无损检测技术在土木工程中的应用
【摘要】近年来，无损检测技术在土木工程中的应用取得了一些新的进展。本文主要介绍了在土木工程领域中运用较为广泛的几种无损检测技术，论述其工作原理及在使用时的一些问题，展望了无损检测技术的发展前景。
【关键词】 无损检测技术；土木工程；发展前景
引言
无损检测技术即非破坏性检测，就是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，为获取与待测物的品质有关的内容、性质或成分等物理、化学情报所采用的检查办法。通过材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的的对热、声、光、电、磁等反应的变化，评价结构异常和缺陷存在及其危害程度。无损检测技术不仅涉及成品部件的试验评价，也与设计制造工艺有关，可以有效的防止建筑物的破坏所造成的经济损失，减少人员伤亡。目前，这种基于现代检测技术的损伤检测方法也应用到土木工程领域中，以下将详细介绍。
一、无损检测技术在土木工程中的作用
由于材料的老化、过度使用、缺乏维护和环境等因素的影响，任何土木结构都会在一定程度上失效，这对建筑物的质量安全问题是一个极大的挑战。因此，对土木工程结构进行有效损伤检测，从而诊断出缺陷的位置和程度，及时修复和加固结构，以确保结构的可靠性。随着近几年土木工程的发展，建筑物结构的老化和各种问题的频繁出现，土木工程损伤检测技术开始走进人们的视线，也越来越显示出它的重要性。由于传统的损伤检测技术对结构具有一定的破坏性，而且检查结果也不够准确，因此，无损检测技术应运而生，近年来，无损检测技术在土木工程中的应用取得了一些新的进展，为结构损伤检测提供了更为可靠和科学的检测技术，并在一定程度上促进了结构损伤检测的长远发展，从而为实现结构健康检测技术提供了良好的条件。
二、土木工程中常见的无损检测技术
2.1超声波检测技术
超声波检测技术运用的非常广泛，它是利用利用超声波在介质中的传播特性，依
据声学规律，超声波的声学量等与物体的几何、力学量相联系，通过分析超声波波形特点和测量这些声学量来确定物体或材料其内部缺陷的大小和方位，但超声波检测技术通常情况下只适用于检查几何形状较简单的小型构件。
2.2射线检测技术
射线检测技术：是利用x射线或r射线以及中子射线易于穿透物体，且在穿透过程中受到吸收和散射而衰减的性质，在感光材料中获取于材料内部结构和缺陷相对应的投射相片，从而检测出物体内部的缺陷情况。这种技术会对建筑物带来一定的破坏，而且建筑物会吸收x射线或r射线，减少穿透深度，因而不适合大型建筑物的检测。
2.3红外线检测技术
红外线检测法是把来自目标的红外辐射转变成可见的热图像，通过直观地分析物体表面的温度分布，推定物体表面的结构状态和缺陷，并以此判断材料的性质和受损情况的一种无损检测方法。红外线检测对火灾检测上非常有用，因为红外线可定性定量地分析和诊断火灾混凝土的损伤情况。
以上三种检测技术是局部检测方法，他们在运用上存在很多共同的不足：事先要知道损伤的大概位置；损伤的结构要可以接近；无法检测大型结构尤其是大型复杂结构的损伤；这些方法是早期的人工检测，检测期间要停止结构部件的使用，造成经济损失；不能对结构进行实时、连续的监测；不能及时检测间隔期的损伤。
2.4多传感器信息融合技术
信息融合是指对来自多个信息源的数据进行检测、关联、相关、估计和综合等多级与多方面的处理，以获得对被测状态的精确估计和评价。其目的是利用多传感器协调和联合运作的优势来提高检测系统的整体性能。多传感器信息融合技术可以在很大程度上有效的避免常用的无损检测技术如超声、涡流、磁粉和射线检测等检测技术的各种不足，使检测结构更为准确，更具有针对性。信息融合系统所处理的信息层次将信息融合系统分为数据层融合、特征融合和决策层融合三个层次。
2.4.1数据层融合
直接将各传感器的原始数据进行关联后，送入融合中心，从而对被测对象进行综合评价就是所谓的数据层融合。数据层融合可以在最大程度上的保持多的原始信号信息，但其处理的信息量很大，因此速度较慢，实时性较差。如果传感器不一致时，数据融合就会呈现很大的盲目性。
2.4.2特征层融合
特征层融合是指对原始数据进行特征提取，再把数据进行关联和归一化处理，从而对被测对象进行综合评价。特征层融合是信息的中间层次的融合，可以保留足够数量的原始信息，实现一定量数据的压缩，以便进行实时处理，但是，若在复杂环境中使用该技术，其稳健性、系统的容错性和可靠性还有待改善。
2.4.3决策层融合
决策层融合是指在融合前，将各传感器的信号先作本地处理，然后进行关联，再送入融合中心处理。决策层融合属于数据融合中的高级融合。决策层融合的数据通讯量小、实时性好，可以有效的融合不同类型的信息，其系统具有良好的容错性，可靠性也较高，较前两种方法有比较明显的优势，是目前的研究热点。
采用多传感器信息融合技术可以在一定程度上减少土木工程无损检测时环境的影响，有利于大量信息的收集，从而提高检测的准确性，在土木工程中有较为广泛的运用。
2.5非接触超声换能技术
非接触超声换能技术是新型超声检测技术，目前开发出来的一种新型非接触超声换能技术——激光超声技术。激光超声技术是利用利用脉冲激光产生窄脉冲超声信号，再用光干涉检测方法检测超声波，可以是检测点很小，提高时间空间上的分辨率。该技术可以对形状结构复杂、尺寸小的工件进行无损评价，也常常运用在高温和快速运动等非接触检测的工作。在土木工程中，大型网架结点和杠杆稳定性的测量可以运用到激光超声技术。
2.6动态检测技术
动态检测技术就是利用结构的振动响应和系统系统动态特性参数来进行结构损伤检测。动态检测技术是一种整体检测方法，相对红外线检测方法、超声波检测方法、射线检测方法这些局部无损检测方法而言，其能够检测体型较大的复杂结构及其构件。在大型土木工程结构中，利用环境激励引起的结构振动来坚持的结构，从而实现实时监测是可行的。但是，土木结构具有较多对的不确定因素，工作环境复杂及其大型性，因此，其结构动力特性的测量精度低，识别损伤相当困难，而该方法对结构损伤的识别灵敏度过低，与早期发现损伤这一目标差距较大，因此，动态检测技术还需要更为深入的研究，以便更适合在土木工程中的运用。
三、无损检测技术的发展前景
无损检测技术是一个获取信号、提取信息、导出结论的过程，可是将其划分为一种信息技术，采用先进的信号处理技术将成为无损检测技术的主要发展方向，同时，要充分发挥计算机对无损检测技术的重要作用。为促进无损检测技术的发展，结构健康监测技术的发展也要得到应有的重视和发展，结构健康检测技术可以实时监测和预报结构的损伤情况，进行自动量化，保证测量的可靠性，保障工程结构的运营效率，从而降低运营费用，由此可以发现，发展无损检测技术的最终目的就是建立真正意义上的结构健康监测技术。
四、结语
结构的无损检测是土木工程研究的新课题，其在检测土木结构的不完整性或
缺陷情况上具有良好的效果，近年来虽然无损检测技术在土木工程上得到了较好的运用，但土木工程中的无损检测技术的运用并不如其他工业部门广泛，限制无损检测技术在土木工程中发展的原因是多方面的，检测环境的复杂性，土木工程的发杂结构和庞大体积都在很大程度上隐形了无损检测技术的运用，因此，为了促进无损检测技术在土木工程中的发展，必须对其技术和工艺上进行一定的改进，从而使其适用于土木工程，这就需要专业人员在工作中不断积累经验，促进无损检测技术的创新和发展。
参考文献
【1】沈建中，李津则，张之勇 土木工程中的无损检测技术及其应［J］无损检测，2000
【2】冉再芳 无损检测方法的分类及其特征简介［J］无损检测，1999
无损检测技术在土木工程中的应用
【摘要】近年来，无损检测技术在土木工程中的应用取得了一些新的进展。本文主要介绍了在土木工程领域中运用较为广泛的几种无损检测技术，论述其工作原理及在使用时的一些问题，展望了无损检测技术的发展前景。
【关键词】 无损检测技术；土木工程；发展前景
引言
无损检测技术即非破坏性检测，就是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，为获取与待测物的品质有关的内容、性质或成分等物理、化学情报所采用的检查办法。通过材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的的对热、声、光、电、磁等反应的变化，评价结构异常和缺陷存在及其危害程度。无损检测技术不仅涉及成品部件的试验评价，也与设计制造工艺有关，可以有效的防止建筑物的破坏所造成的经济损失，减少人员伤亡。目前，这种基于现代检测技术的损伤检测方法也应用到土木工程领域中，以下将详细介绍。
一、无损检测技术在土木工程中的作用
由于材料的老化、过度使用、缺乏维护和环境等因素的影响，任何土木结构都会在一定程度上失效，这对建筑物的质量安全问题是一个极大的挑战。因此，对土木工程结构进行有效损伤检测，从而诊断出缺陷的位置和程度，及时修复和加固结构，以确保结构的可靠性。随着近几年土木工程的发展，建筑物结构的老化和各种问题的频繁出现，土木工程损伤检测技术开始走进人们的视线，也越来越显示出它的重要性。由于传统的损伤检测技术对结构具有一定的破坏性，而且检查结果也不够准确，因此，无损检测技术应运而生，近年来，无损检测技术在土木工程中的应用取得了一些新的进展，为结构损伤检测提供了更为可靠和科学的检测技术，并在一定程度上促进了结构损伤检测的长远发展，从而为实现结构健康检测技术提供了良好的条件。
二、土木工程中常见的无损检测技术
2.1超声波检测技术
超声波检测技术运用的非常广泛，它是利用利用超声波在介质中的传播特性，依
据声学规律，超声波的声学量等与物体的几何、力学量相联系，通过分析超声波波形特点和测量这些声学量来确定物体或材料其内部缺陷的大小和方位，但超声波检测技术通常情况下只适用于检查几何形状较简单的小型构件。
2.2射线检测技术
射线检测技术：是利用x射线或r射线以及中子射线易于穿透物体，且在穿透过程中受到吸收和散射而衰减的性质，在感光材料中获取于材料内部结构和缺陷相对应的投射相片，从而检测出物体内部的缺陷情况。这种技术会对建筑物带来一定的破坏，而且建筑物会吸收x射线或r射线，减少穿透深度，因而不适合大型建筑物的检测。
2.3红外线检测技术
红外线检测法是把来自目标的红外辐射转变成可见的热图像，通过直观地分析物体表面的温度分布，推定物体表面的结构状态和缺陷，并以此判断材料的性质和受损情况的一种无损检测方法。红外线检测对火灾检测上非常有用，因为红外线可定性定量地分析和诊断火灾混凝土的损伤情况。
以上三种检测技术是局部检测方法，他们在运用上存在很多共同的不足：事先要知道损伤的大概位置；损伤的结构要可以接近；无法检测大型结构尤其是大型复杂结构的损伤；这些方法是早期的人工检测，检测期间要停止结构部件的使用，造成经济损失；不能对结构进行实时、连续的监测；不能及时检测间隔期的损伤。
2.4多传感器信息融合技术
信息融合是指对来自多个信息源的数据进行检测、关联、相关、估计和综合等多级与多方面的处理，以获得对被测状态的精确估计和评价。其目的是利用多传感器协调和联合运作的优势来提高检测系统的整体性能。多传感器信息融合技术可以在很大程度上有效的避免常用的无损检测技术如超声、涡流、磁粉和射线检测等检测技术的各种不足，使检测结构更为准确，更具有针对性。信息融合系统所处理的信息层次将信息融合系统分为数据层融合、特征融合和决策层融合三个层次。
2.4.1数据层融合
直接将各传感器的原始数据进行关联后，送入融合中心，从而对被测对象进行综合评价就是所谓的数据层融合。数据层融合可以在最大程度上的保持多的原始信号信息，但其处理的信息量很大，因此速度较慢，实时性较差。如果传感器不一致时，数据融合就会呈现很大的盲目性。
2.4.2特征层融合
特征层融合是指对原始数据进行特征提取，再把数据进行关联和归一化处理，从而对被测对象进行综合评价。特征层融合是信息的中间层次的融合，可以保留足够数量的原始信息，实现一定量数据的压缩，以便进行实时处理，但是，若在复杂环境中使用该技术，其稳健性、系统的容错性和可靠性还有待改善。
2.4.3决策层融合
决策层融合是指在融合前，将各传感器的信号先作本地处理，然后进行关联，再送入融合中心处理。决策层融合属于数据融合中的高级融合。决策层融合的数据通讯量小、实时性好，可以有效的融合不同类型的信息，其系统具有良好的容错性，可靠性也较高，较前两种方法有比较明显的优势，是目前的研究热点。
采用多传感器信息融合技术可以在一定程度上减少土木工程无损检测时环境的影响，有利于大量信息的收集，从而提高检测的准确性，在土木工程中有较为广泛的运用。
2.5非接触超声换能技术
非接触超声换能技术是新型超声检测技术，目前开发出来的一种新型非接触超声换能技术——激光超声技术。激光超声技术是利用利用脉冲激光产生窄脉冲超声信号，再用光干涉检测方法检测超声波，可以是检测点很小，提高时间空间上的分辨率。该技术可以对形状结构复杂、尺寸小的工件进行无损评价，也常常运用在高温和快速运动等非接触检测的工作。在土木工程中，大型网架结点和杠杆稳定性的测量可以运用到激光超声技术。
2.6动态检测技术
动态检测技术就是利用结构的振动响应和系统系统动态特性参数来进行结构损伤检测。动态检测技术是一种整体检测方法，相对红外线检测方法、超声波检测方法、射线检测方法这些局部无损检测方法而言，其能够检测体型较大的复杂结构及其构件。在大型土木工程结构中，利用环境激励引起的结构振动来坚持的结构，从而实现实时监测是可行的。但是，土木结构具有较多对的不确定因素，工作环境复杂及其大型性，因此，其结构动力特性的测量精度低，识别损伤相当困难，而该方法对结构损伤的识别灵敏度过低，与早期发现损伤这一目标差距较大，因此，动态检测技术还需要更为深入的研究，以便更适合在土木工程中的运用。
三、无损检测技术的发展前景
无损检测技术是一个获取信号、提取信息、导出结论的过程，可是将其划分为一种信息技术，采用先进的信号处理技术将成为无损检测技术的主要发展方向，同时，要充分发挥计算机对无损检测技术的重要作用。为促进无损检测技术的发展，结构健康监测技术的发展也要得到应有的重视和发展，结构健康检测技术可以实时监测和预报结构的损伤情况，进行自动量化，保证测量的可靠性，保障工程结构的运营效率，从而降低运营费用，由此可以发现，发展无损检测技术的最终目的就是建立真正意义上的结构健康监测技术。
四、结语
结构的无损检测是土木工程研究的新课题，其在检测土木结构的不完整性或
缺陷情况上具有良好的效果，近年来虽然无损检测技术在土木工程上得到了较好的运用，但土木工程中的无损检测技术的运用并不如其他工业部门广泛，限制无损检测技术在土木工程中发展的原因是多方面的，检测环境的复杂性，土木工程的发杂结构和庞大体积都在很大程度上隐形了无损检测技术的运用，因此，为了促进无损检测技术在土木工程中的发展，必须对其技术和工艺上进行一定的改进，从而使其适用于土木工程，这就需要专业人员在工作中不断积累经验，促进无损检测技术的创新和发展。
参考文献
【1】沈建中，李津则，张之勇 土木工程中的无损检测技术及其应［J］无损检测，2000
【2】冉再芳 无损检测方法的分类及其特征简介［J］无损检测，1999