消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法、介质和系统

本发明属于混凝土检测，具体涉及一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法、介质和系统。

背景技术：

1、作为衡量混凝土结构性能与耐久性的关键参数，孔隙率深刻影响着混凝土的强度、渗透性以及服役寿命，因此开发高精度的无损检测技术，用于评价和控制混凝土孔隙结构，对于提升工程结构的长期可靠性与耐久性具有重要意义。

2、无损检测(non-destructive testing,ndt)是一种在不破坏目标对象的前提下，通过物理、化学或机械手段对材料或结构进行检测和评估的方法。其显著优势在于检测过程不会损伤结构，特别适用于需要高可靠性和长期使用的工程应用。当前主流的无损检测方法包括声波、弹性波和电磁波技术，其中电磁检测以其高效、便携和可靠的特点广受关注。以探地雷达(ground penetrating radar,gpr)为代表的电磁检测技术，通过分析介质对电磁波的衰减来反演介电参数，以此评估材料的孔隙率。然而，水分对介电性能影响显著，极易干扰测试结果。因此，如何有效降低水分干扰，已成为当前混凝土孔隙率电磁无损检测技术亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法、介质和系统，以解决现有技术中gpr测试混凝土孔隙率时极易受到水分干扰的问题，本方案实现了消除电磁无损检测中水分对计算的影响。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、本发明第一方面公开了一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，包括如下步骤：

4、t1：采用待测介质制备具有不同含水率的试件，并获取各试件的孔隙率；

5、t2：通过探地雷达获取各试件的介电常数和电导率，构建包含介电常数、电导率与孔隙率的数据集；

6、t3：将水作为待测介质的组成之一以推导含水条件下的介电模型和非饱和状态下的电导率模型，联立介电模型和电导率模型以消除模型中的含水率参数，得到包含未知参数的孔隙率检测模型；

7、t4：将步骤t2得到的数据集代入步骤t3得到的孔隙率检测模型对未知参数进行拟合，得到不受水分影响的孔隙率检测模型；

8、t5：通过探地雷达获取待测介质的介电常数和电导率，并代入步骤t4得到的孔隙率检测模型计算得到待测介质的孔隙率。

9、优选的，所述的方法用于混凝土孔隙率的电磁无损检测方法。

10、优选的，步骤t1中，通过吸水法获取各试件的孔隙率。

11、优选的，步骤t2中，

12、根据探地雷达采集的反射波时域信号，并通过计算波在试件中的传播速度，获取试件的介电常数；

13、基于反射波信号的幅值衰减估算衰减系数，并结合介电常数获取试件的电导率。

14、优选的，步骤t3中，含水条件下的介电模型为：

15、

16、式中：εt表示混凝土的介电常数，εw表示水的介电常数，εj表示待测介质中固体部分的介电常数，ξ表示含水率，φ表示孔隙率。

17、优选的，步骤t3中，电导率模型为：

18、

19、式中：σt表示混凝土的电导率，σp表示孔隙溶液的电导率，ξc表示临界含水率，m表示archie指数，η表示未知参数。

20、优选的，步骤t4中，不受水分影响的孔隙率检测模型为：

21、φ＝aσtb+cεt′+d；

22、式中：

23、

24、其中，εt表示混凝土的介电常数，εw表示水的介电常数，εj表示待测介质中固体部分的介电常数，φ表示孔隙率，σt表示混凝土的电导率，σp表示孔隙溶液的电导率，ξc表示临界含水率，m表示archie指数，η表示未知参数。

25、优选的，所述的方法还包括：

26、t4-1：采用最小二乘法对步骤t4得到的孔隙率检测模型拟合的未知参数进行优化。

27、优选的，步骤t2中，获取的数据集以4：1的比例分为样本集a和样本集b，其中，样本集a用于进行步骤t3和步骤t4以对未知参数进行拟合，样本集b用于进行步骤t4-1对未知参数进行优化。

28、优选的，步骤t4-1中，包括如下步骤：

29、t4-1-1：定义损失函数为误差平方和；

30、t4-1-2：求解损失函数对参数的偏导数，更新参数其中α为学习率；

31、t4-1-3：通过梯度下降法迭代优化至收敛。

32、本发明第二方面公开了一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述的程序运行时控制所述的计算机可读存储介质所在设备执行如上任一所述的方法。

33、本发明第三方面公开了一种孔隙率电磁无损检测系统，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中，所述的一个或多个程序被存储在所述的存储器中，并且被配置为由所述的一个或多个处理器执行，所述的一个或多个程序用于执行如上任一所述的方法。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、本发明利用机器学习结合探地雷达检测技术，通过介电常数和电导率参数对混凝土孔隙率进行测定，不仅有效消除水分对电磁数据的影响，还能够对现有混凝土结构孔隙率进行快速便捷的无损检测，在检测精度上取得了良好效果，检测速度快、准确度高。实际应用过程中，能够快速获取检测结果，一旦发现异常情况，可迅速定位并补救，大幅提升了混凝土孔隙率检测效率。

技术特征：

1.一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，步骤t2中，

3.根据权利要求1所述的一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，步骤t3中，含水条件下的介电模型为：

4.根据权利要求1所述的一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，步骤t3中，电导率模型为：

5.根据权利要求1所述的一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，步骤t4中，不受水分影响的孔隙率检测模型为：

6.根据权利要求1所述的一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，所述的方法还包括：

7.根据权利要求6所述的一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，步骤t2中，获取的数据集以4：1的比例分为样本集a和样本集b，其中，样本集a用于进行步骤t3和步骤t4以对未知参数进行拟合，样本集b用于进行步骤t4-1对未知参数进行优化。

8.根据权利要求6所述的一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法，其特征在于，步骤t4-1中，包括如下步骤：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述的计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述的程序运行时控制所述的计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1～8任一所述的方法。

10.一种孔隙率电磁无损检测系统，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中，所述的一个或多个程序被存储在所述的存储器中，并且被配置为由所述的一个或多个处理器执行，所述的一个或多个程序用于执行如权利要求1～8任一所述的方法。

技术总结
本发明属于混凝土检测技术领域，具体涉及一种消除水分影响的孔隙率电磁无损检测方法、介质和系统，包括如下步骤：采用待测介质制备具有不同含水率的试件，并获取各试件的孔隙率；通过探地雷达获取各试件的介电常数和电导率，构建包含介电常数、电导率与孔隙率的数据集；推导含水条件下的介电模型和非饱和状态下的电导率模型，联立消除模型中的含水率参数，得到包含未知参数的孔隙率检测模型；将数据集代入孔隙率检测模型进行拟合，得到不受水分影响的孔隙率检测模型。与现有技术相比，本发明解决现有技术中GPR测试混凝土孔隙率时极易受到水分干扰的问题，本方案实现了消除电磁无损检测中水分对计算的影响。

技术研发人员：李辉,王盼,刘明艳,陈伟,闫亚鹏,万瑶宇
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6