一種超聲波混凝土檢測裝置的製作方法

2023-05-23 09:11:06 1

本發明涉及一種檢測裝置，具體涉及的是一種超聲波混凝土檢測裝置。

背景技術：

在無損檢測技術五大常規檢測中,超聲檢測是應用最為廣泛。目前國內廣泛使用的一些常規超聲無損檢測方法都集中於手工探傷,檢測裝置體型較大，其操作工程比較複雜,檢測周期也比較長,相對來說檢測效率比較低。

如公開號為CN204882467U的中國專利提出了一種智能混凝土超聲波檢測裝置，包括將發射與接收換能器相對放置在混凝土表面，發射聲波後接收聲波經過裝置處理後顯示數據和波形結果，但這種超聲波換能器工作頻率較低，解析度差，測量結果單一，不能測量混凝土材料的其他特性如材質，硬度，疲勞程度等。

而採用超聲相控陣技術則可以將多個高頻聲波聚焦，提高聲波穿透性並能得到理想的回波信號，解析度提高，使後續信號處理更為準確，提高測量精度。國內在此方面的相關研究尚很薄弱,開展此項研究有利於跟蹤學術前沿,拓寬研究領域,具有重要的經濟效益和社會效益。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種能夠提高對混凝土材料特性如材質、硬度、疲勞程度的檢測效率，提高檢測精度，並將檢測裝置集成一體化，小型化，本發明提供了一種超聲波混凝土檢測裝置。

為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案：

一種超聲波混凝土檢測裝置，包括上位機成像顯示模塊、ARM主控晶片、超聲波驅動模塊、超聲波接收模塊、多路開關和超聲相控陣換能器陣列；所述ARM主控晶片的輸出一端接超聲波驅動模塊、另一輸出端接上位機成像顯示模塊、輸入端接超聲波接收模塊，所述超聲波驅動模塊和超聲波接收模塊通過多路開關與超聲相控陣換能器陣列連接。

多路開關為集成模擬多路電子開關，控制超聲相控陣換能器陣列的開與閉從而接收與發射超聲波信號。

上述超聲波接收模塊包括依次連接的限幅隔離模塊、信號放大模塊、帶通濾波模塊、和A/D採集模塊，所述限幅隔離模塊接多路開關，所述A/D採集模塊接ARM主控晶片。

由於超聲波在傳播時存在反射和能量損失，信號放大模塊將接收到的回波信號進行放大。

回波信號經過放大和濾波後輸出的是模擬信號，A/D採集模塊將模擬信號轉變成數位訊號，再傳送到ARM主控晶片。

上述超聲相控陣換能器陣列包括若干個等間距排列的壓電晶片，負責超聲波信號的聚焦發送與聚焦接收。

進一步的，上述壓電晶片的材質為PZT。

上述超聲相控陣換能器陣列的輸出端設有加法器。

進一步的，上述超聲相控陣換能器陣列的陣元數16≤N≤64，陣元間距d≤0.5λ。

進一步的，上述限幅隔離模塊為高壓二極體限幅電路，使低壓回波信號順利通過，屏蔽高壓信號，起到保護電路並隔離大電壓作用。

進一步的，上述帶通濾波模塊為無源帶通濾波電路，能夠有效地過濾掉外界的噪聲幹擾。

本發明的有益之處在於：

1、本發明的超聲相控陣換能器陣列性能穩定，生成可控的波束指向和聚焦位置，能夠全方位多角度檢測不同混凝土的材料特性如材質、硬度、疲勞程度等。

2、由於超聲相控陣換能器陣列尺寸較小，且該檢測裝置相比於傳統檢測裝置體型小，無需人工手動檢測，反應靈敏，檢測速度快，檢測分辨力、信噪比和靈敏度等性能明顯提升。

3、本發明的超聲波混凝土檢測裝置，結構簡單、攜帶轉場方便、操作使用靈活，可適用不同檢測的需要，實用性強，且成本低。

本發明的超聲波混凝土檢測裝置，克服了傳統檢測裝置體型較大、解析度低、檢測結果單一的缺點，通過控制超聲相控陣換能器陣列可實現高速掃查，有效地在不破壞混凝土結構的前提下，利用超聲相控陣換能器陣列的高頻聚焦特性，穿透混凝土，進行混凝土材料特性的檢測。

附圖說明

圖1本發明的一種超聲波混凝土檢測裝置的結構示意圖。

圖2本發明的超聲相控陣換能器陣列的結構示意圖。

圖3本發明的超聲相控陣換能器陣列的發射聚焦示意圖。

圖4本發明的超聲相控陣換能器陣列的接收聚焦示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。

如圖1所示，本發明的一種超聲波混凝土檢測裝置，包括上位機成像顯示模塊、ARM主控晶片、超聲波驅動模塊、超聲波接收模塊、多路開關和超聲相控陣換能器陣列。

ARM主控晶片產生超聲波驅動信號，通過控制多路開關，使超聲相控陣換能器陣列按一定的延時規律發射和接收超聲波驅動模塊產生的超聲波信號，超聲波信號經混凝土樣塊反饋，得到的回波信號通過超聲波接收模塊處理後反饋給ARM主控晶片，最後由上位機成像顯示模塊顯示。

其中，超聲波接收模塊包括依次連接的高壓二極體限幅電路、信號放大電路、無源帶通濾波電路和A/D採集電路。高壓二極體限幅電路使低壓回波信號順利通過，屏蔽高壓信號；信號放大模塊將接收到的回波信號放大；無源帶通濾波電路有效地過濾掉外界的噪聲幹擾；A/D採集模塊將模擬信號轉變成數位訊號後再傳送到ARM主控晶片。

如圖2所示，超聲相控陣換能器陣列由若干個等間距排列的壓電晶片組成，材料為PZT（鋯鈦酸鉛）；超聲相控陣換能器陣列的陣元數（壓電晶片的數量）16≤N≤64，陣元寬度＜陣元間距,陣元間距d≤0.5λ(超聲波波長)。

如圖3所示，超聲波驅動模塊產生觸發脈衝，使超聲相控陣換能器陣列按一定規則延時後發射超聲波脈衝，形成聚焦波場和焦點。

如圖4所示，超聲相控陣換能器陣列按照一定的延時規律接收回波信號，形成聚焦波場和焦點，通過加法器疊加信號，再傳送給超聲波接收模塊。

根據超聲相控陣換能器陣列自身的物理特性——壓電效應，ARM主控晶片產生超聲波驅動信號，使得超聲波驅動模塊按照一定間隔和規律發送高低電平觸發脈衝，通過控制電子多路開關，從而分別控制每個壓電晶片，使超聲相控陣換能器陣列獲得電壓差，從而使超聲相控陣換能器陣列按照一定的規律發射超聲波，從而達到延時效果。

實際使用時：

使用本發明的超聲波混凝土檢測裝置，用不同材料混凝土試塊事先建立一個相對標準的材料特性資料庫。

在檢測實際生活中混凝土材料時，該檢測裝置可自動匹配對比資料庫中的數據，然後判斷當前檢測對象的材質、硬度、疲勞程度等特性，最後通過由成像顯示模塊進行上位機顯示。

對於不同情況下混凝土的材質，硬度，疲勞程度，超聲波的傳輸速度，時間和返回波形的參數是不同的。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。