專利名稱：工程材料無損檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程材料無損檢測方法及裝置。
在不同的溫度、壓力、荷載作用條件下，隨著時間的變化，各種建筑工程材料(混凝土、凍土、巖石、冰、融土、塑料、高分子化工材料等)會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或破壞，其破壞及變化過程是理論工作者和工程設(shè)計者十分關(guān)心的。以往的實驗無法觀測到試樣內(nèi)部變化的過程，往往使工程設(shè)計造成浪費或失敗。
本發(fā)明的目的是為了提供一種可在模擬實驗條件下利用CT機對工程材料進行多層位斷面動態(tài)掃描觀測試驗過程，并進行運算給出相應(yīng)條件的工程樹料的物理、力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，從而可為設(shè)計應(yīng)用提供基本數(shù)據(jù)的工程材料無損檢測方法。
本發(fā)明的另一目的還在于提供一種可供工程材料進行無損檢測的模擬試樣倉，其結(jié)構(gòu)簡單，軸向、側(cè)向壓力可調(diào)，且其軸向、側(cè)向溫度可調(diào)，使用方便的工程材料無損檢測裝置。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實現(xiàn)一種工程材料無損檢測方法含有下述步驟(1)利用一個工程材料無損檢測裝置將標(biāo)準(zhǔn)樣品在模擬環(huán)境條件下置于CT機內(nèi)，利用CT機對其進行多層位斷面掃描以得出其數(shù)值圖像經(jīng)驗函數(shù)修正方程Hp=(μ-1){(1+fa(R)+fb(R-x)+fc[(r-x),μ1]+fd(r＇-x),μ2]}，式中Hp為標(biāo)準(zhǔn)樣品的CT機的CT值，μ為標(biāo)準(zhǔn)樣品對X射線的吸收系數(shù)，fa(R)為樣品尺寸線性函數(shù)，fb(R-x)為X射線硬化積分函數(shù)；fc[(r-x),μ1]為裝置卷積函數(shù)，fd[(r＇-x),μ2]為介質(zhì)卷積函數(shù)；其中各函數(shù)中R為樣品掃描等效半徑、x為被測點離掃描中心的距離、r為裝置最大半徑、r＇為介質(zhì)最大尺寸、μ1、μ2為裝置和介質(zhì)與樣品x射線吸收系數(shù)之差；(2)將被測工程材料裝入檢測裝置內(nèi)，模擬工程材料使用條件施加各向荷載和溫度變量；再利用CT機對其進行多層位、多次掃描并記錄處理圖像，根據(jù)修正方程和已知的被測樣品的R、x、r、r＇即可得到被測樣品對X射線的吸收系數(shù)μ，從而得到修正后的μ值的CT圖像值；(3)再根據(jù)模擬的實驗條件，對修正后的CT圖像進行計算機圖像處理，從而可定量給出工程材料在模擬實驗條件下的工程性質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的可通過如下措施來實現(xiàn)
一種用于工程材料無損檢測方法的裝置，該裝置是在底座上固定的倉體，在倉體內(nèi)設(shè)有傳熱筒，在倉體與傳熱筒之間設(shè)有側(cè)向控溫通道，側(cè)向控溫通道與側(cè)向溫液口相連；在傳熱筒的兩端分別設(shè)有靜端蓋和動端蓋，在動端蓋和靜端蓋上分別設(shè)有動端蓋溫液口和靜端蓋溫液口；在動、靜端蓋之間放有試樣，在試樣的一端設(shè)有荷載探測器；在動端蓋下設(shè)有活塞另在試樣側(cè)邊設(shè)有固壓輸入口。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明的檢測方法是利用CT機的數(shù)值方程推導(dǎo)其適于工程材料檢測的修正方程，通過對標(biāo)準(zhǔn)樣品的掃描得到其修正方程的各函數(shù)性質(zhì)，從而利用已知的修正方程和已知的模擬實驗條件下掃描被測工程材料，得出其吸收系數(shù)，再記錄原始圖像進行修正即可得出其在模擬條件下的工程材料的動態(tài)變化，從而得出其工程性質(zhì)，為工程材料的無損檢測提出了一個新的可靠的方法。
2、本發(fā)明利用CT機及輔助裝置在模擬一定實驗條件下可不間斷地測量掃描材料的動態(tài)變化過程。
3、本發(fā)明可定量修正CT圖像數(shù)值，其檢測方法可靠、可重復(fù)且不受樣品條件影響。
4、本發(fā)明的裝置的軸向、側(cè)向的壓力、溫度可調(diào)，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖給出

圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖1-軸壓輸入口 2-活塞座 3活塞 4-底座5-動端蓋溫液口6-動端蓋 7-試樣 8-傳熱筒9-側(cè)向控溫通道10-倉體 11-靜端蓋 12-靜端蓋溫液口1 3-圍壓輸入口14-荷載探測器 15-側(cè)向溫液口 16-圍壓區(qū)本發(fā)明還將結(jié)合附圖1實施例作進一步詳述實施例采用凍土進行無損檢測，觀察負溫狀態(tài)下建筑土基礎(chǔ)承載破壞過程。為標(biāo)定圖像數(shù)據(jù)與凍土參數(shù)的關(guān)系，實驗中改變已知凍土的尺寸、形狀、擺放位置、密度及CT掃描條件，同時對各個圖像進行逐點數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)CT成像理論推導(dǎo)出比較準(zhǔn)確的實用方程。步驟如下1、正如Housfield所規(guī)定的，物質(zhì)對x線吸收系數(shù)μ與圖像數(shù)據(jù)H成線性關(guān)系，即H=(μ-1)＞×1000。而μ決定于物質(zhì)的原子組分和密度，同時與X線陽級靶面和電壓密切相關(guān)，凍土中主要參數(shù)是干容量和含水量，某種土含有不同組分的多種原子，不便依此計算其吸收系數(shù)。在一定的陽級電壓和土質(zhì)情況下，可以通過實驗得出該土比重為1時的吸收系數(shù)μ＇，簡化Hw=(μ-μw)/μw×1000(1)，水的吸收系數(shù)設(shè)為1，則寫出μ=γd(μ＇+w)式中，γd為土的干容量，μ＇為該土的x線吸收系數(shù)，通過試驗得到蘭州黃土μ＇=1.2178,w為含水量百分比。
2、實驗說明，當(dāng)樣品與標(biāo)準(zhǔn)模型(直徑25cm純水)的尺寸和吸收系數(shù)不一致時，H值發(fā)生明顯變化，比之于模型的過量吸收使H值減少，反之使H值增大，因此對(1)式加入修正項，Ha=(μ-1)A(R＇-r)；式中A是比例系數(shù)，R＇是預(yù)吸收后掃描野等效半徑，無實驗倉時R＇=12.5，圖1所示實驗倉內(nèi)R＇=6.18，倉內(nèi)注油后R＇=4.23,r為樣品半徑。
3、CT圖像中難免存在射線硬化偽影，這是因為當(dāng)μ≠1時寬譜x射線中較軟部分的吸收與模型有較大差異，無法完全校準(zhǔn)，通過對均勻樣品圖像的逐點測量圖像數(shù)據(jù)差異呈2次冪隨位置變化，寫出修正項Hb=(μ-l)B[R2-(R+x-r)2)] ；式中B為比例系數(shù)，x為測點離掃描中心的距離。
4、從圖1的試驗倉結(jié)構(gòu)看到，為傳遞側(cè)向溫度的倉內(nèi)鋁套具有對x線很高的吸收系數(shù)(μ=4)，由物理光學(xué)可知，卷積算法的點擴散函數(shù)會導(dǎo)致形如F=f(x-x4)的數(shù)據(jù)變化，此變化會造成樣品數(shù)據(jù)的改變，由多次試驗推導(dǎo)出此修正項Hc=C(μ1-μ)(R-x)2/5;]]>使用加鋁套試驗倉時μ0=4。
5、與校準(zhǔn)模型不一樣(一般較之小)的樣品其邊緣也有較強烈的卷積效應(yīng)，如其外圍是較低密度的介質(zhì)樣品邊緣數(shù)據(jù)也以f(x-x0)的形式減小，同樣經(jīng)試驗計算推導(dǎo)出修正項Hd=(μ-μ1)(r-x)2/5]]>注冷卻油時μ1=0.9，樣品外為空氣μ1=0。
綜合1-5項，寫出Hp=[(μ-1)(1+A(R＇·r)B(R3-(R+x-r)2)+C(μ0-μ)(R-x)-D(μ-μ1)(r-x)]×1000;---(2)]]>式中A=0.0379,B=0.05547,D=0.0168。
(2)式中反映了專用CT試驗倉內(nèi)樣品的逐點數(shù)值方程，樣品加試驗倉的被測整體越接近標(biāo)準(zhǔn)模型，越可以省略掉一些修正項而回歸到(1)式。在不同的試驗條件下，需含有某些修正項，參數(shù)R＇表示相對樣品而言的外圍環(huán)境，無試驗倉時R＇=12.5，有倉或注油時R＇相應(yīng)減小。參數(shù)R為產(chǎn)生卷積擴散的邊界半徑。試驗表明，(2)式對μ在0.1-3.5間，r在1.5-12.5間能比較準(zhǔn)確的體現(xiàn)樣品各點的CT數(shù)值，A,B,C,D四個常數(shù)在此條件下適用。
如何應(yīng)用CT數(shù)值方程解決凍土實驗科學(xué)問題是需要進一步分析的，對于一個斷面而言，需要根據(jù)其CT值Hp和各環(huán)境參數(shù)反推μ，進而根據(jù)凍土物理過程和其它邊界條件確定該點的干容量γ和含水量w，從這些量的變化詳細考察亞微觀狀態(tài)下凍土內(nèi)部的定量變化。另一方面，圖像數(shù)據(jù)中極值點的變化，各部位數(shù)據(jù)方差的變化，各部位數(shù)據(jù)乃至全樣品均值的變化都對凍土結(jié)構(gòu)變化有明確的指示意義。以下對有一般分析意義的全樣品均值進行計算推導(dǎo)全樣品均值是各點CT值的累積除以樣品面積SH=∫∫Hps=ΣHps]]>A項是線性關(guān)系，其均值表現(xiàn)形式不變Ha=A(μ-1)(R-r)B項積分算得Hb=B(μ-1)[(4/3)R·r-(5/6r2)]C項積分算得Hc=6C(4-μ)[1/4(R-r)1/1-R(R-r)1/3+3/4R4/5]/r2D項積分算得Hd=D(μ-μ0)[1/4(R-r)4/3-R(r-R)1/5]/r2最后，將以上均值修正合并，得到H=(μ-1+Ha-Hb+Hc-Hd)×1000(3)。
(2)式和(3)式既符合CT物理、數(shù)學(xué)概念，又經(jīng)過相當(dāng)?shù)膶嶒灁?shù)據(jù)證實，表一是一些凍土樣品的均值測量結(jié)果與計算結(jié)果的對照，從表一可見，測量和計算吻合的相當(dāng)好。
表1各種試驗條件土樣CT均值的測量與計算比較
由此可證實在實驗各階段試樣內(nèi)部各層位凍土內(nèi)水份，土密度的變化過程，在不同溫度下各種凍土承載能力，以及土樣崩解的主要原因，可為不同地區(qū)工程建筑提供基本參數(shù)。
參照圖1，一種用于工程材料無損檢測方法的裝置是在底座4上固定有倉體10在倉體10內(nèi)設(shè)有傳熱筒8，在倉體10與傳熱筒8之間設(shè)有側(cè)向控溫通道9，側(cè)向控溫通道9與側(cè)向溫液口15相連；在傳熱筒8的兩端分別設(shè)有靜端蓋11和動端蓋6，在動端蓋6和靜端蓋11上分別設(shè)有動端蓋溫液口5和靜端蓋溫液口12；在動、靜端蓋6、11之間放有試樣7，在試樣7的一端設(shè)有荷載探測器14；在動端蓋6下設(shè)有活塞3；另在試樣7側(cè)邊設(shè)有圍壓輸入口13。
權(quán)利要求
1.一種工程材料無損檢測方法，其特征是含有下述步驟(1)利用一個工程材料無損檢測裝置將標(biāo)準(zhǔn)樣品在模擬環(huán)境條件下置于CT機內(nèi)，利用CT機對其進行多層位斷面掃描以得出其數(shù)值圖像經(jīng)驗函數(shù)修正方程Hp=(μ-1){(1+fa(R)+fb(R-x)+fc[(r-x),μ1]+fd(r＇-x),μ2])，式中Hp為標(biāo)準(zhǔn)樣品的CT機的CT值，μ為標(biāo)準(zhǔn)樣品對x射線的吸收系數(shù)，fa(R)為樣品尺寸線性函數(shù)，fb(R-x)為x射線硬化積分函數(shù)；fc[(r-x),μ1]為裝置卷積函數(shù)，fd[(r＇-x),μ2]為介質(zhì)卷積函數(shù)；其中各函數(shù)中R為樣品掃描等效半徑、x為被測點離掃描中心的距離、r為裝置最大半徑、r＇為介質(zhì)最大尺寸、μ1、μ2為裝置和介質(zhì)與樣品x射線吸收系數(shù)之差；(2)將被測工程材料裝入檢測裝置內(nèi)，模擬工程材料使用條件施加各向荷載和溫度變量；再利用CT機對其進行多層位、多次掃描并記錄處理圖像，根據(jù)修正方程和已知的被測樣品的R、x、r、r＇即可得到被測樣品對X射線的吸收系數(shù)μ，從而得到修正后的μ值的CT圖像值；(3)再根據(jù)模擬的實驗條件，對修正后的CT圖像進行計算機圖像處理，從而可定量給出工程樹料在模擬實驗條件下的工程性質(zhì)。
2.一種用于工程材料無損檢測方法的裝置，其特征是該裝置是在底座(4)上固定有倉體(10)，在倉體(10)內(nèi)設(shè)有傳熱筒(8)，在倉體(10)與傳熱筒(8)之間設(shè)有側(cè)向控溫通道(9)，側(cè)向控溫通道(9)與側(cè)向溫液口(15)相連；在傳熱筒(8)的兩端分別設(shè)有靜端蓋(11)和動端蓋(6)，在動端蓋(6)和靜端蓋(11)上分別設(shè)有動端蓋溫液口(5)和靜端蓋溫液口(12)；在動、靜端蓋(6)(11)之間放有試樣(7)，在試樣(7)的一端設(shè)有荷載探測器(14)；在動端蓋(6)下設(shè)有活塞(3)；另在試樣(7)側(cè)邊設(shè)有圍壓輸入口(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工程材料無損檢測方法及裝置,該方法是利用一個無損檢測裝置將標(biāo)準(zhǔn)樣品在模擬環(huán)境條件下置于CT機內(nèi),利用CT機對其進行斷面掃描以得出其數(shù)值圖像經(jīng)驗函數(shù)修正方程,再將被測材料裝入裝置內(nèi),模擬材料使用條件;再利用CT機對其掃描并記錄處理圖像,根據(jù)修正方程和已知的被測樣品的各參數(shù)即可得到被測樣品對X射線的吸收系數(shù)μ,從而得到修正后的μ值的CT圖像值并進行計算機圖像處理,定量給出材料在模擬實驗條件下的工程性質(zhì);其裝置是在一實驗倉內(nèi)設(shè)有各向溫度、壓力;本發(fā)明的方法可定量給出材料的力學(xué)性質(zhì),其裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。
文檔編號G01N23/18GK1221877SQ9712619
公開日1999年7月7日 申請日期1997年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月31日
發(fā)明者蒲毅彬 申請人:中國科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所