一种修正打声法中敲击力度影响的方法、装置和设备与流程

1.本发明属于工程无损检测技术领域，具体涉及一种修正打声法中敲击力度影响的方法、装置和设备。


背景技术：

2.在工程检测技术领域，打声法(敲击法)是一种简单有效的方法。使用激振锤敲击测试结构表面来产生振动信号，通过人听声辨别或者使用拾音装置拾取该信号后分析辨别结构有无脱空缺陷。尤其是在铁路隧道衬砌检测领域，应用更为广泛，国家铁路局发布的《铁路隧道工程施工质量验收标准》tb 10417 2018规范中，明确指出铁路虽大衬砌质量验收中采用敲击(打声法)的检测技术来进行检测验收。
3.现有打声法测试信号分析受敲击力度的影响较大，即使同一测点、敲击力度不同，其声音的特征参数(如持续时间、卓越、重心周期等)也会发生变化，从而对打声法测试的数据分析判定造成较大影响，导致分析结果不准确，无法提供可靠有效的数据支撑。


技术实现要素：

4.为了解决现有打声法测试信号分析受敲击力度的影响导致分析结果不准确的问题，本发明提供了一种修正打声法中敲击力度影响的方法。本发明通过分析信号的持续时间来实现对卓越周期、重心周期值等特征参数的修正，从而实现测试信号的优化，提高后续检测判断的准确性和可靠性。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种修正打声法中敲击力度影响的方法，包括：
7.利用标定数据拟合得到基准曲线，并计算得到修正指数；
8.通过基准曲线修正实测数据特征参数值；
9.根据修正后的实测数据特征参数值和修正指数进行缺陷检测。
10.优选的，本发明的利用标定数据拟合得到基准曲线步骤具体包括：
11.获取标定数据；
12.根据标定数据，利用最小二乘回归拟合得到回归基准线；
13.根据回归基准线，计算标定数据持续时间对应的卓越周期和重心周期的标准偏差；
14.根据回归基准线，计算标定数据持续时间对应的卓越周期和重心周期的基准值；
15.根据卓越周期和重心周期的标准偏差和基准值，计算敲击力度综合修正系数。
16.优选的，本发明利用最小二乘回归拟合得到的回归基准线表示为：
17.yi＝aln(t
e，i
)+b
18.其中，系数a和系数b为该回归基准线系数，yi表示卓越周期或重心周期。
19.优选的，本发明的计算标定数据持续时间对应的卓越周期和重心周期的标准偏差步骤具体包括：
20.根据回归基准线，计算得到标定数据持续时间对应的卓越周期和重心周期；
21.根据计算得到的卓越周期和重心周期以及实测得到的卓越周期和重心周期，利用下式计算得到卓越周期和重心周期的标准偏差。
22.优选的，本发明的计算得到标定数据持续时间对应的卓越周期或重心周期的基准值步骤具体包括：
23.如果信号持续时间大于等于极大值，则通过式(1)计算卓越周期或重心周期的基准值：
24.tc＝aln(t
e_max
)+b+1.645σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
25.式中，t
e_max
为持续时间的极大值；σ为标准偏差；系数a和系数b为回归基准线系数；
26.如果信号持续时间小于等于极小值，则通过式(2)计算卓越周期或重心周期的基准值：
27.tc＝aln(t
e_min
)+b+1.645σ
ꢀꢀꢀ
(2)
28.式中，t
e_min
为持续时间的极小值；
29.如果信号持续时间大于极小值且小于极大值，则通过式(3)计算卓越周期或重心周期的基准值：
30.tc＝aln(te)+b+1.645σ
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。
31.优选的，本发明的计算敲击力度综合修正系数步骤具体为：
32.计算得到卓越周期和重心周期的综合基准值；
33.根据卓越周期和重心周期的综合基准值和标准偏差，计算得到敲击力度综合修正系数。
34.优选的，本发明的通过基准曲线修正实测数据特征参数值步骤具体包括：
35.获取实测数据；
36.根据基准曲线，计算得到实测数据持续时间对应的卓越周期基准值和重心周期基准值；
37.分别根据卓越周期基准值和重心周期基准值计算得到脱空指数的分项指数；
38.根据分项指数，计算得到综合脱空指数。
39.优选的，本发明的根据修正后的实测数据特征参数值和修正指数进行缺陷检测步骤具体为：
40.根据综合脱空指数及敲击力度综合修正指数来判定被测对象是否存在缺陷。
41.第二方面，本发明提出了一种修正打声法中敲击力度影响的装置，包括标定模块、修正模块和检测模块；
42.其中，所述标定模块利用标定数据拟合得到基准曲线，并计算得到修正指数；
43.所述修正模块通过基准曲线修正实测数据特征参数值；
44.所述检测模块根据修正后的实测数据特征参数值和修正指数进行缺陷检测。
45.第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。
46.本发明具有如下的优点和有益效果：
47.本发明通过对打声法实测数据进行修正优化，保证数据的稳定性和可靠性，从而提高了打声法测试信号分析结果的准确性，为后续的检测判断提供更加有效可靠的数据支
撑。
附图说明
48.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
49.图1为本发明的方法流程示意图。
50.图2为本发明的拟合过程流程示意图。
51.图3为本发明的标定数据回归曲线图。
52.图4为本发明的修正过程流程示意图。
53.图5为本发明的计算机设备原理框图。
54.图6为本发明的装置原理框图。
55.图7为一应用场景的实测(原始)数据时域图。
56.图8为图7所示的原始数据频谱图。
57.图9为对图7所示的实测数据进行频谱分析得到的脱空指数统计图。
58.图10为采用本发明进行修正之后的脱空指数统计图。
具体实施方式
59.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
60.实施例1
61.本实施例提出了一种修正打声法中敲击力度影响的方法，通过对大量现场实测数据分析研究表明，通常情况下打击力度越大，信号的持续时间也越长且卓越、重心周期会变短，因此本实施例的方法通过分析信号的持续时间来实现对卓越周期、重心周期值等特征参数的修正。
62.具体如图1所示，本实施例的方法具体包括以下步骤：
63.步骤101，利用标定数据拟合得到基准曲线，并计算得到修正指数。
64.如图2所示，本实施例的步骤101具体包括如下子步骤：
65.步骤201，获取标定数据。
66.本实施例在无噪声的情况下，现场采集标定用数据[t
e，i
，t
s，i
]，t
e，i
为数据持续时间，t
s，i
为重心(卓越)周期，并从标定用数据中提取出信号持续时间的极大值t
e_max
和极小值t
e_min
。其中，下标i为测点编号。
[0067]
步骤202，根据标定数据，利用最小二乘回归拟合得到回归基准线。
[0068]
本实施例令yi＝t
s，i
，xi＝lnt
e，i
，利用最小二乘回归(y＝ax+b)拟合得到回归基准线(即以in持续时间为横坐标，卓越(重心)周期为纵坐标的曲线)，如图3所示，从而可得到该回归基准线的系数a和系数b，则该回归基准线可表示为：
[0069]
yi＝aln(t
e，i
)+b。
[0070]
步骤203，计算重心(卓越)周期的标准偏差。
[0071]
具体利用得到的回归基准线结合标定用数据的持续时间计算得到其对应的重心
(卓越)周期，具体计算公式如下式(1)所示：
[0072]
yi＝aln(t
e，i
)+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0073]
根据计算得到的持续时间对应的重心(卓越)周期以及实测的该持续时间对应的重心(卓越)周期计算得到重心(卓越)周期的标准偏差σ，具体计算公式如下式(2)所示：
[0074][0075]
式中，t
s，i
为实测的该持续时间对应的重心(卓越)周期，yi为计算得到的持续时间对应的重心(卓越)周期，n为测点数量。
[0076]
步骤204，计算重心(卓越)周期的基准值。
[0077]
本实施例通过式(3)-(5)计算重心(卓越)周期的基准值tc：
[0078]
te≥t
e_max
：tc＝aln(t
e_max
)+b+1.645σ；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0079]
te≤t
e_min
：tc＝aln(t
e_min
)+b+1.645σ；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0080]
t
e_max
＞te＞t
e_min
：tc＝aln(te)+b+1.645σ；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0081]
步骤205，计算敲击力度综合修正系数。
[0082]
本实施例通过式(6)计算重心(卓越)周期的综合基准值c：
[0083][0084]
通过式(7)计算得到综合修正系数η：
[0085][0086]
式中，c1表示卓越周期的综合基准值，c2表示重心周期的综合基准值，σ1表示卓越周期的标准偏差，σ2表示重心周期的标准偏差。
[0087]
步骤102，通过基准曲线修正实测数据特征参数值。
[0088]
如图4所示，本实施例的步骤102具体包括以下子步骤：
[0089]
步骤301，测试数据得到参数xk(k＝1、2分别对应卓越周期、重心周期)和持续时间te。
[0090]
步骤302，采用式(3)-(5)计算得到实测数据的持续时间te对应的卓越周期基准值t
c1
和重心周期基准值t
c2
。
[0091]
步骤303，计算脱空指数的分项指数sk：
[0092][0093]
式中，k＝1、2分别对应卓越周期、重心周期。
[0094]
步骤304，计算综合脱空指数d：
[0095]
d＝(s1·
s2)
1/2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0096]
式中，s1表示卓越周期分项指数，s2表示重心周期分项指数。
[0097]
步骤103，根据修正后的实测数据特征参数值和修正指数进行缺陷检测。
[0098]
本实施例根据综合脱空指数及敲击力度综合修正指数来判定被测对象是否存在
缺陷。
[0099]
本实施例具体判定过程如下：
[0100]
如果d≥1+0.682η，则判定存在缺陷；
[0101]
如果1+0.682η＞d≥1，则判定存在疑似缺陷；通过进一步确认是否存在缺陷；
[0102]
如果1＞d，则判定健全。
[0103]
本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。
[0104]
具体如图5所示，计算机设备包括处理器、内存储器和系统总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(rom)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(ram)，ram通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。
[0105]
计算机设备一般包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型sd卡)，cd-rom，数字通用光盘(dvd)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。
[0106]
计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口(局域网lan接口)与网络终端相连接。局域网(lan)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。wifi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。
[0107]
应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。
[0108]
如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行修正打声法中敲击力度影响的方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。
[0109]
实施例2
[0110]
本实施例提出了一种修正打声法中敲击力度影响的装置，具体如图6所示，本实施例的装置包括标定模块、修正模块和检测模块。
[0111]
其中，标定模块利用标定数据拟合得到基准曲线，并计算得到修正指数；
[0112]
修正模块通过基准曲线修正实测数据特征参数值；
[0113]
检测模块根据修正后的实测数据特征参数值和修正指数进行缺陷检测。
[0114]
本实施例的标定模块包括标定数据获取单元、拟合单元、标准偏差计算单元、基准值计算单元、系数计算单元。
[0115]
标定数据获取单元用于获取标定数据，包括数据持续时间t
e，i
和中心(卓越)周期t
s，i
，其中，i＝1、2分别对应卓越周期、重心周期；并从标定数据提取出信号持续时间的极大值t
e_max
和极小值t
e_min
。
[0116]
拟合单元根据标定数据，采用最小二乘回归拟合得到回归基准线。
[0117]
标准偏差计算单元计算得到重心(卓越)周期的标准偏差。
[0118]
基准值计算单元计算得到重心(卓越)周期的基准值。
[0119]
系数计算单元根据重心(卓越)周期的标准偏差和基准值计算敲击力度综合修正指数。
[0120]
本实施例的修正模块包括测试数据获取单元、实测基准值计算单元、分项指数计算单元、脱空指数计算单元。
[0121]
测试数据获取单元用于获取测试参数xk(k＝1、2分别对应卓越周期、重心周期)和持续时间te。
[0122]
实测基准值计算单元计算得到实测数据的持续时间对应的重心(卓越)周期基准值。
[0123]
分项指数计算单元计算脱空指数的分项指数。
[0124]
脱空指数计算单元根据分项指数计算综合脱空指数。
[0125]
本实施例的检测模块根据综合脱空指数及敲击力度综合修正系数来判定被测对象是否存在缺陷。
[0126]
实施例3
[0127]
本实施例将上述实施例提出的技术应用于某铁路隧道衬砌检测中，采用敲击声频检测法，获取了相关数据，该隧道为在建施工隧道，实测数据如图7-8所示，该实测数据的卓越周期为8.52ms，重心周期为0.17ms，脱脂指数为1.95(缺陷)，敲击力度变化导致信号卓越周期产生较大变化，从而影响实测数据结果的判定。
[0128]
本实施例直接对原始数据进行频谱分析并计算得到脱空指数，如图9所示(其中，x表示脱空指数，y表示测点)，由图9可以看出，数据中尤其是脱空处数据，其脱空指数不稳定，因此，采用上述实施例提出的方法对该数据进行修正，结果如图10所示，对比图9和图10可知，通过敲击力度修正后，打声法数据的稳定性提升十分明显，有利于对实测数据结果的判定。
[0129]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。