网络算法在处理非线性问题、大规模并行处理等方面的优势,提出了一类红外CT模拟技术。这一技术借助一维与二维热传导物理模型进行混凝土结构内部缺陷深度与厚度的识别,实现了对混凝土内部缺陷的叁维重构。同时,本文研究了用超声CT成像技术对钢筋混凝土结构内部缺陷进行探测的问题,初步实现了对缺陷的叁维重构。 在结合红外成像和超声CT成像技术的基础上,通过多传感器数据融合技术分别在像素层、特征层与决策层实现了对缺陷大小定量与缺陷类型定性的判断。在像素层上,结合红外CT模拟与超声CT算法,采用证据理论方法实现了对叁维图像的融合重构;在特征层上,通过由红外所提取的热传导系数和由超声CT所提取的波速这两个特征量,采用基于最短距离法的聚类分析法对缺陷类型进行定性评价;在决策层上,通过对由红外与超声CT两类技术所提取的特征量作局部判决后、采用证据理论对各局部判决作全局决策,最终获得关于缺陷类型的判断。
胡展飞[9]2009年在《基桩超声波CT检测研究》文中研究说明研究了应用超声CT对混凝土内部进行层析的算法。针对超声波在混凝土中传播时存在折射、绕射等现象,将射线追踪算法引入到层析算法中,对重建方法进行改进,得到了很好的层析效果。在分析射线追踪算法的基础上,提出了一种基于交叉扫描的线性插值射线追踪算法,该算法采取上下左右全面扫描的方法,能绕开与发射点同列的低速区,提高了算法的精度,而且对整个区域只扫描一次,降低了编程的复杂度。针对混凝土超声检测中,获取的数据不完全、干扰因素多、误差大等特点,给出了重建算法中系数矩阵A的求法,大大降低了其求解复杂度。通过数值仿真表明:超声波CT检测方法、重建算法对混凝土进行超声层析成像,图像重建效果良好。为了使CT混凝土超声波检测中有更好的应用,在速度反演,射线追踪,图象处理,以及图象分割等多个方面进行了数值模拟,并分析探讨了超声波CT图象的特点及其影响因素。
樊瑶[10]2008年在《超声CT技术在混凝土无损检测中的应用研究》文中研究指明超声层析成像技术作为无损检测成本较低的手段之一,可以用图像的方式精确完整地反映层析面上检测体内部质量,较传统方法有明显优点,因而成为一种独特有效的无损检测手段。层析成像中主要包括两个相互关联的计算部分:正演和反演。正演求取射线路径,反演求取模型波慢正量。超声波在混凝土中的传播特性,以及混凝土本身的不均匀性,使得超声波的实际传播路径发生弯曲。论文在分析正演弯曲射线追踪的基础上,引入最短路径射线追踪算法(SPT)。针对反演常用算法均存在计算精度不高,在测试数据存在误差的情况下容易发散等不足,提出了改进的共轭梯度法(PCG)和基于QR分解的阻尼最小二乘法(DLSQR)。论文在迭代的过程中利用最短路径射线追踪算法(SPT)正演射线的实际行走路径,将最短路径射线追踪算法(SPT)引入混凝土超声层析成像中。分析研究共轭梯度法(CG)对于病态矩阵收敛速度慢的特点,提出一种新的预条件子M,并且结合一般的共轭梯度法,导出了预条件共轭梯度法(PCG)。鉴于对于数据误差较大时,基于QR分解的最小二乘(LSQR)算法仍会发散。为提高LSQR算法的抗噪能力,抑制迭代过程中数据误差的发散,可对迭代求解过程施加一定的阻尼,构成阻尼LSQR算法(DLSQR)。计算机仿真结果及混凝土试件的试验结果表明,SPT算法的引入,进一步提高了图像重建的精度和质量。PCG算法使用预处理方法改善其条件数,加快迭代的收敛速度。DLSQR算法具有良好的稳定性、较小的存储容量和计算量,适合病态问题求解。
参考文献：
[1]. 混凝土超声CT的数值模拟与试验研究[D]. 黄靓. 湖南大学. 2003
[2]. 混凝土超声CT反演策略的研究[D]. 纪学灵. 湖南大学. 2008
[3]. 钢管混凝土超声测试方法研究[D]. 檀永杰. 大连理工大学. 2012
[4]. 混凝土超声层析成像方法研究[D]. 戚秀真. 长安大学. 2016
[5]. 混凝土介质隐患超声波CT探测技术研究[D]. 刘稳. 安徽理工大学. 2015
[6]. 混凝土超声无损检测层析成像技术研究[D]. 戚秀真. 长安大学. 2006
[7]. 基于超声CT的混凝土质量检测方法研究[D]. 殷黎. 中北大学. 2007
[8]. 数据融合技术在混凝土结构检测中的应用研究[D]. 王婷. 同济大学. 2006
[9]. 基桩超声波CT检测研究[D]. 胡展飞. 长沙理工大学. 2009
[10]. 超声CT技术在混凝土无损检测中的应用研究[D]. 樊瑶. 长安大学. 2008