[发明专利]混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于混凝土坝等大体积水工混凝土结构病害探测技术领域，具体涉及一种混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法。

背景技术

大体积水工混凝土结构常见的病害包括裂缝、溶蚀、冻融、温度疲劳、碳化、钢筋锈蚀、碱集料反应等，在这些病害单独或共同作用下，混凝土结构的表面损伤和内部缺陷形成并不断积累，严重影响了结构的稳定性、耐久性和承载能力，从而降低了水工混凝土结构的安全运行性能。目前，安全监测资料分析采用在坝体内外埋设传感器的方式测量混凝土坝运行参数，通过统计分析和计算等方式综合评价混凝土坝各部位的安全性态，该法能在较为经济的条件下尽早发现坝体运行异常，但在精确判断整个大坝所有部位可能出现的病害状况上，尚有待进一步提高。当前混凝土坝病害的探测水平较为落后。

超声波的穿透能力强，而且超声检测设备简单，操作比较方便，一直以来都被广泛用于金属的裂纹、焊缝等结构缺陷检测，并取得了很好的效果，是国内外结构病害探测领域研究的热点之一，但超声波探测技术在混凝土坝上的应用还较少。主要原因在于：混凝土坝或水工混凝土结构的体积一般都较为庞大，超声波在混凝土中传播的过程中发生能量衰减、声波散射和反射等现象，使得超声波应用于混凝土坝病害检测时产生探测深度不大（一般小于500mm），并且接收波相互干扰强也限制了超声波在混凝土坝病害探测中的应用前景。

相控阵超声检测技术基于常规超声波与惠更斯理论，由多个相互独立的压电晶片组成阵列换能器，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面；通过脉冲延迟触发所产生的不同相位干涉，来调节超声波束角度或聚焦深度，从而达到在不同深度、不同位置产生波束聚焦、偏转等相控效果的目的，通过对数据采集仪器所采集的回波信号进行一系列处理从而高分辨率的病害探测影像和高精度的病害特征信息。在无损检测中，相控阵超声技术可以灵活、便捷地控制探头产生超声波束的轴线、偏转方向、聚焦位置和焦点尺寸等参数，能大大提高信噪比、检测灵敏度及检测效率，是超声检测技术的发展热点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法，根据大体积水工混凝土结构病害的先验信息，采用人工免疫算法优化设计具有稀疏特性的二维随机稀疏阵列换能器，采用二维灰度图重构方法构建病害探测图像，实现大体积水工混凝土结构病害的现场探测。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法，具体步骤如下：

步骤1，针对混凝土坝病害的先验信息，采用人工免疫算法优化设计具有稀疏特性的二维随机稀疏阵列换能器，即得到稀疏阵列相控阵超声探测阵元的布置形式；具体为：

101，设置反映冗余度的稀疏参数，对满阵冗余系统探头阵列进行免疫算法模拟；

102，设置编码参数为k，设k=0进行初始化，并随机选择初始化抗体群体P(k)；

103，对初始化抗体群体P(k)与抗原进行亲和度检验评估；

104，对初始化抗体群体P(k)按照亲和度评估大小降序排序，选择亲和度排序较高的前50%的抗体群体P_H(k)进行自适应克隆繁殖扩增，得到抗体群体P_M(k)，所构造的适应度函数为：