Cscan声波散射成像技术特点与数据处理 

Cscan法声波散射成像技术基本原理及特点

Cscan声波散射成像技术是在地震学中散射、反射基础上发展起来的新技术。它以非均匀介质模型为基础，借助散射波对结构界面和介质波速进行成像，实现对混凝土结构精细检测的目的。同一种工程材料，当其密实性和胶结程度等存在不均匀性时，如存在松散、空鼓等情况，会出现局部的弹性波阻抗的异常区。这些弹性波阻抗差异界面，以及材料不均匀性引起的弹性波阻抗异常区，都是散射源,在冲击波的激励下散射源会产生散射波，如图1所示。弹性波阻抗差异越大，散射波能量越强。通过接收到的散射波的走时、幅值，可对异常体的位置、形态进行精细成像，从而确定混凝土内部缺陷的位置。弹性波会在尺寸远远大于波长的弹性波阻抗差异界面形成反射，这是反应介质分层特性最直接的指标，是物探解释的主要依据。通过定位混凝土构件的底部强反射界面，确定混凝土构件的底界面位置，这是检测的物理基础。声波散射成像技术已成功应用于风电塔的基础混凝土质量检测。

Cscan声波散射成像技术是新型的无损检测技术，该技术具有以下特点：1.可在单一可测面进行布置，适用于众多只出露一个检测面且探测距离较深的大体积混凝土构件；2.采用方向滤波技术，可滤除干扰波，抗干扰能力强；3.采用时间-波速域二维扫描技术，可确定混凝土构件内波速结构；4.采用偏移成像技术，将反射、散射界面绘制在图像中，更直观地展示混凝土构件内缺陷的位置与形态。

图1 Cscan法原理示意

Cscan声波散射成像技术特点与数据处理 

数据处理流程

1.根据直达波走时，进行时间校正；2.进行时间增益，增强深部数据；3.带通滤波，滤除低频和高频干扰；4.进行方向滤波，滤除干扰波；5.进行波速扫描，确定混凝土构件波速结构；6.进行合成孔径偏移成像，对混凝土构件内部进行成像；7.对偏移图像进行工程解释。

方向滤波技术

地震散射波中伴随有各种干扰，如声波、面波、多次波以及环境噪声等。滤波是散射数据处理中重要的环节之一，行之有效的滤波技术是下列三种二维滤波技术：F-K、T-P与双曲Radon变换，其相互之间关系如图4所示。前两种都是线性滤波技术，技术功能类似，根据视速度差异滤除直达波、面波等具有线性走时特征的干扰。双曲Radon滤波技术功能更加强大，除了能滤除线性走时的干扰波，还可以滤除多次波，因而它是经常采用的主要滤波手段[25]。利用双曲Radon变换，将时间-空间域原始信号转变成时间-波速域数据，再根据混凝土波速确定滤波参数（一般为大于2000m/s），最后进行双曲滤波，如图5、6所示，可滤多次波和干扰波，突出反射、散射波。

图2 二维滤波技术及其相互关系

图3 原始数据

图4 滤波后数据

速度扫描技术

由滤波后数据，进行速度扫描，反演出激发点下方混凝土的波速分布，从而重建混凝土构件内的波速分布。图7为散射/反射强度成像，纵坐标是零偏移距的双程时，横坐标是界面的偏移速度，能量强的极值点表示存在强反射/散射界面。时间与速度的乘积的一半是深度。黑色极值点（图中十字所标注的极值点）表示弹性波阻抗差为正，增速界面，反之为减速界面。极值点的选择方式为自动+交互（算法自动拾取与手动选点结合）。

图5 二维波速扫描

偏移成像技术

采用合成孔径成像技术，使用相关域内的观测数据与二维波速扫描给出的偏移速度，重建地质异常体α的空间图像，展现混凝土内的界面位置与异常体形态。合成孔径成像偏移成像公式: