專利名稱：一種混凝土表面微小裂縫的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土構(gòu)件表面微小裂縫的定位方法，對于構(gòu)件尺度在10米量級的范圍內(nèi)，可以定位的微小裂縫寬度達到10微米。
背景技術(shù)：
混凝土裂縫的萌生和擴展一般發(fā)生在結(jié)構(gòu)表面，體現(xiàn)為表面材料出現(xiàn)局部的不連續(xù)性。通過微小裂縫的精確定位，可以找到混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫源，進而可以采用各種辦法阻止其擴展，防止危害的進一步發(fā)展。目前對于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫定位的方法非常有限，最常見的方法是利用超聲波探測技術(shù)，利用超聲波的傳輸特性定位裂縫的深度和寬度。這種方法測量精度有限，難以識別小裂紋，更不能自動去識別裂縫存在的區(qū)域。理論上也可以通過讀數(shù)顯微鏡去定位肉眼無法識別的微小裂縫，但是如果不知道裂縫產(chǎn)生的大體位置，這種方法操作起來是非常困難的，尤其是對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)基本不能實現(xiàn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，存在表面裂縫和不存在表面裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，在受到外部荷載(未達到破壞水平)作用時，其應(yīng)變場會呈現(xiàn)出顯著區(qū)別沒有裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其表面應(yīng)變場是連續(xù)的，并且應(yīng)變量水平不高；對于存在表面裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其裂縫所在的局部區(qū)域，會因為裂縫在外部荷載作用下的張開(或閉合)，而產(chǎn)生非常大的虛擬應(yīng)變。因此，通過對應(yīng)變場的分析處理可以實現(xiàn)對表面裂縫的定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中傳統(tǒng)混凝土裂縫定位方法精度有限、難以識別小裂紋、不能大范圍內(nèi)多條裂縫定位，更不能自動去識別裂縫存在的區(qū)域等缺陷，提供一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，采用現(xiàn)代光測力學(xué)技術(shù)并結(jié)合相關(guān)計算技術(shù)來實現(xiàn)大范圍混凝土表面微小裂縫的精確定位，對于構(gòu)件尺度在10米量級的范圍內(nèi)，可以定位的微小裂縫寬度達到10微米。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案 一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，包括以下步驟
步驟A 對待測混凝土樣品進行表面處理，去除非結(jié)構(gòu)附著物，使得待測混凝土樣品的表面簡單平整；
步驟B 在測試現(xiàn)場布置照明系統(tǒng)；
步驟C 通過圖像采集系統(tǒng)采集待測混凝土樣品表面參考圖像； 步驟D 采用加載裝置對待測混凝土樣品施加平行于其表面的、不小于混凝土材料破壞強度10%的載荷，并且保持到步驟E完成；
步驟E 通過圖像采集系統(tǒng)采集施加載荷后的混凝土樣品表面目標圖像； 步驟F 對步驟C采集到的混凝土樣品表面參考圖像、步驟E采集到的混凝土樣品目標圖像發(fā)送到圖像處理系統(tǒng)進行相關(guān)性分析，獲得目標圖像中的各子區(qū)域相對于參考圖像的位移；步驟G 根據(jù)步驟F得到的目標圖像中各子區(qū)域的相對位移，用局部最小二乘方法分別計算出目標圖像中各子區(qū)域的局部應(yīng)變值，局部應(yīng)變值超過800-1200微應(yīng)變的區(qū)域，即為微小裂縫的位置。 進一步地，本發(fā)明的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，步驟F所述相關(guān)性分析的方法如下
步驟101，通過以下公式分別計算目標圖像中某個子區(qū)域與參考圖像中所有子區(qū)域的相關(guān)系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟A 對待測混凝土樣品進行表面處理，去除非結(jié)構(gòu)附著物，使得待測混凝土樣品的表面簡單平整；步驟B 在測試現(xiàn)場布置照明系統(tǒng)；步驟C 通過圖像采集系統(tǒng)采集待測混凝土樣品表面參考圖像；步驟D 采用加載裝置對待測混凝土樣品施加平行于其表面的、不小于混凝土材料破壞強度10%的載荷，并且保持到步驟E完成；步驟E 通過圖像采集系統(tǒng)采集施加載荷后的混凝土樣品表面目標圖像；步驟F 對步驟C采集到的混凝土樣品表面參考圖像、步驟E采集到的混凝土樣品目標圖像發(fā)送到圖像處理系統(tǒng)進行相關(guān)性分析，獲得目標圖像中的各子區(qū)域相對于參考圖像的位移；步驟G 根據(jù)步驟F得到的目標圖像中各子區(qū)域的相對位移，用局部最小二乘方法分別計算出目標圖像中各子區(qū)域的局部應(yīng)變值，局部應(yīng)變值超過800-1200微應(yīng)變的區(qū)域，即為微小裂縫的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，其特征在于步驟F 所述相關(guān)性分析的方法如下步驟101，通過以下公式分別計算目標圖像中某個子區(qū)域與參考圖像中所有子區(qū)域的相關(guān)系數(shù)C:其中f為相關(guān)系數(shù)；/Gt J)為參考圖上坐標為(Λ·，y)點的灰度；為參考圖子區(qū)域的平均灰度；為目標圖上坐標為O*’，J*)點的灰度；i為目標圖子區(qū)域的平均灰度；步驟102，在步驟101得到的相關(guān)系數(shù)中，將與目標圖像中該子區(qū)域的相關(guān)系數(shù)的最大值所對應(yīng)的參考圖像的子區(qū)域進行匹配；步驟103，重復(fù)步驟101-102，對變形前后兩幅圖像計算區(qū)域內(nèi)的所有子區(qū)域進行相關(guān)匹配，獲得這些子區(qū)域在變形前后空間幾何位置的變化，然后采用相關(guān)系數(shù)的三次曲面擬合法得到目標圖像中各子區(qū)域相對于參考圖像的位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，其特征在于若待測混凝土樣品表面近似平面，所述圖像采集系統(tǒng)為一臺分辨率大于500萬像素的C⑶相機；若待測混凝土樣品表面不為近似平面，圖像采集系統(tǒng)為兩臺分辨率大于500萬像素的CCD相機，在采集參考圖像、目標圖像時，將兩臺CCD相機采集的圖像通過視覺圖像算法獲得三維曲面圖像，進而依次作為參考圖像、目標圖像。 全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土表面微小裂縫的定位方法，基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，通過對混凝土結(jié)構(gòu)在一定載荷作用下變形前后的兩幅表面圖像進行相關(guān)匹配，獲得表面全場各點變形前后的空間位置，其空間位置的變化即為位移場，通過位移場的擬合優(yōu)化以及曲面微分處理就可以得到精確的應(yīng)變場分布。計算機自動識別該應(yīng)變場分布的特征，判斷奇異區(qū)域，從而判斷裂縫所在位置。本發(fā)明公開的方法可以識別出混凝土表面微小裂縫的位置，對于三維最大尺寸為10米范圍的樣品，通過一次測量，就可以識別出所有寬度大于10微米的小裂縫，并且具有與樣品非接觸、對樣品無損傷等優(yōu)點。
文檔編號G01N21/88GK102305795SQ20111021449
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者喬丕忠, 張云發(fā), 薛榮軍, 雷冬 申請人:河海大學(xué)