波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種超聲波檢測波紋管孔道注漿密實度的裝置及方法。包含由信號激勵模塊激勵產生超聲信號的發射換能器和呈十字形陣列排列的多個接收換能器，采集信號的信號采集模塊，對采集的信號進行處理和波形顯示的信號處理及顯示模塊。確定出散射聲場的波形在不同位置所接受到的波形中的到達時間曲線，以該曲線為基準，從陣列測量波形中用窗函數取出一些波形，計算相關系數，計算相關系數隨介質聲速和波紋管直徑以及時間的變化曲線，形成圖像，通過圖像判斷波紋管注漿缺陷。本發明專利技術簡單實用，適合施工現場的快速檢測，特別適用于橋梁施工過程中對施工質量的現場判斷及其為橋梁的日常檢測維修提供依據，并且對空腔位置的判斷準確、直觀可靠。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術公開了一種基于超聲波檢測波紋管注漿密實度的裝置及方法，屬于超聲檢·測及分析

技術介紹
隨著中國橋梁建設的高速發展，波紋管預應力混凝土結構得到廣泛應用，其波紋管孔道壓漿質量一直是人們關心的問題，波紋管的注漿密實度關系到鋼絞線承載能力的發揮，對橋梁波紋管注漿密實度進行評價具有重要的意義。當前的孔道波紋管壓漿施工中經常出現壓漿不密實、有空隙、孔道未被水泥漿完全充滿等質量問題，導致質量安全事故頻頻發生，類似事故已引起工程界的強烈關注。目前檢測波紋管注漿密實度的方法主要有鉆心檢測法、電磁波雷達法、彈性波反射法、X射線法等，這些方法都是從橋梁、T梁、廂梁中預應力孔道波紋管的外部進行檢測，在一定的程度上能夠實現對波紋管注漿密實度進行檢測的目的，但是由于外部檢測時檢測信號(包括聲音、射線、電磁波信號)在進出波紋管前后都需要穿過厚厚的包含螺紋鋼的混凝土層，信號損失較大，不能完全滿足波紋管注漿密實度檢測的要求。目前使用超聲波檢測孔道波紋管壓漿的方法，歸納之后主要是以下2種I、聲波首時法根據超聲波在波紋管和混凝土中傳播聲速的不同，一部分穿過鋼管后穿過混凝土，再穿過鋼管壁的直線路徑傳播；另一部分沿鋼管壁繞射過去，計算聲速判斷判斷注漿缺陷與否。此種方法理論上計算可行，但是在實際測量中誤差很大，很難判斷出缺陷的位置。2、波形識別法通過判斷接收到的脈沖波首波波幅及波形畸變程度，可判斷波紋管混凝土內部是否存在缺陷。但該方法為經驗判斷法，受現場檢測條件的影響，容易出現較多的誤、漏判，此方法很少使用。以上兩種方法雖然在一定程度上能達到檢測的目的，但不能夠達到精確的測量目的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種，通過散射聲場波形與介質聲速和波紋管直徑以及時間的變化曲線的對比，從而達到檢測橋梁內部混凝土注漿質量的目的。為了達到上述目的，本專利技術所采取的技術方案為一種波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的裝置，其特征是，包括一產生方波脈沖信號的信號激勵模塊，為大功率信號源，用于產生脈沖信號；一信號發射接收模塊，包含由所述信號激勵模塊激勵產生超聲信號的發射換能器和呈十字形陣列排列的多個接收換能器，所述發射換能器設置在十字形陣列的中心；一信號采集模塊，采集所述信號發射接收模塊的信號；一信號處理及顯示模塊，對采集模塊的信號進行信號處理和顯示圖形。所述信號發射接收模塊設置在波紋管外注漿的固定塊表面。所述發射換能器設置于波紋管管壁外的中心位置，所述接收換能器陣列中包含16 個接收換能器，其中8個接收換能器平行地設置于波紋管外，主要接收反射回來的超聲波信號；另外8個接收換能器垂直地設置于波紋管外，主要接受散射的超聲波信號。所述的信號激勵模塊為大功率信號源，包含以信號發生器為核心的方波信號產生模塊、以高頻功率放大器為核心的功率放大模塊。所述發射換能器為與所述大功率信號源相匹配的圓形大功率壓電陶瓷發射換能器。所述接收換能器為與所述發射換能器相匹配的圓形超聲信號接收換能器。所述信號采集模塊包含集成運算放大器、高速A/D轉換模塊、FPGA高速控制模塊和計算機終端。所述的信號處理及顯示單元模塊包含濾波組件、信號差分放大組件、將超聲成像模塊的輸出圖像采集出來并壓縮存儲到計算機中的數據存儲組件、算法組件和顯示輸出組件。所述算法組件包含對參數初始化的數據初始化模塊和運用計算波紋管注漿密實度、缺陷位置及大小的算法模塊；所述算法模塊中采用掃描的方法去計算相關系數隨介質聲速和波紋管直徑以及時間的變化曲線，形成一個圖像，該圖像的極大值位置為所獲得的最佳處理結果，如果波紋管空心或注漿不密實，則有散射聲場存在，該圖像即有極大值，極大值經過標定后即為密實度的一個指示函數值。一種基于權利要求I所述的裝置的波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的方法，其特征是，包含以下步驟(1)將檢測裝置垂直壓于水泥壁，初始化參數。由信號激勵模塊即大功率信號源激勵超發射換能器產生超聲信號；(2)呈十字形陣列排列的接收換能器接收所述發射換能器產生的超聲信號；(3)信號采集模塊對所述的接收換能器陣列接收到的信號進行采樣，量化處理；(4)并由信號處理及顯示單元將接收的信號進行運算，然后繪制出圖像，由圖像信息顯示波紋管注漿密實度及漿和波紋管內鋼絞線間是否存在缺陷，并根據發射換能器和接收換能器陣列所處的位置，計算判斷出缺陷所處的位置。本專利技術所達到的有益效果本專利技術由大功率超聲激勵源發射模塊產生高頻大功率超聲波，超聲信號接收模塊十字陣列接收由空腔(缺陷)散射的超聲波信號并轉化為電信號，當波紋管空心時，散射聲場比較強，用理論方法確定出散射聲場的波形在不同位置所接受到的波形中的到達時間曲線，以該曲線為基準，從陣列測量波形中用窗函數取出一些波形，計算相關系數。采用掃描的方法去計算相關系數隨介質聲速和波紋管直徑以及時間的變化曲線，形成一個圖像，該圖像的極大值位置為所獲得的最佳處理結果，如果波紋管空心或水泥不密實，則有散射聲場存在，該圖像即有極大值，極大值經過標定后即為密實度的一個指示函數值，從而達到檢測橋梁內部混凝土注漿質量的目的。本專利技術的裝置易于攜帶，使用方便，適合施工現場的快速實時檢測，特別適用于橋梁施工過程中對施工質量的現場判斷及其為橋梁的日常檢測維修提供依據，并且對空腔位置的判斷準確、直觀可靠。附圖說明圖I是波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的裝置結構圖2是波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的裝置橫剖面結構圖3是波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的裝置縱剖面結構圖4是波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的數據采集模塊結構圖中，01為發射換能器；02至17為接收換能器；18為波紋管；19為鋼絞線；20為缺陷(空氣泡)；21為固體水泥。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術作進一步說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本專利技術的技術方案，而不能以此來限制本專利技術的保護范圍。如圖I、圖2和圖3所示，本專利技術的檢測裝置包括信號激勵模塊；信號發射接收模塊；信號采集模塊；對接收的超聲信號進行處理及顯示的信號處理及顯示模塊，信號處理及顯示模塊將接收的超聲信號采用相關運算繪制圖像確定極大值，從而確定出缺陷20的位置極其相對大小。激勵信號模塊包含以方波信號發生器為核心的信號發生模塊和以高頻功率放大器為核心的功率放大模塊組成，能夠產生脈沖寬度和頻率可變的方波脈沖信號。檢測用的信號發射接收模塊中包含I個發射換能器01和16個接收換能器02-17。將這17個換能器按十字形排列，其中位于十字形中心的換能器為發射換能器01，其余16個為接收換能器02-17，并且16個接收換能器中的8個換能器平行于波紋管設置，另外8個換能器垂直于波紋管設置，并且所有的換能器均設置在波紋管外的注漿固體水泥21表面。為了提高檢測精度，發射換能器和接收換能器選用比較薄的圓形壓電陶瓷片換能器，且在固定的過程中使換能器垂直于固體水泥21表面。信號采集模塊包含集成運算放大器、高速A/D轉換模塊、FPGA高速控制模塊和計算機終端。通過計算機終端的上位機控制信號采集模塊采集界面波信號，并將采集數據保存到計算機的SRAM (隨機存儲器)中。信號處理顯示模塊對采集到的數據進行處理然后將處理結果通過計算機顯示器顯示出來。利用計算機進行數據處理能夠提高數據處理速度和處理能力，降低檢測裝置功耗。具體實施方法如下(I本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種波紋管孔道注漿密實度超聲檢查的裝置，其特征是，包括一產生方波脈沖信號的信號激勵模塊，為大功率信號源，用于產生脈沖信號；一信號發射接收模塊，包含由所述信號激勵模塊激勵產生超聲信號的發射換能器和呈十字形陣列排列的多個接收換能器，所述發射換能器設置在十字形陣列的中心；一信號采集模塊，采集所述信號發射接收模塊的信號；一信號處理及顯示模塊，對采集模塊的信號進行信號處理和顯示圖形。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓慶邦，趙勝永，徐杉，王茜，殷澄，李建，朱昌平，
申請(專利權)人：河海大學常州校區，
類型：發明
國別省市：