[发明专利]一种隧道衬砌质量声波快速无损检测方法

权利要求书

1.一种隧道衬砌质量声波快速无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定隧道衬砌检测区段；

步骤2，将所述隧道衬砌检测区段划分为若干个矩形形状的检测单元；

步骤3，在所述隧道衬砌检测区段建立整体的XY坐标系；对于每个所述检测单元，采用基于超宽带UWB高精度定位算法，进行声波快速检测，具体方法为：

步骤3.1，在矩形的所述检测单元的三个顶点位置，分别布置基站T1、基站T2和基站T3；基站T1、基站T2和基站T3在整体的XY坐标系中的位置坐标值已知；

步骤3.2，在所述检测单元内布置多条平行的测线，每条测线布置多个等间距的测点；

声波快速检测装置R在所述检测单元内，沿所述测线的测点依次移动，每当移动到一个测点C_i位置时，声波快速检测装置R通过以下方式，实时获得测点C_i在整体的XY坐标系中的位置坐标C_i(x_i,y_i):

1)声波快速检测装置R在测点C_i，分别向基站T1、基站T2和基站T3发送探测报文，并记录探测报文发送时刻t1；

基站T1、基站T2和基站T3接收到探测报文后，立即向声波快速检测装置R发送探测响应报文，声波快速检测装置R接收到基站T1的探测响应报文的时刻为t2，接收到基站T2的探测响应报文的时刻为t3，接收到基站T3的探测响应报文的时刻为t4；

2)声波快速检测装置R根据与基站T1间的报文传输时间t2-t1，得到测点C_i与基站T1间的距离L1；

同样的，声波快速检测装置R根据与基站T2间的报文传输时间t3-t1，得到测点C_i与基站T2间的距离L2；

声波快速检测装置R根据与基站T3间的报文传输时间t4-t1，得到测点C_i与基站T3间的距离L3；

3)根据距离L1、距离L2和距离L3，采用三角定位方法，得到测点C_i的位置坐标C_i(x_i,y_i)；

步骤3.3，每当声波快速检测装置R移动到一个测点C_i位置时，声波快速检测装置R通过以下方式，进行声波快速检测：

声波快速检测装置R集成声波发射单元和声波接收单元，声波快速检测装置R的声波发射单元向目标反射层发射垂直方向的声波，经目标反射层的对应位置反射后，形成声波回波，并被所述声波接收单元接收，由此得到一条与测点C_i对应的声波探测信号；其中，所述与测点C_i对应的声波探测信号为三分量声波探测信号，包括：X分量声波探测信号、Y分量声波探测信号和Z分量声波探测信号；

步骤4，因此，在对隧道衬砌检测区段的所有测点进行声波快速检测后，得到与每个测点C_i(x_i,y_i)对应的三分量声波探测信号；采用下面方法，对与每个测点C_i(x_i,y_i)对应的三分量声波探测信号进行数据处理：

根据三分量声波探测信号的信号走时，获得与测点C_i(x_i,y_i)对应的目标探测点D_i的深度z_i；由于声波发射单元向目标反射层发射垂直方向的声波，因此，目标探测点D_i的x向坐标与测点C_i的x向坐标相同，目标探测点D_i的y向坐标与测点C_i的y向坐标相同，由此得到目标探测点D_i的三维坐标为(x_i,y_i,z_i)；从三分量声波探测信号提取出振幅特征信号，分别为：λ_ix、λ_iy和λ_iz，其中：λ_ix表示目标探测点D_i的振幅X分量，λ_iy表示目标探测点D_i的振幅Y分量，λ_iz表示目标探测点D_i的振幅Z分量；由此得到目标探测点D_i的X分量特征信息(x_i,y_i,z_i,λ_ix)、Y分量特征信息(x_i,y_i,z_i,λ_iy)和Z分量特征信息(x_i,y_i,z_i,λ_iz)；

步骤5，图像三维空间定位拼接，方法为：

将所有测点对应的目标探测点的X分量特征信息进行空间定位拼接，形成隧道衬砌检测区段的X分量声波快速无损检测图；拼接方法为：建立X分量声波快速无损检测坐标系；在该坐标系中，将每个目标探测点的三维坐标表示在坐标系中，然后将对应的振幅特征信号通过预定义的色彩，标识在坐标系的对应位置点，最终形成通过色彩表示的X分量声波快速无损检测图；

将所有测点对应的目标探测点的Y分量特征信息进行空间定位拼接，形成隧道衬砌检测区段的Y分量声波快速无损检测图；

将所有测点对应的目标探测点的Z分量特征信息进行空间定位拼接，形成隧道衬砌检测区段的Z分量声波快速无损检测图；

步骤6，将X分量声波快速无损检测图、Y分量声波快速无损检测图和Z分量声波快速无损检测图合成为隧道衬砌质量检测三维图，并显示。