(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210589844.9 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 南京智慧基础设施技 术研究院有限 公司 地址 210000 江苏省南京市雨 花台区宁双 路19号云密城1 1号楼7层 (72)发明人 吴智深　王子健　 (74)专利代理 机构 南京华恒专利代理事务所 (普通合伙) 32335 专利代理师 裴素艳 (51)Int.Cl. G01N 29/04(2006.01) G01N 21/95(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种混凝 土内部三维 成像系统及方法 (57)摘要 本发明提供了一种混凝土内部三维成像系 统及方法， 在 进行检测时， 首先对指定深度Z的混 凝土进行XY面内的二维成像， 通过控制各激励器 激励的时间差， 使各激励器发出的瑞利波同时到 达某一聚焦点， 对各激励器编号且计算激发时 刻， 通过平移接收器信号并将信号叠加， 得到该 聚焦点处的损伤程度， 重复上述步骤 可以得到任 意点的损伤矩阵， 改变激励波的波长， 控制检测 深度Z， 实现混凝土不同深度的二维成像， 从而 生 成混凝土内部三维成像。 该方法不仅可以精准定 位混凝土内的裂纹位置， 还可以定位内部骨料钢 筋位置， 检测混凝土内部配筋是否锈蚀， 混凝土 覆盖或周边土 体是否脱空， 定位及检测速度快。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115201331 A 2022.10.18 CN 115201331 A 1.一种混凝土内部三维成像系统， 其特征在于， 包括： 待检测混凝土试块、 超声相控阵 列、 连接部和检测装置； 所述连接部为楔块， 多个所述楔块固定于待检测混凝土试块的底部， 所述检测装置通 过楔块与待检测混凝土试块连接； 所述超声相控阵列固定于待检测混凝土试块的表面， 包 括多个换能器， 多个所述换能器呈圆形或十字形排列， 各所述换能器激励瑞利波或接 收瑞 利波； 所述检测装置包括信号发生器、 测试探头、 信号放大模块和示波器； 所述信号发生器用 于产生激励信号， 形成入射波； 多个所述测试探头固定于楔块表面， 且通过排线与信号 发生 器、 示波器连接， 用于将入射波传输至待检测混凝土试块表面， 形成振动波并输出给示波 器； 多个所述信号放大模块设置在信号发生器与测试探头、 测试探头与示波器之 间， 用于对 入射波和振动波进行能量放大； 所述示波器连接信号发生器和信号放大模块， 用于显示入 射波和振动波。 2.根据权利要求1所述的一种混凝土 内部三维成像系统， 其特征在于， 所述信号放大模 块包括高压放大器和电压放大器， 所述高压放大器的输入端与信号发生器连接， 用于将入 射波的能量 放大； 所述电压放大器的输入端连接测试探 头， 用于将振动波的能量 放大。 3.根据权利要求2所述的一种混凝土 内部三维成像系统， 其特征在于， 所述测试探头包 括激励探头和接 收探头； 所述激励探头与高压放大器的输出端连接， 用于将入射波传输至 待检测混凝土试块的表面； 所述接 收探头与电压放大器的输入端连接， 用于接 收待检测混 凝土试块中传输后的振动波。 4.根据权利要求3所述的一种混凝土内部三维成像系统， 其特征在于， 所述信号发生 器、 高压放大器和电压放大器的输出端均与示波器连接， 所述示波器用于显示信号发生器 产生的入射波、 经高压放大器放大后的入射波和经电压放大器放大后的振动波。 5.根据权利要求4所述的一种混凝土 内部三维成像系统， 其特征在于， 所述楔块设置有 四个， 固定于待检测混凝土试块的底部， 所述激励探头和接收探头均设置有两个， 间隔布置 且固定于楔块表面； 各所述激励探头与信号发生器之间均设有一个高压放大器， 各所述接 收探头与示波器之间均设有一个电压放大器。 6.根据权利要求5所述的一种水下混凝土 内部三维成像系统， 其特征在于， 所述楔块为 斜楔块， 包括斜楔和滑块， 所述滑块固定于待检测混凝土试块的底部， 所述激励探头、 接收 探头均固定 于斜楔表面， 所述 斜楔和滑块配合使用。 7.一种混凝土内部三维成像方法， 基于如权利要求1 ‑6所述的任意一种水下混凝土内 部三维成像系统， 其特 征在于， 包括如下几个步骤： S1. 垂直于水下待检测混凝土试块的表面放置24只换能器； 其中， 12只换能器激励瑞 利波， 12只换能器接收瑞利波； S2. 各换能器激励信号的波形为： 其中， N为正弦波周期数， f为激励频率， t为时间； 调节激励频率f， 根据已知的瑞利 波速 度c， 计算瑞利波的波长 λ= c/f；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201331 A 2S3. 对混凝土内部一点， 计坐标 （x， y， z） ； 其中， z为深度方向； 瑞利波的影响深度主要 集中在1/ 3波长范围内， 因此计瑞利波沿z方向上的影响深度L= λ/ 3； 在深度L上， 进行xy面内的二维成像， 通过控制各激励器激励的时间差， 使各激励器发 出的瑞利波同时到达聚焦点(x0， y0)； 将 激励器依次编号为1至8， 计第一个激励器激发的时 刻为t0， 第i个激励器的坐标为 （xi， yi） ， 则第i个激励器的激发时刻为t0+Δti； 其中， Δti 的计算方式如下： S4. 将12只接收器的接收信号进行平移， 第一只接收器的信号不平移， 第i只接收器的 信号平移Δt i， 将平移后的8条信号叠加， 得到(x0， y0， L)处的检测信号； 当聚焦点存在构造 物或损伤时， 会引起回弹波， 回弹波在各平移后的信号中将处于同一相位， 通过将平移后的 信号叠加， 可以放大损伤引起的回波； 将叠加后的检测信号 最大峰值记为(x0， y0， L)处的损伤程度D； S5. 改变聚焦点坐标 （x0， y0） ， 历遍L深度处的混凝土结构各点； 改变S2中的激励频率 f， 重复步骤S2 ‑3， 获得混凝土内部任意一点的损 伤程度矩阵D （x0， y0， L） ， 从而生成混凝土 内部三维成像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201331 A 3