CT技术在混凝土超声探伤中的应用
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摘要
在对CT图像重建理论研究的基础上，采用ART和SIRT算法编制了超声波
-CT分析程序，用于分析关于混凝土试件的超声波声时数据及超声波首波幅值数
据，得到反映混凝土试件内部声速变化和吸收系数变化的CT图像。其中根据声
速变化作出的CT图像能以二维方式，反映混凝土试件中缺陷所在的位置和范围。
此外，分析比较了不同的算法、不同的计算精度、不同的图像后处理方法、
不同疏密的网格划分、不同的换能器频率及混凝土试件内部不同的缺陷组合形式
等对超声波-CT图像质量的影响。
最后，分析了超声波-CT的局限，并对其发展作出展望。
Using ART and SRT algorithm, based on the research of image reconstruction theory, an ultrasonic-CT program is made. By applying the program to analyze the data of ultrasonic wave propagation time and initial wave amplitude about concrete testing models, CT images are performed, which reflect the variation of wave velocity and absorption coefficient in concrete testing models. The CT images~, which are drawn by the data of wave velocity, can reflect the location and the range of the flaw in concrete testing models by two-dimensional way.
In addition, The quality of CT images were analyzed and compared at various conditions such as different algorithm, different computation precision, different image aftertreatment, different threshold value, different density of net, different frequency of transducer and different flaw combination in concrete testing models.
At last, the limitation of the ultrasonic-CT and its development direction are discussed.
-CT分析程序，用于分析关于混凝土试件的超声波声时数据及超声波首波幅值数
据，得到反映混凝土试件内部声速变化和吸收系数变化的CT图像。其中根据声
速变化作出的CT图像能以二维方式，反映混凝土试件中缺陷所在的位置和范围。
此外，分析比较了不同的算法、不同的计算精度、不同的图像后处理方法、
不同疏密的网格划分、不同的换能器频率及混凝土试件内部不同的缺陷组合形式
等对超声波-CT图像质量的影响。
最后，分析了超声波-CT的局限，并对其发展作出展望。
Using ART and SRT algorithm, based on the research of image reconstruction theory, an ultrasonic-CT program is made. By applying the program to analyze the data of ultrasonic wave propagation time and initial wave amplitude about concrete testing models, CT images are performed, which reflect the variation of wave velocity and absorption coefficient in concrete testing models. The CT images~, which are drawn by the data of wave velocity, can reflect the location and the range of the flaw in concrete testing models by two-dimensional way.
In addition, The quality of CT images were analyzed and compared at various conditions such as different algorithm, different computation precision, different image aftertreatment, different threshold value, different density of net, different frequency of transducer and different flaw combination in concrete testing models.
At last, the limitation of the ultrasonic-CT and its development direction are discussed.
引文
1． 由投影重建图像-CT的理论基础，G．T赫尔曼，科学出版社，1985． 3；
2． 层析成像的数学方法与应用，陈立成，西南交通大学出版社，1994． 11；
3． 地震波参数反演与应用技术，范祯祥，郑仙种编著，河南科学技术出版社， 1998． 12：
4． ART算法及其在地球物理反演中的应用，骆循，物化探计算技术，1987． 3：
5． 阻尼同时代数重建技术的应用，张霖斌，姚振兴，物探与化探，1997． 4；
6． 地震层析技术的实现及其应用，徐洪波，物探化探计算技术，1991． 11；
7． CT技术及其在地球物理中的应用，胡家富，庄真，物化探计算技术，1987． 9：
8． CT技术在基岩力学参数分区中的应用，高鹏飞，长江科学院院报，1996． 9：
9． 一种精确射线层析成像方法及其应用，赵明阶，朱介寿，物探化探计算技术， 1993． 5：
10． 最小走时射线追踪层析方法，周兵，赵明阶，物探化探计算技术，1992． 5；
11． 钻孔声波测试波速层析成像技术探讨，魏树满，勘察科学技术，1998，No．1：
12． 地震透射层析成像在水库工程中的应用，王运生，冷元宝，勘察科学技术， 1992，No．1；
13． 层析成像技术在工程场地堪察中的应用，Hideki Saito，Hiromasa Shtma等， 勘察科学技术，1991，No．1；
14． 地震层析成像在工程勘测中的应用，杨文采，物探与化探，1993． 6;
15． 煤矿陷落柱地震层析成像试验，杨文采，杜剑渊，物探与化探，1992． 6；
16． 大型科学计算程序在微型机上的实现方法，曲伟晶，勘察科学技术，1987增 刊;
17． 井间地球物理层析成像软件系统研究，朱介寿，严忠琼，曹俊兴，物探化探 计算技术，1994． 11；
18． 勘探地球物理层析成像软件系统及其应用，朱介寿，严忠琼，曹俊兴，张雪 梅，物探与化探，1998． 4；
19． CT技术与无损检测，陈金根，无损检测，1991． 4；
20． 工业CT技术，倪培君，王存龙，李旭东，无损检测，1996． 3;
21． 工业CT技术，李时光，先武，无损检测，1996． 4；
22． 工业CT技术，倪培君，李旭东，无损检测，1996． 5；
23． 工业CT技术，倪培君，李旭东，彭建中，无损检测，1996． 6；
24． 射线源焦点及探测器对CT图像质量的影响，吕红，李时光，无损检测，1998． 4；
25． 从14界世界无损检测会议看工业CT技术的发展现状，魏彪，先武，无损检 测，1997． 10；
26． 射线无损检测发展趋向，Berger Harold，无损检测，1996． 11;
27． 层析摄影与CT技术，屠耀元，李衍，郑世才，无损检测，1992． 10;
28． 工业 CT的进展与评价参数，1991． 4；
29． 工业用X射线CT及其动向，宇山喜一郎，藤井正司，无损探伤，1996，No．6；
30． 超声法检测混凝土缺陷技术规程(CECS 21：90) ，中国计划出版社，1992． 10；
31． 结构混凝土现场检测新技术--混凝土非破损检测(第二版)，吴慧敏编著， 湖南大学出版社，1998． 7；
32． 混凝土缺陷超声波检测中缺陷判定的聚类方法，黄政宇，吴慧敏，施工技术， 1993． 4；
33． 声波检测技术在加拿大混凝土重力坝安全评估中的应用，濮存亭，吴庆曾， 第六届全国建筑工程无损检测技术学术会议论文集，1999． 4；
34． 混凝土的超声检测，罗骐先，水利水运科学研究，1980，No．3；
35． 混凝土缺陷超声检测技术及其应用，李为杜等，混凝土非破损测试技术资料 选编，1984；
36． 混凝土的超声检测(上)，林维正，无损检测，1994． 9；
37． 混凝土中各种缺陷形成因素对超声波传播的影响，陈纪萱，陈丽霞，混凝土 及建筑构件，1981，No．6；
38． 超声波在混凝土中的传播及缺陷的测试，叶森林，混凝土及建筑构件，1982， No．1；
39． 混凝土灌注桩质量无损检测技术，朱之基，吴慧敏，王贻荪，人民交通出版 社，1993;
40． 混凝土超声检测信号频谱分析，李为杜，无损检测，1992，No．4;
41． 波形和频谱分析与随机数据处理，应怀樵，中国铁道出版社，1983;
42． 有序样品的一些聚类方法，方开泰，应用数学学报，1982． 1;
43． 多元统计分析引论，张尧庭，方开泰，科学出版社，1997． 8;
44． 图论，王朝瑞，人民教育出版社，1981． 11；
45． 多元统计分析与软件SAS，朱道元，吴城鸥，秦伟良，东南大学出版社;
46． 应用线性回归模型，约翰．内特，威廉．沃塞曼，迈克尔.H.库特纳，中国统计 出版社，1990． 6;
47． 数值线性代数，曹志浩，复旦大学出版社，1999，4;
48． 应用统计，何灿芝主编，湖南科学技术出版社，1997． 1;
49． Resolution of reconstruction methods in computerized tomography, Hermann Kruse, Society for Industry and Applied Mathematics, May 1989;
50． The Mathematics of computerized tomography, F.Natterer, Wiley/Teubner, New York, Stuttgart, 1986;
51． Algebraic Reconstruction Techniques (ART) for three-dimensional electron microscopy and X-ray photography, Gordon, R. Bender and G. T. Herman, J. Theor. Biol., 29, 1970;
52． Overview of computerized tomography with emphasis on future developments, Bates, R.H., K. L. Garden, and T. M. Peters, Proc. IEEE, 71, 3, 1983;
53． Iterative reconstruction algorithms, Herman, G. T. and A. Lent, Comput. Biol. Math., 6, 1976;
54． Finite series-expansion reconstruction methods, Censor, Y, Proc. IEEE, 71, 3, 1983;
2． 层析成像的数学方法与应用，陈立成，西南交通大学出版社，1994． 11；
3． 地震波参数反演与应用技术，范祯祥，郑仙种编著，河南科学技术出版社， 1998． 12：
4． ART算法及其在地球物理反演中的应用，骆循，物化探计算技术，1987． 3：
5． 阻尼同时代数重建技术的应用，张霖斌，姚振兴，物探与化探，1997． 4；
6． 地震层析技术的实现及其应用，徐洪波，物探化探计算技术，1991． 11；
7． CT技术及其在地球物理中的应用，胡家富，庄真，物化探计算技术，1987． 9：
8． CT技术在基岩力学参数分区中的应用，高鹏飞，长江科学院院报，1996． 9：
9． 一种精确射线层析成像方法及其应用，赵明阶，朱介寿，物探化探计算技术， 1993． 5：
10． 最小走时射线追踪层析方法，周兵，赵明阶，物探化探计算技术，1992． 5；
11． 钻孔声波测试波速层析成像技术探讨，魏树满，勘察科学技术，1998，No．1：
12． 地震透射层析成像在水库工程中的应用，王运生，冷元宝，勘察科学技术， 1992，No．1；
13． 层析成像技术在工程场地堪察中的应用，Hideki Saito，Hiromasa Shtma等， 勘察科学技术，1991，No．1；
14． 地震层析成像在工程勘测中的应用，杨文采，物探与化探，1993． 6;
15． 煤矿陷落柱地震层析成像试验，杨文采，杜剑渊，物探与化探，1992． 6；
16． 大型科学计算程序在微型机上的实现方法，曲伟晶，勘察科学技术，1987增 刊;
17． 井间地球物理层析成像软件系统研究，朱介寿，严忠琼，曹俊兴，物探化探 计算技术，1994． 11；
18． 勘探地球物理层析成像软件系统及其应用，朱介寿，严忠琼，曹俊兴，张雪 梅，物探与化探，1998． 4；
19． CT技术与无损检测，陈金根，无损检测，1991． 4；
20． 工业CT技术，倪培君，王存龙，李旭东，无损检测，1996． 3;
21． 工业CT技术，李时光，先武，无损检测，1996． 4；
22． 工业CT技术，倪培君，李旭东，无损检测，1996． 5；
23． 工业CT技术，倪培君，李旭东，彭建中，无损检测，1996． 6；
24． 射线源焦点及探测器对CT图像质量的影响，吕红，李时光，无损检测，1998． 4；
25． 从14界世界无损检测会议看工业CT技术的发展现状，魏彪，先武，无损检 测，1997． 10；
26． 射线无损检测发展趋向，Berger Harold，无损检测，1996． 11;
27． 层析摄影与CT技术，屠耀元，李衍，郑世才，无损检测，1992． 10;
28． 工业 CT的进展与评价参数，1991． 4；
29． 工业用X射线CT及其动向，宇山喜一郎，藤井正司，无损探伤，1996，No．6；
30． 超声法检测混凝土缺陷技术规程(CECS 21：90) ，中国计划出版社，1992． 10；
31． 结构混凝土现场检测新技术--混凝土非破损检测(第二版)，吴慧敏编著， 湖南大学出版社，1998． 7；
32． 混凝土缺陷超声波检测中缺陷判定的聚类方法，黄政宇，吴慧敏，施工技术， 1993． 4；
33． 声波检测技术在加拿大混凝土重力坝安全评估中的应用，濮存亭，吴庆曾， 第六届全国建筑工程无损检测技术学术会议论文集，1999． 4；
34． 混凝土的超声检测，罗骐先，水利水运科学研究，1980，No．3；
35． 混凝土缺陷超声检测技术及其应用，李为杜等，混凝土非破损测试技术资料 选编，1984；
36． 混凝土的超声检测(上)，林维正，无损检测，1994． 9；
37． 混凝土中各种缺陷形成因素对超声波传播的影响，陈纪萱，陈丽霞，混凝土 及建筑构件，1981，No．6；
38． 超声波在混凝土中的传播及缺陷的测试，叶森林，混凝土及建筑构件，1982， No．1；
39． 混凝土灌注桩质量无损检测技术，朱之基，吴慧敏，王贻荪，人民交通出版 社，1993;
40． 混凝土超声检测信号频谱分析，李为杜，无损检测，1992，No．4;
41． 波形和频谱分析与随机数据处理，应怀樵，中国铁道出版社，1983;
42． 有序样品的一些聚类方法，方开泰，应用数学学报，1982． 1;
43． 多元统计分析引论，张尧庭，方开泰，科学出版社，1997． 8;
44． 图论，王朝瑞，人民教育出版社，1981． 11；
45． 多元统计分析与软件SAS，朱道元，吴城鸥，秦伟良，东南大学出版社;
46． 应用线性回归模型，约翰．内特，威廉．沃塞曼，迈克尔.H.库特纳，中国统计 出版社，1990． 6;
47． 数值线性代数，曹志浩，复旦大学出版社，1999，4;
48． 应用统计，何灿芝主编，湖南科学技术出版社，1997． 1;
49． Resolution of reconstruction methods in computerized tomography, Hermann Kruse, Society for Industry and Applied Mathematics, May 1989;
50． The Mathematics of computerized tomography, F.Natterer, Wiley/Teubner, New York, Stuttgart, 1986;
51． Algebraic Reconstruction Techniques (ART) for three-dimensional electron microscopy and X-ray photography, Gordon, R. Bender and G. T. Herman, J. Theor. Biol., 29, 1970;
52． Overview of computerized tomography with emphasis on future developments, Bates, R.H., K. L. Garden, and T. M. Peters, Proc. IEEE, 71, 3, 1983;
53． Iterative reconstruction algorithms, Herman, G. T. and A. Lent, Comput. Biol. Math., 6, 1976;
54． Finite series-expansion reconstruction methods, Censor, Y, Proc. IEEE, 71, 3, 1983;