混凝土结构叠前偏移成像中的反褶积技术.pdfVIP

1 混凝土结构叠前偏移成像中的反褶积技术 李忠芳 骆英* （江苏大学 机械工业机械结构损伤检测评估技术重点实验室， 镇江 212013） 摘要：提出了采用反褶积技术提高混凝土结构中超声叠前偏移成像剖面的纵向分辨率。首先研究了反褶积技术在Ricker 脉冲信号 和混凝土结构叠前偏移成像任意实验信号处理中的应用，结果显示，反褶积技术对单个脉冲或工程结构任意测试信号的首波都具 有锐化首波的作用。然后将反褶积技术应用于叠前偏移成像处理前的数据预处理和之后的后处理。实验结果表明，在叠前偏移成 像技术中，反褶积技术可以起到锐化损伤边缘、提高叠前偏移剖面分辨率的作用。 关键词：叠前偏移成像，反褶积，混凝土，应力波 叠前偏移成像技术是一门可在单面测试工程结构内部缺陷，具有良好发展前景的无损检测技术。但混凝 土结构中的应力波衰减现象使得混凝土结构叠前偏移剖面的纵向分辨率不高。工程材料对应力波的吸收可以 看做一种滤波作用，这种滤波器与普通的滤波器不同，它使得超声信号的分辨率降低。在地震勘探领域，人 们采用一种反滤波器抵消这种工程材料滤波器的影响，称为反卷积技术。1957 年，Robinson[1]首先将Wiener 滤波引入到地震勘探数字处理中，提出了最小平方预测反卷积，他的工作开创了地球物理模型研究的新途径。 反卷积技术后来被应用到其他许多领域的各种各样的信号处理中。2002 年，田礼花[2]研究了基于反卷积方法 的图像处理技术，有效提取了FMRI图像信号的功能活动区，表现出了很好的应用效果。2008 年 6 月，李军 等人[3]研究了最小均方盲卷积在机械振动信号处理中的应用，采用最小均方盲反卷积算法从测量信号中分离 振源信号。2009 年，倪艳春等人[4]研究了反卷积在桩基低应变检测中的应用，用最小平方反卷积方法对低应 变反射波法检测到的信号进行分析，验证了反卷积方法的精确性和适用性，为桩的完整性检测提供了一种新 思路。然而，迄今为止未见反卷积技术在应力波无损检测技术中应用还是空白。 本文尝试在叠前偏移成像处理前后利用反卷积技术对采用反射地震法采集到的应力波信号进行预处理和 后处理，研究反卷积技术在应力波叠前偏移成像检测中的应用效果。 1 理论与方法 1.1 反卷积理论 （1）反卷积的概念 反卷积方法基于应力波的传播过程是一个线性系统，符合褶积模型，即应力波数据是由应力波源子波和 地层反射系数序列的褶积 ∞ y (t ) x (t ) =∗h (t ) ∫−∞x (τ)h (t =−τ)d τ (1) 式中，y (t ) 为已知的应力波记录；h(t ) 为地层反射系数；x (t) 为应力波源子波。 不同材料间的阻抗差是应力波叠前偏移成像中反卷积的物性基础：应力波源产生应力波向材料内部传播， 遇到材料分界面时，由于不同材料之间的阻抗差产生反射、折射、投射等物理现象，反射回来的应力波被沿 基金项目：国家自然基金“结构损伤检测中的应力波叠加偏移成像理论”; 博士点基金“基于应力波理论的ASHM 技术的研究”项目(20060299001) ; 江苏大学博士生预研基金项目(1291190017) 作者简介：李忠芳（1981-），女，山东惠民人，博士研究生(fangzhonglili@126.com)，主要从事无损检测技术和数值计算研究。 骆 英* （1960-），教授，博士生导师（luoying_jsust@） ，主要从事无损检测技术研究。 地表的测线所记录到，即得到应力记录。设计一个滤波器a(t ) ，使得当y (t ) 作为其输入时，得到的输出一定 是x (t) ，即 x (t) y(t) ∗a(t) (2) 则x (t) 就是y (t ) 的反滤波。 将式(2)代入式(1)可得 a(t ) ∗h(t) δ(t)