专利名称：一种基于谱能比的数字信号分析方法
技术领域：
本发明涉及分析及测量技术领域，尤其涉及一种基于谱能比的数字信号分析方法。
背景技术：
随着预应力管道注浆、锚索、锚杆、钢筋笼和基桩等工程的广泛应用，急需一种高效的无损检测方法对以上工程的施工质量检测，但目前的检测分析方法并没有一种可以对桥梁预应力管道注浆质量进行高效精确无损检测的；目前的检测分析方法也没有可以应用于对锚索自由段长度进行高效精确无损检测的方法，从而无法确保锚固工程的质量与安全，目前的检测分析方法也没有可以应用于对钢筋笼长度进行高效精确无损检测的方法。

发明内容
为了解决以上问题并填补技术空白，本发明提供了一种基于谱能比的数字信号分析方法，本方法可应用于预应力管道注浆、锚索、锚杆、钢筋笼和基桩等工程的施工质量检测，对其无损检测数据进行分析。随着对检测对象检测记录到的波形数字信号，提出了谱能分析方法，对预应力管道注浆、锚索、锚杆、钢筋笼和基桩的施工质量进行十分有效的分析解译。本发明提供的基于谱能比的数字信号分析方法，包括以下步骤SI，通过物探方法记录得到被检测对象的物性波形信号；S2，通过短时窗滚动频谱分析法对所述波形信号进行傅里叶变换，再得出其谱能分析图；S3，通过对所述谱能分析图的分析计算得出所述被检测对象的状态。优选的，SI具体为使用物探方法记录得到被检测对象的物性波形信号；所述波形信号包括相位、振幅和频率，所述相位、振幅和频率与所述被检测对象在不同时-深位置的状态成对应关系。优选的，S2具体为通过傅里叶变换将SI中记录得到的所述波形信号转化为频谱信号，将波形的非周期函数分解为构成被检测对象的不同介质物性波形信号的简谐函数之和，对其进行谱能分析，得出其谱能分析图。优选的，S3具体为在所述谱能分析图中以时窗的滚动方法进行定位，通过对时窗内信号进行傅里叶积分，利用公式计算得出被检测对象的谱能比，再结合所述谱能分析图呈现的特征分离识别出被检测对象的状态。优选的，所述利用公式计算得出被检测对象的谱能比，具体为，通过傅里叶变换获得被检对象物性信号的频谱信息，然后利用所述公式计算被检对象物性信号的能量与总能量之比；所述能量是指频响带谱线轮廓面积，所述总能量是指全频段谱线轮廓面积。优选的，所述被检对象物性信号的能量与总能量之比，具体为，构成被检测对象中某单一介质频响的简谐谱与被检测对象频响的复合谱的谱能比。
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的谐振谱特征时，则所述被检测对象处于自由状态；如果所述谱能分析图呈现出边坡岩体或梁板构件体系振动的复合谱特征时，则所述被检测对象处于受束状态。优选的，所述自由弦振的谐振谱特征是指频率单一和/或所述谱能比大于预设阀值；所述边坡岩体或梁板构件体系振动的复合谱特征是指所述谱能比小于或等于预设阀值。优选的，所述物探方法是指利用声和/或光和/或磁和/或电的特性，在不损害或不影响被检对象的前提下对被检对象进行探测的方法。优选的，所述物探方法是指使用声波仪和/或地震仪和/或地质雷达等，采用反射法对被检对象进行探测的方法。本发明的有益效果是(I)本发明提供的基于谱能比的数字信号分析方法揭示了一种桥梁预应力管道注浆质量无损检测的方法，使得新建桥梁质量得以控制，延长其使用寿命，对我国公路、铁路桥梁的健康运营意义重大。(2)本发明提供的基于谱能比的数字信号分析方法，可以提高锚索锚杆锚固工程检测结果的准确性，填补锚索自由段长度无损检测领域的空白，使得锚索检测工作的质量和检测评定结果具有高度可靠性，确保锚固工程的质量与安全。(3)本发明提供的基于谱能比的数字信号分析方法，可以高精度的检测钢筋笼长度，填补钢筋笼长度无损检测领域的空白。(4)本发明提供的基于谱能比的数字信号分析方法，可以提高基桩无损检测的精度。桩基工程属于隐蔽工程，质量检测至关重要。


图I为边坡锚索施工示意图2为预应力孔道断面示意图，其中1、2、3、4、5均为钢束
图3为谱能分析处理过程；
图4为锚索施工质量谱能系数曲线；
图5为预应力锚索施工质量反演图6为本明的步骤流程优选的，所述公式为
式中
被检测物频响范围 W -角频率
F(O)-信号的频谱信息
优选的，所述谱能分析图呈现的特征指的是如果所述谱能分析图呈现自由弦振
图7为预应力孔道压浆质量声波检测频谱分析；图8为单边数据采集钢束振动信号；图9为钢束压浆包裹率(％ );图10为预应力孔道压楽:质量反演图。
具体实施例方式本发明的目的是提供一种基于谱能比的数字信号分析方法，计算自由弦振动的简谐谱(主频强度)与受束振动的复合谱(全谱强度)的谱能比，分离识别出检测对象的状态，从而达到了检测预应力管道注浆、锚索、锚杆、钢筋笼和基桩等工程施工质量的目的。实现本发明的上述目的所采取的技术方案是检测记录到的波形数字信号，其相位、振幅、频率反映了检测对象在不同时-深位置的状态。通过短时窗滚动频谱分析法对波形信号进行傅里叶变换，再得出其谱能分析图。当检测对象呈现自由弦振的谐振谱(主频)特征，其频率单一，谱能比大，说明检测对象处于自由状态(空腔)；当检测对象呈现出边坡岩体或梁板构件体系振动的复合谱 (全谱)特征，其谱能比小，说明检测对象处于受束状态(密实)。通过以上处理分析，最终达到检测预应力管道注浆、锚索、锚杆、钢筋笼和基桩等工程的施工质量的目的。本发明的数学模型如下物质由不同介质构成，各种介质物理特性的综合构成了物质的特征，通过物探方法记录到的物性波形信号是其物质特征的表现形式之一。—、采样信号的波形与频谱互为傅里叶变换f⑴的傅里叶变换F (Co ):
权利要求
1.一种基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，包括以下步骤SI，通过物探方法记录得到被检测对象的物性波形信号；S2，通过短时窗滚动频谱分析法对所述波形信号进行傅里叶变换，再得出所述波形信号的谱能分析图；S3，通过对所述谱能分析图的分析计算得出所述被检测对象的状态。
2.根据权利要求I所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，SI具体为使用物探方法记录得到被检测对象的物性波形信号；所述波形信号包括相位、振幅和频率，所述相位、振幅和频率与所述被检测对象在不同时-深位置的状态成对应关系。
3.根据权利要求I所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，S2具体为通过傅里叶变换将SI中记录得到的所述波形信号转化为频谱信号，将波形的非周期函数分解为构成被检测对象的不同介质物性波形信号的简谐函数之和，对其进行谱能分析，得出其谱能分析图。
4.根据权利要求I所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，S3具体为在所述谱能分析图中以时窗的滚动方法进行定位，通过对时窗内信号进行傅里叶积分，利用公式计算得出被检测对象的谱能比，再结合所述谱能分析图呈现的特征分离识别出被检测对象的状态。
5.根据权利要求4所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，所述利用公式计算得出被检测对象的谱能比，具体为，通过傅里叶变换获得被检对象物性信号的频谱信息，然后利用所述公式计算被检对象物性信号的能量与总能量之比；所述能量是指频响带谱线轮廓面积，所述总能量是指全频段谱线轮廓面积。
6.根据权利要求5所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，所述被检对象物性信号的能量与总能量之比，具体为，构成被检测对象中某单一介质频响的简谐谱与被检测对象频响的复合谱的谱能比。
7.根据权利要求4或5或6所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，所述公式为
8.根据权利要求4所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，所述谱能分析图呈现的特征指的是如果所述谱能分析图呈现自由弦振的谐振谱特征时，则所述被检测对象处于自由状态；如果所述谱能分析图呈现出边坡岩体或梁板构件体系振动的复合谱特征时，则所述被检测对象处于受束状态。
9.根据权利要求8所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，所述自由弦振的谐振谱特征是指频率单一和/或所述谱能比大于预设阀值；所述边坡岩体或梁板构件体系振动的复合谱特征是指所述谱能比小于或等于预设阀值。
10.根据权利要求I所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，所述物探方法是指利用声和/或光和/或磁和/或电的特性，在不损害或不影响被检对象的前提下对被检对象进行探测的方法。
11.根据权利要求10所述的基于谱能比的数字信号分析方法，其特征在于，所述物探方法是指使用声波仪和/或地震仪和/或地质雷达，采用反射法对被检对象进行探测的方法。
全文摘要
本发明提供了一种基于谱能比的数字信号分析方法，本发明通过如下三个步骤，实现了对工程质量的高效无损检测S1，通过物探方法记录得到被检测对象的物性波形信号；S2，通过短时窗滚动频谱分析法对所述波形信号进行傅里叶变换，再得出其谱能分析图；S3，本发明通过对所述谱能分析图的分析计算得出所述被检测对象的状态。本方法可应用于预应力管道注浆、锚索、锚杆、钢筋笼和基桩等工程的施工质量检测，对其无损检测数据进行分析。随着对检测对象检测记录到的波形数字信号，提出了谱能分析方法，对预应力管道注浆、锚索、锚杆、钢筋笼和基桩的施工质量进行十分有效的分析解译。
文档编号G01N29/46GK102608223SQ201210056010
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者张维平 申请人:张维平