Cscan聲波散射成像技術特點與數據處理 

Cscan法聲波散射成像技術基本原理及特點

Cscan聲波散射成像技術是在地震學中散射、反射基礎上發展起來的新技術。它以非均勻介質模型為基礎，借助散射波對結構界面和介質波速進行成像，實現對混凝土結構精細檢測的目的。同一種工程材料，當其密實性和膠結程度等存在不均勻性時，如存在松散、空鼓等情況，會出現局部的彈性波阻抗的異常區。這些彈性波阻抗差異界面，以及材料不均勻性引起的彈性波阻抗異常區，都是散射源,在沖擊波的激勵下散射源會產生散射波，如圖1所示。彈性波阻抗差異越大，散射波能量越強。通過接收到的散射波的走時、幅值，可對異常體的位置、形態進行精細成像，從而確定混凝土內部缺陷的位置。彈性波會在尺寸遠遠大于波長的彈性波阻抗差異界面形成反射，這是反應介質分層特性最直接的指標，是物探解釋的主要依據。通過定位混凝土構件的底部強反射界面，確定混凝土構件的底界面位置，這是檢測的物理基礎。聲波散射成像技術已成功應用于風電塔的基礎混凝土質量檢測。

Cscan聲波散射成像技術是新型的無損檢測技術，該技術具有以下特點：1.可在單一可測面進行布置，適用于眾多只出露一個檢測面且探測距離較深的大體積混凝土構件；2.采用方向濾波技術，可濾除干擾波，抗干擾能力強；3.采用時間-波速域二維掃描技術，可確定混凝土構件內波速結構；4.采用偏移成像技術，將反射、散射界面繪制在圖像中，更直觀地展示混凝土構件內缺陷的位置與形態。

圖1 Cscan法原理示意

Cscan聲波散射成像技術特點與數據處理 

數據處理流程

1.根據直達波走時，進行時間校正；2.進行時間增益，增強深部數據；3.帶通濾波，濾除低頻和高頻干擾；4.進行方向濾波，濾除干擾波；5.進行波速掃描，確定混凝土構件波速結構；6.進行合成孔徑偏移成像，對混凝土構件內部進行成像；7.對偏移圖像進行工程解釋。

方向濾波技術

地震散射波中伴隨有各種干擾，如聲波、面波、多次波以及環境噪聲等。濾波是散射數據處理中重要的環節之一，行之有效的濾波技術是下列三種二維濾波技術：F-K、T-P與雙曲Radon變換，其相互之間關系如圖4所示。前兩種都是線性濾波技術，技術功能類似，根據視速度差異濾除直達波、面波等具有線性走時特征的干擾。雙曲Radon濾波技術功能更加強大，除了能濾除線性走時的干擾波，還可以濾除多次波，因而它是經常采用的主要濾波手段[25]。利用雙曲Radon變換，將時間-空間域原始信號轉變成時間-波速域數據，再根據混凝土波速確定濾波參數（一般為大于2000m/s），最后進行雙曲濾波，如圖5、6所示，可濾多次波和干擾波，突出反射、散射波。

圖2 二維濾波技術及其相互關系

圖3 原始數據

圖4 濾波后數據

速度掃描技術

由濾波后數據，進行速度掃描，反演出激發點下方混凝土的波速分布，從而重建混凝土構件內的波速分布。圖7為散射/反射強度成像，縱坐標是零偏移距的雙程時，橫坐標是界面的偏移速度，能量強的極值點表示存在強反射/散射界面。時間與速度的乘積的一半是深度。黑色極值點（圖中十字所標注的極值點）表示彈性波阻抗差為正，增速界面，反之為減速界面。極值點的選擇方式為自動+交互（算法自動拾取與手動選點結合）。

圖5 二維波速掃描

偏移成像技術

采用合成孔徑成像技術，使用相關域內的觀測數據與二維波速掃描給出的偏移速度，重建地質異常體α的空間圖像，展現混凝土內的界面位置與異常體形態。合成孔徑成像偏移成像公式: