Cscan聲波散射成像技術(shù)特點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理
Cscan聲波散射成像技術(shù)是在地震學(xué)中散射、反射基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。它以非均勻介質(zhì)模型為基礎(chǔ)，借助散射波對(duì)結(jié)構(gòu)界面和介質(zhì)波速進(jìn)行成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)精細(xì)檢測(cè)的目的。
Cscan聲波散射成像技術(shù)特點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理
Cscan法聲波散射成像技術(shù)基本原理及特點(diǎn)
Cscan聲波散射成像技術(shù)是在地震學(xué)中散射、反射基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。它以非均勻介質(zhì)模型為基礎(chǔ)，借助散射波對(duì)結(jié)構(gòu)界面和介質(zhì)波速進(jìn)行成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)精細(xì)檢測(cè)的目的。同一種工程材料，當(dāng)其密實(shí)性和膠結(jié)程度等存在不均勻性時(shí)，如存在松散、空鼓等情況，會(huì)出現(xiàn)局部的彈性波阻抗的異常區(qū)。這些彈性波阻抗差異界面，以及材料不均勻性引起的彈性波阻抗異常區(qū)，都是散射源,在沖擊波的激勵(lì)下散射源會(huì)產(chǎn)生散射波，如圖1所示。彈性波阻抗差異越大，散射波能量越強(qiáng)。通過接收到的散射波的走時(shí)、幅值，可對(duì)異常體的位置、形態(tài)進(jìn)行精細(xì)成像，從而確定混凝土內(nèi)部缺陷的位置。彈性波會(huì)在尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的彈性波阻抗差異界面形成反射，這是反應(yīng)介質(zhì)分層特性最直接的指標(biāo)，是物探解釋的主要依據(jù)。通過定位混凝土構(gòu)件的底部強(qiáng)反射界面，確定混凝土構(gòu)件的底界面位置，這是檢測(cè)的物理基礎(chǔ)。聲波散射成像技術(shù)已成功應(yīng)用于風(fēng)電塔的基礎(chǔ)混凝土質(zhì)量檢測(cè)。
Cscan聲波散射成像技術(shù)是新型的無損檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：1.可在單一可測(cè)面進(jìn)行布置，適用于眾多只出露一個(gè)檢測(cè)面且探測(cè)距離較深的大體積混凝土構(gòu)件；2.采用方向?yàn)V波技術(shù)，可濾除干擾波，抗干擾能力強(qiáng)；3.采用時(shí)間-波速域二維掃描技術(shù)，可確定混凝土構(gòu)件內(nèi)波速結(jié)構(gòu)；4.采用偏移成像技術(shù)，將反射、散射界面繪制在圖像中，更直觀地展示混凝土構(gòu)件內(nèi)缺陷的位置與形態(tài)。
圖1 Cscan法原理示意
Cscan聲波散射成像技術(shù)特點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理
Cscan數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理流程
1.根據(jù)直達(dá)波走時(shí)，進(jìn)行時(shí)間校正；2.進(jìn)行時(shí)間增益，增強(qiáng)深部數(shù)據(jù)；3.帶通濾波，濾除低頻和高頻干擾；4.進(jìn)行方向?yàn)V波，濾除干擾波；5.進(jìn)行波速掃描，確定混凝土構(gòu)件波速結(jié)構(gòu)；6.進(jìn)行合成孔徑偏移成像，對(duì)混凝土構(gòu)件內(nèi)部進(jìn)行成像；7.對(duì)偏移圖像進(jìn)行工程解釋。
方向?yàn)V波技術(shù)
地震散射波中伴隨有各種干擾，如聲波、面波、多次波以及環(huán)境噪聲等。濾波是散射數(shù)據(jù)處理中重要的環(huán)節(jié)之一，行之有效的濾波技術(shù)是下列三種二維濾波技術(shù)：F-K、T-P與雙曲Radon變換，其相互之間關(guān)系如圖4所示。前兩種都是線性濾波技術(shù)，技術(shù)功能類似，根據(jù)視速度差異濾除直達(dá)波、面波等具有線性走時(shí)特征的干擾。雙曲Radon濾波技術(shù)功能更加強(qiáng)大，除了能濾除線性走時(shí)的干擾波，還可以濾除多次波，因而它是經(jīng)常采用的主要濾波手段[25]。利用雙曲Radon變換，將時(shí)間-空間域原始信號(hào)轉(zhuǎn)變成時(shí)間-波速域數(shù)據(jù)，再根據(jù)混凝土波速確定濾波參數(shù)（一般為大于2000m/s），最后進(jìn)行雙曲濾波，如圖5、6所示，可濾多次波和干擾波，突出反射、散射波。
圖2 二維濾波技術(shù)及其相互關(guān)系
圖3 原始數(shù)據(jù)
圖4 濾波后數(shù)據(jù)
速度掃描技術(shù)
由濾波后數(shù)據(jù)，進(jìn)行速度掃描，反演出激發(fā)點(diǎn)下方混凝土的波速分布，從而重建混凝土構(gòu)件內(nèi)的波速分布。圖7為散射/反射強(qiáng)度成像，縱坐標(biāo)是零偏移距的雙程時(shí)，橫坐標(biāo)是界面的偏移速度，能量強(qiáng)的極值點(diǎn)表示存在強(qiáng)反射/散射界面。時(shí)間與速度的乘積的一半是深度。黑色極值點(diǎn)（圖中十字所標(biāo)注的極值點(diǎn)）表示彈性波阻抗差為正，增速界面，反之為減速界面。極值點(diǎn)的選擇方式為自動(dòng)+交互（算法自動(dòng)拾取與手動(dòng)選點(diǎn)結(jié)合）。
圖5 二維波速掃描
偏移成像技術(shù)
采用合成孔徑成像技術(shù)，使用相關(guān)域內(nèi)的觀測(cè)數(shù)據(jù)與二維波速掃描給出的偏移速度，重建地質(zhì)異常體α的空間圖像，展現(xiàn)混凝土內(nèi)的界面位置與異常體形態(tài)。合成孔徑成像偏移成像公式:
