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1、WYS2003_RSM_CT弹性波CT使用说明书6.191 概 述弹性波层析成像技术是医学CT技术在地震勘探中的应用，众所周知，医学CT技术又称为计算机辅助层析成像技术（Computerized Tomography）,是获得巨大成功的一种反演技术，两次获得诺贝尔奖，它的基本思想是从曲线积分值中求取物性参数（如速度参数）的空间分布，从而得到探测对象的精确图像。RSM声波仪器的开发与应用，为广大工程技术人员利用声波CT方法技术提供了便利条件。在野外以及室内可以更为精确的研究各类岩石的声速特性；可以定量地确定构件的质量以及缺陷的分布形态。声波CT在岩石力学研究和混凝土构件的无损质量检测中具有广阔的
2、应用前景。WYS2003_RSM_CT弹性波层析成像系统是结合多年的生产项目和科学研究千锤百炼而来。使用先进的工程物探信息系统可以对各种资料数据进行有条不紊的管理和快速查询与分析。先进的设计建模技术和快速射线追踪算法，使得直射线CT和弯曲射线CT两种方法均可以快速高精度实现。系统最佳运行环境是Windows2000或者WindowsXP，同时对Windows98能够很好兼容。安装方法十分简单，即首先把光盘放入驱动器，然后在Windows操作系统下运行setup.exe，之后按顺序要求进行即可。安装前应该首先认真阅读光盘上的说明文件(ReadMe.txt)，更多的有关弹性波CT成像方法技术和操作
3、技巧请阅读WYS2003_RSM_CT.Doc。最新内容可以在http:/.gs网站上进行浏览或者下载。2 基本原理1.以基桩质量检测为例说明声波CT基本原理。在大型重点工程中，一般都要使用声波透射法通过基桩中预埋管对其进行质量检测，其检测方法原理如图1.a所示，这种方法具有快速简便之优点，但是不能准确判定隐患具体位置，并且当高速与低速异常同时分布或者异常区域较小时，常常会漏判或者错判。使用交汇测试方法可以在某程度上提高判定精度，但由于需要大量的计算工作，因此在实际工作中很少使用。图1声波孔透检测与CT成像原理对比图2.声波CT成像与交汇法检测原理相似但又有根本的区别，如图1.b所示首先通过扇
4、形测试获取大量的首波读时数据(ti)，然后通过求解大型矩阵方程来求取两孔之间速度剖面图像，根据速度剖面图像可以直观准确地判定隐患大小分布，是目前最为有效最为精确的测试方法。设在成像剖面内共测有N条射线，首先根据测量精度把剖面剖分为M个单元（网格），则以射线理论为基础的成像方法归结为解下述方程：=式中lij是第i条射线在第j个单元内的路径长度；Sj是第j个单元的慢度（1/Vj）值；ti是第i条射线的走时值。3.首先用直射线方法对剖面成像后，这时剖面速度图像是由许多正方形单元组成，每个单元内波速可近似认为均匀不变。据弹性波传播原理射线只能在单元边界上发生反射、折射或散射，因此进行射线追踪时，首先要
5、对单元边界进行离散，选择快速计算方法是只用边界交点作为计算结点；精细计算方法是在单元边界中间内插一个结点，这样精度有所提高但计算时间加长。由于弯曲射线是在直射线附近弯曲，如果用剖面内所有结点来追踪射线计算量很大且没有必要，因此，规定每条射线追踪在其以激发点和接收点作为焦点所作椭圆内进行，则结点数可减少很多提高计算速度。当椭圆参数b/c=1/10时称为小弯曲成像方法，适用于异常体较小的情况；当椭圆参数b/c=1/5时称为大弯曲成像方法，适用于异常较大的情况。3 信息管理WYS2003运行后首先进入信息管理系统，通过信息系统实现对工程物探信息的管理、查阅以及信号采集和分析，界面如图2所示。图2信息
6、管理主界面1. 首先可以看到界面下方有三个表，第一个是项目表，表中每个项目的具体内容由其后两个表确定。第二个是资料表，表中每一项资料相当于一个文件夹，每个项目一般由多个资料项组成。最后一个是记录表，表中的每一项相当于一个文件，每个资料项一般由多个记录组成。由上述可知，三个表是三层关系，即一个项目可包含多个资料项，每个资料项一般由多个记录组成。采用上述方法可以有条不紊的对物探信息进行管理，同时有于使用了数据库管理技术，所有信息资料全部集成在WT_DB目录下的8个文件中，如果需要备份信息资料，对WT_DB进行复制备份即可。注意界面左上方一行按钮，？是版本信息版权说明按钮，其余是表中数据导航按钮，并
7、且仅对光标焦点所指定的表有效，移动光标可以改变控制表。在第三个记录表中用鼠标双击记录编号，其内容可在右上方窗口显示或关闭。当显示文本资料时，用鼠标双击窗口可对资料进行编辑打印，并且资料被复制到粘贴板，可供其它应用软件粘贴处理；当显示图片资料时，用鼠标双击窗口可对图片进行放大，并且图片被复制到粘贴板，可供其它应用软件粘贴处理。2. 接下来对界面左上方信息管理四大功能进行介绍，首先是创建功能如果要进行一项新的工作，一般需要创建新项目，除工作方法必须在给定范围内选择外，其余均可任意给定。对于一个新项目一般必须创建文本TXT类型资料夹，其它类型根据需要而定，*可存取任意类型资料文件。如果要在一个已存在
8、的项目中创建资料项选择创建资料夹。3. 管理主要用于对信息的存取以及删除，可以在磁盘上一次选择一个或多个文件存入数据库，便于分析和保存，注意文件类型必须与光标所指资料类型一致。也可以同时选择一个或多个记录用文件存入磁盘，便于信息交流及其它处理;还可以把计算分析所得图形或资料通过粘贴板存入数据库。下面三个按钮分别用来删除三个表中光标所指信息，注意如果选择删除项目包括该项目中所有资料及记录将被删除。按住Ctrl或者（Ctrl+Shift）可以一次选择多个记录进行存盘或者删除。4. 如果资料表或者项目表中有较多的内容，可使用查阅功能。首先确定查询范围是在哪个数据表中进行；然后输入查询的内容、属性和方
9、法即可执行检索功能进行查询，结果表中会列出所有符合检索要求的内容编号。5. 分析是界面中很重要的一项，如果需要对某个项目表中的的资料进行CT成像，需要首先移动项目表中指针到该位置，然后点击分析开始即可进入弹性波CT主界面如图3如示。如果该项目中数据为空，可以选择管理执行文件到记录功能直接读取实测数据文件RTX，或者进入CT之后手工快速输入编辑。4 弹性波CT 1.执行编辑数据功能，进入数据编辑窗口，可以根据数据格式要求，直接输入待处理数据；或者通过选择资料、确定数据、读取等操作对数据进行读入和编辑。对数据编辑完成之后返回，屏幕左上方自动显示出有关计算参数,可根据实际情况对其进行选择修改。图3弹
10、性波CT主界面2.执行观测系统功能，根据实测数据坐标首先绘出各激发点对应接收点射线分布图，其后绘制完整观测系统图。执行数据曲线功能，根据曲线设置所给定的参数，绘制对应的数据曲线，如果射线波速或实测走时曲数有较大异常值，应对原始数据进行检查。如果采用一发多收测试方法并且有延时误差存在时，可以执行拟合分析功能对其进行校正。3.执行成像反演功能，根据所设参数进行CT成像计算。单元列数表示成像剖面所剖分网格列数，一般初始值较小在成像中可通过单元加倍来加密，成像方法选直射线CT时计算速度最快。可通过输入测区最小、最大波速来约束成像过程，进一步提高成像精度。4.执行成像分析后进入图像处理窗口，如果成像单元
11、太大，可用单元加倍、圆滑图形来处理，之后返回再次执行成像分析，则系统以上一次结果为基础进行计算，可随时执行图像显示上次成像结果。每次执行编辑数据之后，成像结果置0可重新开始迭代计算。数据可以直接用文本方式编辑其格式如下：/X(m) Y(m) t(ms) 第i组标题Six Siy 0 激发点坐标0 0 0 输入(0,0,0)备用Rx1 Ry1 t1 接收点1坐标走时Rx2 Ry2 t2 接收点2坐标走时 其它各测点数据5 测试方法图4弹性波CT常用观测系统1.根据所用测试仪器可以分为地震波CT和声波CT，两者的成像方法原理完全一样，所不同的是前者是读时精度低，但可以进行大能量长距离透射，一般用孔
12、间透射法对大型构造进行探测；后者具有精度高、测试快速简单等优点，但是能量小适用于短距透射，主要应用于砼质量检测以及岩体分类。2.弹性波CT是根据医学CT原理而来，测试时要求尽可能全方位对被测剖面进行透射测量，才能提高成像精度。这好像看一个物体，只有从物体的各个方位观察，才能了解物体的全部。同时传感器间距一般应小于探测异常体尺寸。然而在具体测试时，由于受客观条件的限制一般很难做到，但应尽可能加大扇形张角同时要保证测试精度。一般常用的方法有两侧透射、三侧透射以及最为理想的四侧透射。输入成像数据时必须给定激发点和接收点坐标位置，因此必须根据测试剖面建立标准直角坐标系，只要坐标与剖面在同一平面内，坐标
13、原点可根据需要或者习惯任意确定，坐标系建好后剖面内任一测点均对应一个二维坐标值(x,y)。以每个扇形数据为一组输入后即可进行成像计算。几种常用的观测系统如图4所示。3. RSM-SY5声波仪测试方法:先参照非金属声波测试说明书了解声波测试的基本操作。弹性波CT可针对构件二维平面坐标进行测试。运行RSMSY5通用程序进入主操作界面。如图5所示。在主操作界面上以鼠标左键点击“设置M”命令按钮，或敲击M键，将进入参数设置界面，如图6所示。首先在“通道数”中，应选择“单通道”（注意：选择“单通道”，传感器应连接在CH1通道上）；在“自动”中，应选择“连采”；在“测点自动标识”中，应选择“自动”。然后建
14、立标准的直角坐标系，使构件的检测面处于此直角坐标系中。根据测试构件的大小及测试精度，选择发射换能图5 RSMSY5通用程序主操作界面器和接收换能器的移距大小（一般发射换能器和接收换能器的移距大小相同），移距越大测试精度越低，但测试速度越高；移距越小测试精度越高，但测试速度越低。图6 参数设置界面根据测试构件大小，确定X、Y坐标及测试范围（即构件的长和宽），然后将此数值输入到参数设置界面中“测点自动标识”的“发射孔口、底”及“接收孔1口、底”的“X、Y、Z”中。先把发射换能器放在构件某一平面的某处固定不动，把接收换能器放在与发射换能器所在平面对称的另一平面依此测取各接收点（各接收点之间的距离为移
15、距大小）的声时进行扇形透射测试，移距大小输入在“测点自动标识”的“接收1移距”中；再把发射换能器在原平面上移动一个移距后固定不动，接收换能器仍按原操作一样依次测取各接收点的声时进行扇形透射测试；依此在发射换能器所在平面上不断移动发射换能器，分别在对称平面的各测点上用接收换能器测取不同的声时，直致将这一对平面的各测点测试完毕。然后将发射及接收换能器换到另一对称平面，按上述方法进行测试。测试完成后将结果文件（*.RTX）调入到弹性波CT分析软件中进行结果分析。下面以一个长0.5米、宽0.4米的构件（假定文件名为1）为例介绍一下RSMSY5的软件操作。首先建立标准的直角坐标系，如图7所示。另外确定换能器的移距，假定移距为0.1米。先测试与X轴平行的这一对称平面，将发射换能器置与坐标原点（0，0）位置，接收换能器置与坐标（0，0.4）位置，参数设置界面如图6所示，点击“确定”，返回主操作界面。此时主操作界面右下角“剖面”窗口为空白，“发射（m）”处显示第一个发射点所处的位置（0），“接收1（m）”处显示第一个接收测点所处的位置（0）。点击“采样”，进行信号采集，等信号稳定后，点击“停机”，停止信号采集，判读声波首波到时，如图8所示。图7 构件直角坐标系图8
