錨杆長度超聲導波檢測儀的製作方法

2023-10-04 23:32:44 2

專利名稱：錨杆長度超聲導波檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種錨杆長度超聲導波檢測儀，該裝置利用超聲導波無損檢測技術測量埋置於介質(如土壤、水泥、樹脂及巖石)中錨杆長度，屬於無損檢測領域。
背景技術：
水利水電工程、城市建設、公路鐵路建設等工程中大量的採用錨杆支護技術(即將錨杆埋入巖石或土壤中以增強巖石或土壤的支護能力)。由於工作環境較惡劣，如水份、潮溼空氣、雨水等液體滲入到金屬錨杆，致使錨杆發生局部腐蝕而引起的應力集中，從而導致錨杆的斷裂；或因土層、巖層的橫向滑動，使錨杆的應力狀況發生改變，從軸向拉應力變為橫向剪應力，最終導致錨杆被剪斷而失效。個別施工方為謀取不當利益，偷工減料，往往擅自縮短錨杆長度，使其達不到設計承載強度，給巖土工程造成潛在的事故隱患。由於這幾種方式存在著很強的隱蔽性，對其進行有效的檢測存在很大的困難。
現有錨杆檢測儀採用聲頻應力波檢測方法，檢測波形較為雜亂，難以識別，存在重複性差、檢測精度低等缺點，無法滿足實際工程檢測需要。因此可採用一種超聲導波無損檢測方法，該方法需設計專用的裝置，目前還未見該種專用裝置。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術中存在的不足，提供一種錨杆長度超聲導波檢測儀，該裝置能夠準確、低成本的檢測埋於介質中錨杆的長度。
本實用新型所採用的技術方案，具體結構參見圖1～圖3，其特徵在於本裝置包括有任意函數發生器模塊1、功率放大模塊2、轉換開關模塊3、導波收發元件4、增益放大模塊5、波形解析及顯示模塊6。其中，任意函數發生器模塊1通過功率放大模塊2與轉換開關模塊3相連，轉換開關模塊3又與導波收發元件4和增益放大模塊5相連，增益放大模塊5與波形解析及顯示模塊6相連。
各模塊的功能如下任意函數發生器模塊1是根據輸入的錨杆和周圍介質參數而自動生成適用於檢測的具備一定中心頻率及周期的單音頻信號的模塊。由高性能單片機和高速數/模轉換晶片組成，也可由DSP晶片構成。
功率放大模塊2是將任意函數發生器模塊1所產生的波形進行信號放大200倍以上並通過轉換開關模塊3傳輸給導波收發元件4的模塊。由前置放大器和集成功率放大器構成。
轉換開關模塊3的功能是將任意函數發生器模塊1發送的經由功率放大模塊2放大的導波信號通過同軸電纜傳至導波收發元件4，並將導波收發元件4所接收到的錨杆端部反射信號經由增益放大模塊5傳至波形解析及顯示模塊6。檢測過程中，同一組傳感器要完成信號激勵和接收的雙重任務，這就需要轉換開關模塊3將激勵出的70V以上的高電壓信號和接收到的500mV以下弱電壓信號的區分開，將高電壓信號送給導波收發元件4，將弱電壓信號送給增益放大模塊5。
導波收發元件4是使杆中產生導波的元件，例如用壓電換能器構成，放置於錨杆露出端部，通過耦合劑如凡士林等與杆接觸。導波收發元件4也可以是電磁導波探頭或單晶探頭。並且在發送時作為發送元件，在接收時作為接收元件使用。
增益放大模塊5是將所接收到的錨杆端部反射信號放大的模塊，最大放大率可達70dB。
波形解析及顯示模塊6是通過分析反射信號，測定錨杆端部反射回波時間，乘以模塊資料庫中該模態在激發頻率下的速度，並除以2，即可得到錨杆的實際長度，並將此檢測結果顯示出來的模塊。
本裝置的具體工作過程是將導波收發元件4安置於被測錨杆露出端部，將錨杆和周圍介質相關參數輸入任意函數發生模塊1，任意函數發生模塊1從自身儲備資料庫中選取適合該參數的信號，產生一個脈衝信號，經功率放大模塊2進行放大後，再經由轉換開關模塊3施加於導波收發元件4，導波收發元件4在錨杆中產生一個沿錨杆軸向傳播的縱向超聲導波，該縱向超聲導波在錨杆的另一端部引起的回波信號又傳輸給導波收發元件4，導波收發元件4通過轉換開關模塊3將該信號傳輸給增益放大模塊5，增益放大模塊5放大信號後送入波形解析及顯示模塊6；波形解析及顯示模塊6對所輸入回波信號進行定量分析處理，確定端面回波到達時間，根據模塊資料庫中所激勵導波在此激勵頻率下的速度，計算並顯示出該錨杆長度。該回波信號及錨杆長度也可以數據形式存儲在存儲器中，以備以後顯示和分析處理。
所謂導波是超聲波，它被定義為由於在反射或者變換模式的同時行進在如管、板或杆中那樣有界面的物體中的縱波或者橫波的幹涉而形成的彈性波。
本實用新型提出了一種利用超聲導波無損檢測錨杆長度的裝置，主要具有以下優點(1)檢測準確度高，誤差能夠滿足工程要求；(2)操作簡單，工人勞動強度小，對操作工人的技術水平要求低；(3)檢測成本低。


圖1本實用新型的可攜式終端裝置模塊示意圖圖2本實用新型裝置的任意函數發生器模塊中的檢測條件設定窗口和發送波形選擇/顯示窗口。
圖3本實用新型裝置的波形解析及顯示模塊中的檢測結果顯示窗口。
圖4激發頻率為2.61MHz下縱向軸對稱模態錨杆端部反射波形具體實施方式
本實用新型的具體實施方式
，具體結構參見圖1～圖3，本裝置主要由任意函數發生器模塊1、功率放大模塊2、轉換開關模塊3、導波收發元件4、增益放大模塊5、波形解析及顯示模塊6。其中，任意函數發生器模塊1通過功率放大模塊2與轉換開關模塊3相連，轉換開關模塊3又與導波收發元件4和增益放大模塊5相連，增益放大模塊5與波形解析及顯示模塊6相連。導波收發元件4是用共同的壓電換能器、電磁超聲探頭或單晶探頭，在發送時作為發送元件，在接收時作為接收元件使用。
如圖1所示，本實施例中錨杆為長度2m，直徑22mm的冷拉二級螺紋鋼。密度為7800kg/m3，縱波波速為5960m/s，橫波波速為3260m/s。周圍介質選用水泥淨漿，水灰比為0.5，密度為1600kg/m3，縱波波速為2810m/s，橫波波速為1700m/s。
1)將錨杆及介質相關參數輸入任意函數發生器模塊1輸入界面中，任意函數發生器模1塊根據輸入參數從自身儲備資料庫中選擇適合脈衝導波信號。在本實施中，任意函數發生器模塊1產生一個頻率為2.61MHz、周期數為10個的漢寧窗調製的單音頻正弦信號。經功率放大模塊2進行電流放大後其電壓峰峰值為200V，經轉換開關模塊3，施加於導波收發元件4上，在被測錨杆中產生縱向軸對稱導波模態；2)上述縱向軸對稱導波模態在錨杆另一端部反射，導波收發元件4接收到縱嚮導波的回波信號，經轉換開關模塊3，並由增益放大模塊5放大電流信號後，送入波形解析及顯示模塊6；3)波形解析及顯示模塊6接收到放大後的錨杆端部反射信號後，經過波形判斷及分析，計算錨杆長度，並可在顯示裝置上顯示。
圖4為2.61MHz頻率下所接收的反射波形。第一次端面回波時間為0.705ms，此頻率下導波模態的能量速度為5758m/s，兩者相乘並除以2，故錨杆長度計算為2.03m，誤差僅為1.5％。
權利要求1.錨杆長度超聲導波檢測儀，其特徵在於該裝置包括有任意函數發生器模塊(1)、功率放大模塊(2)、轉換開關模塊(3)、導波收發元件(4)、增益放大模塊(5)、波形解析及顯示模塊(6)；其中，任意函數發生器模塊(1)通過功率放大模塊(2)與轉換開關模塊(3)相連，轉換開關模塊(3)又與導波收發元件(4)和增益放大模塊(5)相連，增益放大模塊(5)與波形解析及顯示模塊(6)相連。
2.根據權利要求1所述的錨杆長度超聲導波檢測儀，其特徵在於轉換開關模塊(3)將接收到的70V以上的高電壓信號和接收到的500mV以下弱電壓信號區分開，將高電壓信號送給導波收發元件(4)，將弱電壓信號送給增益放大模塊(5)。
3.根據權利要求1所述的錨杆長度超聲導波檢測儀，其特徵在於所述的功率放大模塊(2)輸出至轉換開關模塊(3)的高電壓信號在70V以上。
4.根據權利要求1所述的錨杆長度超聲導波檢測儀，其特徵在於所述的導波收發元件(4)為壓電換能器、電磁導波探頭或單晶探頭，並且在發送時作為發送元件，在接收時作為接收元件使用。
專利摘要本實用新型涉及一種錨杆長度超聲導波檢測儀，屬於無損檢測領域。本裝置包括有任意函數發生器模塊(1)、功率放大模塊(2)、轉換開關模塊(3)、導波收發元件(4)、增益放大模塊(5)、波形解析及顯示模塊(6)。其中，任意信號函數發生器模塊(1)通過功率放大模塊(2)與轉換開關模塊(3)相連，轉換開關模塊(3)又與導波收發元件(4)和增益放大模塊(5)相連，增益放大模塊(5)與波形解析及顯示模塊(6)相連。本裝置具有檢測準確度高、操作簡單、檢測成本低等優 點。
文檔編號G01S15/02GK2909174SQ20062011329
公開日2007年6月6日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者何存富, 孫雅欣, 吳斌, 王秀彥, 黃垚, 張青 申請人:北京工業大學