[发明专利]声波透射法首波的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于使用声波仪进行声波透射法测试岩土介质声学参数技术中声波首波的检测方法，应用于使用声波仪检测岩土介质的声波波速和使用声波仪检测灌注基桩的桩身完整性。

背景技术

使用声波仪进行声波透射法检测岩土介质的声波波速和声波首波幅度，是一种应用及其广泛的技术。例如检测基桩桩身介质声波波速和声波首波幅度用于判定基桩的完整性，参见《建筑基桩检测技术规范(JGJ1062003)》。

基本方法是：声波仪的发射传感器和接受传感器分别放置于被测岩土介质的不同部位，发射传感器和接受传感器之间的间距已知，发射传感器发射一组声波，该组声波经过岩土介质从发射传感器位置传播到接受传感器位置，接受传感器接收这组声波。该组声波波形的典型形态是一组的振荡波形，且振荡波形起始段由多个半波组成，定义一个半波内的最大幅度为半波幅度，振荡波形起始段半波幅度逐渐增大，第一个半波称为首波，第一个半波的半波幅度称为首波幅度。首波幅度通常远小于该组声波中的最大半波幅度。

根据接受传感器接收到的声波波形，(1)可以得到声波的首波声时，即声波波形中第一个半波的起始时间，(2)可以得到声波的首波声幅，即声波波形中第一个半波的最大幅度。结合发射传感器和接受传感器之间的距离，根据首波声时可以计算出两传感器之间岩土介质的声波波速，根据首波声幅可以计算出两传感器之间岩土介质的衰减性质。

确定声波的首波声时和首波声幅，其前提是检测出首波，即识别出声波波形中第一个半波。在实际检测环境中，存在着各种干扰，接收到的声波波形不可避免的叠加有噪声，有时发射传感器和接受传感器之间的距离较远，接受到的声波波形衰减严重，哪一个半波是首波不易判定。应用中迫切需要准确可靠的首波检测方法。

实际检测中，测点数量往往很大，例如根据《建筑基桩检测技术规范(JGJ1062003)》的规定，对直径大于2米的桩，应设置4根声测管，形成6个检测剖面，测点移距0.2米，如桩长100米，每个剖面的测点数量为500个，一根桩总计3000个测点，一个工地有时有数百上千根桩需要检测。应用中迫切需要一种易于实现且高效率的首波检测方法。

早期确定首波的方法是：根据显示在声波仪屏幕上的声波波形，由检测人员根据经验人工判定首波，而后手动移动光标读取的首波声时和首波声幅，这种方法的缺点是效率极低，且在声波波形较差时，人为的差异很大。

目前数字声波仪通常有自动检测首波的功能，检测方法是：设置幅值阈值A，对采样得到的N个声波波形的数据，逐个与阈值A比较，首个超出A，-A范围的数据所在的半波被认定为首波。这种方法的优点是计算过程简单，易于实现计算机自动检测。但是这种方法有以下两个明显的缺点：

(1)计算结果的正确性依赖于阈值A的设置。实际检测中声波波形的幅度与介质质量有关，且非常敏感，变化范围很大，特别是在介质有缺陷时，声波波形的幅度往往成倍减小。如果设置的阈值A过大，在声波波形幅度较小时，真正的首波幅度会小于阈值A，其后幅度更大的半波才会超过阈值A，被判定为首波，造成误判。

(2)抗干扰能力较差。实际检测中声波波形的信噪比与介质质量有关，与声波传播距离有关，并且检测过程中常常有各种干扰。如果设置的阈值A过小，在声波波形信噪比较低时，噪声可能会超过阈值A，被判定为首波，造成误判。

误判可能带来极其严重的后果，因此需要频繁地人工手动调整阈值A，造成效率的大大下降。

事实上，根据声波波形判定首波，依据的应该是波形的曲线特征，声波波形的幅度按比例放大或缩小并不导致首波识别的变化，现行的设置幅值阈值A的首波计算方法实质是仅考虑幅值信息，显然是不适当的。波形的曲线特征与声波的频率特性相关性更强，因此有必要舍弃幅值阈值A，设计一种依据声波发射与接收传感器频率的首波检测方法，因为在检测过程中，发射与接收传感器是不变的；并且这种方法应该并不过分依赖传感器的频率值，因为传播过程中声波的频率成分也是会变化的。

发明内容

本发明的目地是提供一种进行声波透射法首波的检测方法，该检测方法检测首波时抗干扰能力强，检测结果对初始设置参数的依赖度不高，检测结果稳定可靠，算法简单，易于在资源较少的数字声波仪上实现本发明，在实际应用中可以大大提高检测效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术措施：