- 學位論文
雙譜應用於敲擊回音法之鋼筋與裂縫辨識
Application of Bispectrum in the Impact-Echo Method to Identify Reinforcing Steel Bar and Crack
摘要
敲擊回音法已廣泛使用於混凝土內部缺陷檢測，該方法在結構表面敲擊以激發應力波，並量取表面反應進行傅立葉轉換，再由頻率域之頻率尖峰值判讀缺陷位置。當應力波遇到不同聲阻抗物質如鋼筋或裂縫時，相位會有不同變化，所以需使用不同公式以換算相應深度。然而，在實際應用上，當不知試體內部的內含物為鋼筋或裂縫時，單從傅立葉頻譜難以判定該回音尖峰源自鋼筋或裂縫，因此也很難決定適當的敲擊回音公式計算深度。 本研究之目的在開發新的訊號處理方法，以協助檢測人員區分裂縫與鋼筋回音訊號。本研究所採用之訊號處理法為雙譜分析法，雙譜分析法是高階統計(Higher Order Statistics,HOS)中的一種訊號處理法，對於暫態訊號能有效的檢測訊號之頻率關係與非線性行為，主要運用於震動分析、狀態監測等研究領域。由於雙譜可突顯敲擊回音訊號中試體厚度頻率、模態振動、鋼筋回音、與裂縫回音等訊號相互組合的能量分佈特徵，因此可藉由這些特徵有效辨識鋼筋與裂縫訊號之不同。 本研究先以動態有限元素法模擬混凝土試體內部含鋼筋與裂縫之波傳行為，以雙譜法分析數值模擬訊號，再比較雙譜圖，以找出鋼筋與裂縫訊號之特徵。由數值算例，可看出鋼筋訊號在雙譜圖上的試體厚度頻率部分會出現明顯的能量亮點，在雙譜圖兩端的頻率軸則可看見一條明顯的鋼筋回音頻率能量亮帶，並且在雙譜圖內部由回音頻率與厚度頻率或其他頻率搭配的雙譜組合能量明顯，可得到大面積之亮帶分布。而裂縫訊號在雙譜圖形上可看見許多模態頻率組合，但是失去了試體厚度頻率的特徵，在雙譜圖兩端的頻率軸則可觀察到裂縫回音頻率少許的亮點，並且在雙譜圖內部由裂縫回音頻率與模態頻率搭配的雙譜組合能量才較為明顯，因此在圖形內部的能量亮點較為零碎。 本研究也進行二組模型試驗，由實驗結果可發現，前述之雙譜特徵確實可有效辨識鋼筋與裂縫訊號，並可透過觀察雙譜圖的投影量以得到試體的鋼筋、裂縫之回音頻率來準確定出鋼筋或裂縫深度，與傅立葉頻譜相比較發現雙譜分析法對鋼筋回音頻率的辨識效果特別好，因此可利用雙譜分析法來當作輔助傅立葉頻譜判斷回音頻率位置的工具。