CN102788843A - 一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测混凝土内部缺陷的有限元超声成像方法，包括将超声发射器和接收器放置在混凝土表面，发射和接收超声波，对采集到的超声信号进行滤波预处理后，用有限元方法对混凝土内部物理参数进行重建，具体步骤为：选择超声传播的模型，信号前处理，有限元迭代重建，以及图像后处理。然后根据图像做结果分析，依据混凝土的结构设计，从而确定混凝土内缺陷的位置、大小和性质。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声检测装置，特别涉及一种适用于检测T梁、箱梁中的预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置。
背景技术
目前国内外大量使用的混凝土超声检测设备，采样位数一般为8位，采样频率最大20MHz，可以进行单通道或双通道数据采集，采样精度较低，多点检测时需要反复布点，逐个接收采样数据，工作量大。同时，传统的混凝土超声检测设备只能对所接收的一维信号进行分析处理和人工判读，工作效率低，可靠性较差。由于混凝土是由水泥、沙、粗骨散粒料组成的混合材料，同时由于桥梁检测中检测环境复杂，影响因素多，直接从一维接收信号中比较确定地获得关于混凝土的内部质量的描述还存在相当大的难度和不确定性，一般需要依赖仪器操作者相当的工作经验。
而针对预应力管道注浆密实度检测这一特殊问题，传统的超声波检测装置均采用单个发射换能器和一个或两接收换能器，通过固结波速法来评价波纹管注浆的整体密实度，通过冲击回波法和/或散射理论给缺陷定位。此类装置仅能发现分米级的注浆缺陷，而且，缺陷难以定位。而实际情况中，分米级的注浆缺陷较少，分米以下的缺陷同样对桥梁健康造成严重影响，需要采取补救措施。因而，从现代检测对预应力管道注浆密实度检测的要求来说，仅能发分米级的注浆缺陷是远远不够的，这要求能发现更小的缺陷,而且要能确定缺陷的位置、尺寸等信息。提高检测装置的分辨力，及智能化、自动化程度，已经成为必需。
因此，开发新超声波检测方法及开发新的适合新型超声波换能器，多通道、高精度、能够实现混凝土内部结构特别是预应力管道内部结构成像的混凝土超声检测设备对我国混凝土无损检测技术的发展和工程中的实际应用将具有积极的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有预应力管道注浆质量检测装置的不足，提供一种有效、实用的预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置。
本发明的技术方案是，一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，包括一压电陶瓷驱动电源、一前置放大器、一数据采集卡、一工控机，所述的工控机通信连接至数据采集卡，数据采集卡分别通信连接至前置放大器和压电陶瓷驱动电源，还包括两个超声波换能器阵列，所述的两个超声波换能器阵列分别与前置放大器和压电陶瓷驱动电源电连接。
所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，所述的两个超声波换能器阵列均由相同的压电陶瓷换能器组成。
所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，所述的两个超声波换能器阵列可互相交换连接至前置放大器和压电陶瓷驱动电源。
所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，所述的两个超声波换能器阵列分别由1-8个压电陶瓷换能器组成。
所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，所述的前置放大器包括8通道电荷放大器和8通道时间增益放大器，所述的8通道电荷放大器的输入端连接至两个超声波换能器阵列中的一个，8通道电荷放大器的输出端连接至8通道时间增益放大器的输入端，8通道时间增益放大器的输出端连接至数据采集卡。
所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，所述的压电陶瓷驱动电源包括高压开关和高压稳压电源，高压稳压电源和高压开关依次连接后再输出电力至两个超声波换能器阵列中的一个，所述的高压稳压电源和高压开关的控制端分别连接至数据采集卡。
所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，所述的数据采集卡包括8通道模拟输入通道、数模转换器和数字IO电路，所述的8通道模拟输入通道的输入端连接至前置放大器的8通道时间增益放大器的输出端，所述的数模转换器连接至8通道时间增益放大器的控制端，所述的数字IO电路分别连接至压电陶瓷驱动电源的高压稳压电源和高压开关的控制端。
本发明的技术效果在于，1、 同时多通道接收，大大减少布点时间及测量时间。2、布置好一个测点后，可自动切换发射换能器，测量更多数据，而不用人工移动发射换能器。3、前置放大器增益连续可调，也可按需要随时间改变增益。4、采用16位ADC，采样精度高。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明包括一压电陶瓷驱动电源、一前置放大器、一数据采集卡、一工控机，工控机通信连接至数据采集卡，数据采集卡分别通信连接至前置放大器和压电陶瓷驱动电源，还包括两个超声波换能器阵列，两个超声波换能器阵列分别与前置放大器和压电陶瓷驱动电源电连接。两个超声波换能器阵列均由相同的压电陶瓷换能器组成。两个超声波换能器阵列可互相交换连接至前置放大器和压电陶瓷驱动电源。两个超声波换能器阵列分别由1-8个压电陶瓷换能器组成。
前置放大器包括8通道电荷放大器和8通道时间增益放大器，8通道电荷放大器的输入端连接至两个超声波换能器阵列中的一个，8通道电荷放大器的输出端连接至8通道时间增益放大器的输入端，8通道时间增益放大器的输出端连接至数据采集卡。该前置放大器主要由8通道电荷放大器和8通道时间增益放大器组成。8个接收通道的增益连续可调，调节范围为0-40dB。8通道时间增益放大器的增益可以固定也可以在数据采集过程中随时间改变。
压电陶瓷驱动电源包括高压开关和高压稳压电源，高压稳压电源和高压开关依次连接后再输出电力至两个超声波换能器阵列中的一个，高压稳压电源和高压开关的控制端分别连接至数据采集卡。该高压稳压电源有四档电压可选择，分别为125V、250V、500V、1000V；该高压开关控制发射换能器的发射脉冲。
数据采集卡包括8通道模拟输入通道、数模转换器和数字IO电路，8通道模拟输入通道的输入端连接至前置放大器的8通道时间增益放大器的输出端，数模转换器连接至8通道时间增益放大器的控制端，数字IO电路分别连接至压电陶瓷驱动电源的高压稳压电源和高压开关的控制端。该数据采集卡有8个16位模拟输入通道、2路16模拟输出、24路数字输出及驱动接口，该8路模拟输入采样率最高2MHz、8通道同时采集，该2路模拟输出更新速率为3.3MHz。前置放大器的增益由该数据采集卡的16位数模转换器（DAC）控制。前置放大器的输出信号由该数据采集卡的8个模拟输入通道采集。压电陶瓷驱动电源电压档位及发射脉冲时间由该项数据采集卡的数字IO控制。
工控机采用带触摸屏的一体化工控机，装有windows XP操作系统。本检测装置中的除工控机以外的其它部分由运行在控机上的LabVIEW应用程序控制，LabVIEW应用程序同时完成工作参数的设定，数据的采集、存储及分析功能。
Claims (7)
1.一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，其特征在于，包括一压电陶瓷驱动电源、一前置放大器、一数据采集卡、一工控机，所述的工控机通信连接至数据采集卡，数据采集卡分别通信连接至前置放大器和压电陶瓷驱动电源，其特征在于，还包括两个超声波换能器阵列，所述的两个超声波换能器阵列分别与前置放大器和压电陶瓷驱动电源电连接。
2.根据权利要求1所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，其特征在于，所述的两个超声波换能器阵列均由相同的压电陶瓷换能器组成。
3. 根据权利要求1所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，其特征在于，所述的两个超声波换能器阵列可互相交换连接至前置放大器和压电陶瓷驱动电源。
4. 根据权利要求1所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，其特征在于，所述的两个超声波换能器阵列分别由 1-8个压电陶瓷换能器组成。
5. 根据权利要求1所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，其特征在于，所述的前置放大器包括8通道电荷放大器和8通道时间增益放大器，所述的8通道电荷放大器的输入端连接至两个超声波换能器阵列中的一个，8通道电荷放大器的输出端连接至8通道时间增益放大器的输入端，8通道时间增益放大器的输出端连接至数据采集卡。
6. 根据权利要求1所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，其特征在于，所述的压电陶瓷驱动电源包括高压开关和高压稳压电源，高压稳压电源和高压开关依次连接后再输出电力至两个超声波换能器阵列中的一个，所述的高压稳压电源和高压开关的控制端分别连接至数据采集卡。
7. 根据权利要求5或6所述的一种预应力管道压浆质量低频超声阵列检测装置，其特征在于，所述的数据采集卡包括8通道模拟输入通道、数模转换器和数字IO电路，所述的8通道模拟输入通道的输入端连接至前置放大器的8通道时间增益放大器的输出端，所述的数模转换器连接至8通道时间增益放大器的控制端，所述的数字IO电路分别连接至压电陶瓷驱动电源的高压稳压电源和高压开关的控制端。
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