具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

基于现有技术的不足，本实施例提出了波形不相似系数，实质上采用了标准化欧氏距离，计算时域上各测点的波形(数据)相对于基准波形(数据)的距离大小、相似性或不相似性数值(波形不相似系数)。标准化的欧式公式计算的结果为无量纲。对波形不相似系数在考虑抽样误差的基础上通过概率统计分析可作为缺陷判定的一个重要参数。

相对于基准波形(正常波形)，波形不相似系数对时域上波形数据的突变、错位或移位比较敏感，可较大程度反映波形的变化情况。经多年来大量的工程检测分析验证，采用该波形量化参数(称为波形不相似系数)可有效判定混凝土缺陷，从根本减少漏判。

波形不相似系数：某一区域测试条件相同的多个测点的接收波形，在时域上相对于基准波形(由首波起跳点起取1个连续完整波形)，通过标准化欧氏距离计算的数值，称为波形不相似系数。该系数越大，即相对基准波形不相似程度越大，即相似程度越小。

图1为本发明实施例提供的混凝土缺陷检测方法的流程图。

参见图1，本实施例的混凝土缺陷检测方法，包括：

步骤101：获取设定区域内待测混凝土在相同的测试条件下的多个测点的超声波形，得到多个测点的待测超声波形。

步骤102：对基准超声波形和所述待测超声波形分别进行采样得到基准波采样数据集合和多个测点的待测波采样数据集合；所述基准超声波形为无缺陷混凝土的超声波形中始于首波起跳点的一个周期连续完整波形。

设W₀为基准波采样数据集合，W₀＝{a_0,1，a_0,2,...,a_0,N}，其中a_0,1，a_0,2,...,a_0,N元素分别代表了时域上该基准超声波形的N个采样点的有序数据，a_0,1代表首波起跳点的数据，然后按固定的采样间隔依次取得N个有序波形数据。

设W_i为某区域第i个测点波形数据的集合。即W_i＝{a_i,1，a_i,2,...,a_i,N}，它与W₀集合数据对应，W_i集合中a_i,1，a_i,2,...,a_i,N元素分别代表了该测点(第i个测点)待测超声波形的N个有序采集数据，a_i,1代表该测点的待测超声波形首波起跳点的数据。

步骤103：由所述基准波采样数据集合和所述待测波采样数据集合，计算各测点的波形不相似系数；所述波形不相似系数为所述待测超声波形相对于所述基准超声波形的标准化欧式距离。

所述步骤103，具体为：

其中，X_i为第i个测点的波形不相似系数，X_i≥0，是一个无量纲数值；S_i为第i个测点的待测波采样数据集合的标准差；S₀为基准波采样数据集合的标准差；a_i,j为第i个测点的待测波采样数据集合中第j个采集数据，j＝1,2,3,...,N；N为总采样数；a_0,j为基准波采样数据集合中第j个采集数据；为第i个测点的待测波采样数据集合中N个采样数据的平均值；为基准波采样数据集合中N个采样数据的平均值。某区域第i个测点的待测超声波形相对于基准超声波形波形不相似系数(X_i)，实质是在比较两组有序数据之间的距离远近或相似程度，它是一种统计学数据处理方法。

N可按下列公式计算：

其中，L为无缺陷混凝土的超声波形中始于首波起跳点的一个周期连续完整波形的长度(μs)，ΔT为采样时间间隔(μs)。

对于同一测试条件下某区域多个测点的波形不相似系数(Xi)的计算，可采用目前现有的软件和自行开发的程序来完成。

步骤104：计算所有测点的波形不相似系数的统计量，并由所述统计量确定所述待测混凝土的缺陷和所述缺陷所处的位置；所述统计量包括平均值、标准差和设定置信水平的异常数据临界值。所述设定置信水平的异常数据临界值可以是单侧置信水平为90％的异常值临界值。

所述步骤104，具体包括：

1)计算当前迭代次数下的波形不相似系数集合中波形不相似系数的平均值和波形不相似系数的标准差；初始迭代次数下的波形不相似系数集合包括所有测点的波形不相似系数。

设X_i代表同一某区域第i个测点的波形不相似系数。X₁,X₂,...X_n样本符合正态分布，样本统计量平均值(波形不相似系数的平均值)和标准差(波形不相似系数的标准差)S_x分别按下式进行计算：

在按上述公式计算统计量时，应对波形不相似系数进行筛选。如存在一个或多个明显较大的可疑数据时，应删除这些数据对样本标准差S_x的影响。有经验时可选用正常的数据来计算，不能确定时可采用统计学的质心聚类法将原样本数据分成两类，取数值较小一类的波形不相似系数进行计算。

2)由所述波形不相似系数的平均值和所述波形不相似系数的标准差确定当前迭代次数下的异常数据临界值。具体为：

其中，X₀为异常数据临界值(也称异常值判定值)；为波形不相似系数的平均值；S_x为波形不相似系数的标准差；λ_n为包括n个波形不相似系数的波形不相似系数集合对应的异常值判定系数(单侧上限置信区间异常值判定系数)。λ_n的值可由表1查得。

表1

3)判断当前迭代次数下的波形不相似系数集合中是否存在大于或等于所述异常数据临界值的波形不相似系数。

若是，则将异常波形不相似系数对应的测点确定为混凝土的缺陷所处的位置，并将所述异常波形不相似系数从所述波形不相似系数集合中去除，更新所述波形不相似系数集合和迭代次数后，再返回步骤1)。所述异常波形不相似系数为当前迭代次数下的波形不相似系数集合中大于或等于所述异常数据临界值的波形不相似系数。也就是，首先根据最初计算的S_x值以及λ_n，由异常数据临界值计算公式计算出X₀，若有部分数据大于X₀，则这些数据为异常值。然后，将这些异常值去掉后，用剩余的数据重新计算S_x，再按常数据临界值计算公式计算出X₀进行比较和去除，依次类推直至剩余数据均小于X₀为止。对以上通过一次或多次去除的大于X₀的数据即为该区域的异常值。根据以上参数和判定方法，若某测点波形不相似系数X_i被判为异常值，即代表所处部位混凝土存在缺陷。

本实施例的混凝土缺陷检测方法具有如下优点：

1、采用波形不相似系数作为波形量化的一个重要参数，该参数通过统计分析计算确定具有90％单侧置信水平的异常值临界值(判定值)，可有效判定混凝土缺陷，填补了长期以来波形参数不能量化和有效判定的空白。

2、采用波形不相似系数还可以提高混凝土缺陷判定的准确性。

3、采用波形不相似系数，可以有效解决由于人为因素无法保证耦合条件的一致性从而导致的波幅参数不能作为缺陷的判定参数的一个补充参数的问题。因为波形不相似系数公式中，分子项为波形数据，分母项为标准差，当耦合不好时，波形形状不会发生变化(即波形不相似系数不变)，耦合因素主要导致波形波幅将低很多。该波形不相似系数计算公式中的分子和分母可有效去除幅度的变化，且保证波形相似系数不变，从而在一定程度可减少误判。

本发明还提供了一种混凝土缺陷检测系统，图2为本发明实施例提供的混凝土缺陷检测系统的结构示意图。

参见图2，本实施例的混凝土缺陷检测系统包括：

波形获取模块201，用于获取设定区域内待测混凝土在相同的测试条件下的多个测点的超声波形，得到多个测点的待测超声波形。

采样模块202，用于对基准超声波形和所述待测超声波形分别进行采样得到基准波采样数据集合和多个测点的待测波采样数据集合；所述基准超声波形为无缺陷混凝土的超声波形中始于首波起跳点的一个周期连续完整波形。

波形不相似系数计算模块203，用于由所述基准波采样数据集合和所述待测波采样数据集合，计算各测点的波形不相似系数；所述波形不相似系数为所述待测超声波形相对于所述基准超声波形的标准化欧式距离。

缺陷检测模块204，用于计算所有测点的波形不相似系数的统计量，并由所述统计量确定所述待测混凝土的缺陷和所述缺陷所处的位置；所述统计量包括平均值、标准差和设定置信水平的异常数据临界值。

作为一种可选的实施方式，所述波形不相似系数计算模块203，具体为：

其中，X_i为第i个测点的波形不相似系数；S_i为第i个测点的待测波采样数据集合的标准差；S₀为基准波采样数据集合的标准差；a_i,j为第i个测点的待测波采样数据集合中第j个采集数据，j＝1,2,3,...,N；N为总采样数；a_0,j为基准波采样数据集合中第j个采集数据；为第i个测点的待测波采样数据集合中N个采样数据的平均值；为基准波采样数据集合中N个采样数据的平均值。

作为一种可选的实施方式，所述缺陷检测模块204，具体包括：

统计量计算单元，用于计算当前迭代次数下的波形不相似系数集合中波形不相似系数的平均值和波形不相似系数的标准差；初始迭代次数下的波形不相似系数集合包括所有测点的波形不相似系数。

临界值计算单元，用于由所述波形不相似系数的平均值和所述波形不相似系数的标准差确定当前迭代次数下的异常数据临界值。

判断单元，用于判断当前迭代次数下的波形不相似系数集合中是否存在大于或等于所述异常数据临界值的波形不相似系数。

缺陷位置确定单元，用于若是，则将异常波形不相似系数对应的测点确定为混凝土的缺陷所处的位置，并将所述异常波形不相似系数从所述波形不相似系数集合中去除，更新所述波形不相似系数集合和迭代次数后，再返回所述统计量计算单元；所述异常波形不相似系数为当前迭代次数下的波形不相似系数集合中大于或等于所述异常数据临界值的波形不相似系数。

作为一种可选的实施方式，所述临界值计算单元，具体为：

其中，X₀为异常数据临界值；为波形不相似系数的平均值；S_x为波形不相似系数的标准差；λ_n为包括n个波形不相似系数的波形不相似系数集合对应的异常值判定系数。

作为一种可选的实施方式，所述混凝土缺陷检测系统还包括：筛选模块，用于采用质心聚类法对所有测点的波形不相似系数进行筛选。

下面给出了一个具体实例。

该具体实例中在实验室模拟了不同大小、性质的混凝土缺陷(疏松、空洞、可接受的小缺陷)，测试距离为1200mm，灌浆料混凝土设计强度等级为C40。

采用北京宇通数字式超声检测仪，发射电压为500V，采样间隔为0.40μs,检测前仪器经过鉴定为合格。检测前对仪器进行凋零。检测耦合条件为正常，不存在耦合不一致。

本次共检测数据45组，代表了45个测点，每3点代表一个部位(共15个部位)，每个测点数据均不受构件边界条件影响。具体检测数据处理和分析判定如下。

(1)、原规程采集的45个测点声学参数数据(即波幅、声时或声速)见表2。

表2

(2)由仪器保存的TXT文本波形数据文件导出的45个测点波形数据(基准波为第1测点取首波起跳点起一个周期完整波形，计算采样点数量49个，具体的：

第1到15个测点的采样点的如表3-1所示，第16到30个测点的采样点的如表3-2所示，第31到45个测点的采样点的如表3-3所示。

表3-1

表3-2

表3-3

经计算的波形不相似系数见表4-1、表4-2和表4-3。

表4-1

表4-2

表4-3

(3)采用波形不相似系数、波幅、声时(或声速)对异常值进行判定。

(a)采用波形不相似系数(X_i)对异常值的判定结果如表5所示。

表5

(b)采用声时(t_i)参数对异常值进行判定结果如表6所示。

表6

(c)采用波幅(A_i)参数对异常值进行判定结果如表7所示。

表7

(d)采用声速(v_i)参数对异常值进行判定结果如表8所示。

表8

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。