CN103713049A - 一种基桩多剖面层析成像检测控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基桩多剖面层析成像检测控制方法与及装置，步骤：A.将声波传感器组分别放置声测管管底并与声波仪的检测模块连接，声波传感器组的电缆线在同步提升过程中可带动高度位置编码器滚动；B.计算机系统设置参数：C.控制单元根据计算机系统设置的参数执行当前测点高度位置的检测；D.同步提升声波感器组，声波感器组的电缆线带动高度位置编码器，控制单元读取高度位置编码器输出的位置，到达测点高度位置执行步骤C。装置由声波仪、高度位置编码器、声波传感器组组成，检测效率高，可控制声波仪在一个提升检测过程内完成M个声测管构成的所有剖面的层析成像现场检测工作，降低检测装置的故障率，提升现场检测效率。

Description

一种基桩多剖面层析成像检测控制方法及装置

技术领域

本发明属于岩土工程检测领域中的应用声波透射层析成像（CT）法检测基桩完整性的技术领域，更具体涉及一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测控制方法，同时还涉及一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测控制装置。

背景技术

声波透射法检测基桩完整性

应用声波透射法检测灌注基桩的完整性，要在灌注混凝土前，在基桩的钢筋笼上预先放置M(2≤M)根相互平行的声测管，声测管管长与桩的长度（钢筋笼的长度）一致，桩体混凝土灌注完成后声测管均被埋入基桩桩体，第i（1≤i≤M）根声测管与第j（i≠j，1≤j≤M）根声测管之间构成一个从桩底到桩顶的检测剖面i≡j。M根声测管两两之间组合构成多个剖面，《建筑基桩检测技术规范JGJ106—2003》规定必须对这多个剖面进行些检测。

但是《建筑基桩检测技术规范JGJ106—2003》中规定的声波透射法主要是基于平测，也就是一个剖面上多条声测线相互平行，声测线数量较少，且相互不交叉，只能大致判定缺陷在发射与接收测点之间，很难具体确定缺陷的位置和程度，并且平行透射法不能发现与声测线近于平行的薄层状缺陷。采用层析成像（CT）技术，检测时在每个检测剖面上得到的声测线数倍于平行透射法进行检测时得到的声测线，声测线之间有交叉，对基桩的可疑部位可以进行详细的检测。

一些发达地区已经将层析成像（CT）技术列为应采用的技术手段。例如：《建筑基桩检测技术规程（上海市工程建设规程DGJ08-218-2003）》第9.3.5条规定“对桩身质量可疑的测点，必要时宜用超声波穿透层析成像技术（附录D）进行复检以进一步确定桩身缺陷的位置和范围。”有关《建筑基桩检测技术规范JGJ106—****》的修订意见中也提及“在桩身质量可疑的声测线附近，应采用增加声测线或采用扇形扫测、交叉斜测、CT影像技术等方式进行复测和加密测试，进一步确定缺陷的位置和空间分布范围”。

实际工程中对基桩多个剖面进行层析成像（CT）检测，面临的主要问题是如何提高工作效率的问题和如何降低检测设备的故障率的问题。

现有检测设备与技术

专利申请号为200710053613.1的发明专利《一种声波检测控制方法及装置》涉及的声波检测控制方法与装置（武汉中岩科技有限公司RSM-SY7声波仪）和专利申请号为02147760.4的发明专利《多跨孔全组合循测式声波仪》涉及的一种多跨孔全组合循测式声波检测装置可以大幅度的提高平行声波透射法检测时的检测效率，检测过程中，检测人员将M个发射接收两用传感器放置到基桩的M个声测管的底部后，同步将这M个发射接收两用传感器提升到基桩顶部既可完成基桩内M个声测管构成的所有剖面的检测工作，检测效率极高。但是这种检测只能完成平行声波透射法检测，检测过程中每个剖面的所有声测线不交叉，不能满足层析成像检测技术的要求。

专利申请号为CN200910063273.X的发明专利《一种层析成像基桩声波透射法现场检测控制方法及装置》涉及一种对单一剖面进行层析成像（CT）的技术，每次仅针对一个剖面，在构成一个剖面的两根声测管中分别放置一个用于发射声波的发射传感器和一组由N（2≤N）个接收传感器组成的接收传感器组，将发射传感器和接收传感器组分别放置到对应的声测管底部后，同步提升至声测管顶部，一个提升过程可完成这个剖面的检测工作。该专利技术的特点在于简化了检测装置，降低了检测装置的成本，但是牺牲了检测效率，采用的是一个接收通道对N个接收传感器分别选通技术，仅一个剖面的一个高度位置上的检测就需进行N次发射，如果将其扩展到多剖面，将会严重影响同步提升传感器时的提升速度，导致检测效率下降。随着电子设备硬件成本的快速下降和社会平均人力成本的快速上升，该技术检测效率较低的缺点日益突出，实用性下降。

专利申请号为CN201110212064.4的发明专利《一种声波透射法基桩完整性检测装置及其采用的检测方法》涉及一种进行多剖面检测的组合传感器装置，可以一次将M个传感器组分别放入M个声测管底部，每个传感器组由N（2≤N）个既可发射声波又可接收声波的传感器构成，同步提升这M个传感器组至声测管顶部，一个提升过程即可完成M个声测管构成的所有剖面的检测工作。该专利技术特点在于放置于一个声测管中的N个传感器组中的传感器之间的间距可调，但是其技术特征要求每个传感器都为既可发射也可接收的传感器，也即每个传感器均可处于双工状态，这是不经济的。声波透射法检测基桩使用的双工传感器有两种：一种是将两组压电器件组合在一起，本质上是两个独立的通道，使用时一组压电器件用于接收，一组压电器件用于发射，可称为伪双工；一种是只有一组压电器件，发射和接收时都是使用这一组压电器件，但是只能分时使用，可称为半双工。使用伪双工将导致传感器的成本增加，同时与检测主机的通道连线增加；使用半双工，发射时要对传感器充电，电压达数百伏量级，接收时要对传感器输出的毫伏量级的信号放大采集，检测过程中需频繁在高低压之间切换，这将导致仪器故障率提升。总之过多的双工要求将导致检测设备成本上升和故障率增加。

相比于《建筑基桩检测技术规范JGJ106—2003》中规定的平测法，层析成像技术用于基桩检测面临的最大的问题是现场检测复杂性大幅度增加，如果面向简化检测装置会导致现场操作极为复杂，如果面向简化现场操作又会导致检测装置成本和故障率大幅上升。检测应用实践表明，制约层析成像技术在基桩检测领域应用的重要因素正是现场检测效率较低和检测装置的故障率较高。导致检测设备出现故障的主要因素为：①.半双工通道在高低压之间的切换次数；②.发射机的发射次数。另外，实际检测工作中的使用成本主要是发射传感器的损坏带来的，与发射传感器的发射次数有关。

要提升现场检测效率，必须优化现场检测过程中声波发射与接收控制方法，要降低检测装置的故障率，必须在满足多剖面层析成像检测需要的前提下，①.最大限度的减少双工通道，尽量使用仅用于低压状态的接收传感器；②.最大限度的减少发射次数。减少发射次数不仅延长发射机和传感器的使用寿命，还使得检测过程中的提升速度得以提高，对于提升检测效率也是极为重要的。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测控制方法，适用于埋设有M个声测管的基桩的多剖面层析成像现场检测工作，该方法检测效率高，可控制声波仪在一个提升检测过程内完成M个声测管构成的所有剖面的层析成像现场检测工作。

本发明的另一个目的是在于提供了一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测装置，适用于埋设有M个声测管的基桩的多剖面层析成像现场检测工作，该装置着眼于尽可能减少处于双工状态的通道，降低检测装置的故障率，同时兼顾提升现场检测效率，可在一个提升检测过程内高效地完成M个声测管构成的所有剖面的层析成像现场检测工作。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测控制方法，其步骤是：

01.将M（3≤M≤10）个声波传感器组S（i）分别放置在基桩的M个声测管管底，每个声波传感器组S（i）由N（1≤N≤15））个声波接收传感器Sr（ij）、1个声波发射接收双工传感器Sd(i)组成，M个声波传感器组S（i）分别与声波仪I的M个检测模块K(i)连接，M个声波传感器组S(i)的电缆线在同步提升过程中可带动高度位置编码器FMA滚动；

所述的声波传感器组S（i）系由多个（2—16个）声波传感器组成的声波传感器串，所述的声波传感器系符合《建筑基桩检测技术规范JGJ106》（第十章声波透射法第二节仪器设备）要求的声波传感器。所述的声波仪I系符合《建筑基桩检测技术规范JGJ106》（第十章声波透射法第二节仪器设备）要求的声波仪。所述的检测模块K（i）系声波仪I内部用于连接控制一个声波传感器组S（i）中所有声波传感器的电路模块。所述的声测管系符合《建筑基桩检测技术规范JGJ106》（附录H声测管埋设要点）要求的埋设于基桩内部与基桩轴线平行的声测管。工程中一根基桩内部埋设的声测管数量多为2—5根，一些特殊用途的基桩有时有8—10根声测管，多于10根的情况极少。M=2时，对应声测管数量为2，本发明的技术仍然可以使用，但此时只有一个剖面，不属于多剖面检测范畴。

02.计算机系统C设置参数：

(02.1).设置基桩参数，桩长，声测管编号，剖面跨距；

检测剖面的跨距为构成检测剖面的两根声测管之间的间距。

(02.2).设置检测参数，声波传感器组S(i)中当前每个传感器的高度位置，

测点高度间距，高度位置精度控制量，同步提升速度上限；

声波传感器组S(i)中每个传感器的当前高度位置决定于相应声测管的深度，以及声波传感器组S(i)中每个传感器的间距，这也是检测中第1个测点高度位置对应的各个传感器的位置。

相邻的两个测点高度位置之间的高度差称为测点高度间距。同步提升M个声波传感器组S(i)到达某个高度位置时，检测装置控制完成此高度位置上所有声测线的发射与接收操作，这个高度位置称为测点高度位置。实际现场检测工作中往往不能保证声测管都与桩长严格等长，也就是说M个声波传感器组S(i)的高度位置也未必相同，此时可以任意指定某个声波传感器组S(i)中的某个传感器Sr（ij）或Sd（i）的高度位置作为测点高度位置，因为申请人关注的是测点高度间距，每间隔这个间距自动控制检测装置完成一系列发射接收操作，根据第1个测点高度位置和测点高度间距可以预先确定整个检测过程中的每个测点高度位置。例如从第1个测点高度位置开始，每间隔测点高度间距设定一个检测高度位置，也可以从第1个测点高度位置开始，以某种取整方式确定第2个测点高度位置，而后每间隔测点高度间距设定一个检测高度位置。

测点高度位置和每个传感器间距都不等间距亦可。通常测点高度间距与声波传感器组S(i)中每个传感器的间距应相同，这样在计算层析成像划分单元网格时较为简便，但是并不是层析成像计算所必须的要求。

在每个测点高度位置上必须完成一系列的声波发射与接收操作，需要一定的时间，通常在5ms—200ms范围内，在这段时间检测操作人员同时在连续同步提升M个声波传感器组S(i)，每个传感器的高度位置是在连续变化的，检测装置允许的在一个测点高度位置完成检测操作过程中传感器的高度位置的最大变化量称为高度位置精度控制量，高度位置精度控制量决定了实际检测过程中的同步提升速度上限，设置高度位置精度控制量与设置同步提升速度上限是等效的，选择设定其一即可。

(02.3).设置M个检测模块K(i)中每个接收通道Tr（ij）和通道Tr（i）

的滤波参数，放大参数，AD参数；

由于每个通道对应的剖面跨距不同、对应的声测线角度不同，导致声测线的长度不同，且基桩检测中常用的声波发射传感器发射的声场有较强的指向性，因此不同位置的传感器接收到的声波声时与声幅相差很大，每个接收通道（包括Tr（ij）和Tr（i））均应通过控制单元P独立设置滤波参数、放大参数、AD模数转换参数。

(02.4).当前测点高度位置为第1个测点高度位置；

03.控制单元P根据计算机系统C设置的参数执行当前测点高度位置的检测；

（03.1）控制单元P将第1个检测模块K(1)的发射接收双工通道Td(1)设置为发射状态，将M-1个检测模块K(x)（1<x≤M）的发射接收双工通道Td(x)设置为接收状态，控制第1个声波传感器组S(1)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(1)发射声波，控制其他M-1个检测模块K(x)（x≠1，1≤x≤M）的（M-1）×N个接收通道Tr（xj）接收声波，控制M-1个检测模块K(x)（1<x≤M）的发射接收双工通道Td(x)接收声波。

（03.i）(1<i<M)，控制单元P将第i个检测模块K(i)的发射接收双工通道Td(i)设置为发射状态，将M-i个检测模块K(x)（i<x≤M）的发射接收双工通道Td(x)设置为接收状态，控制第i个声波传感器组S(i)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(i)发射声波，控制其他M-1个检测模块K(x)（x≠i，1≤x≤M）的（M-1）×N个接收通道Tr（xj）接收声波，控制M-i个检测模块K(x)(i<x≤M)的发射接收双工通道Td(x)接收声波。

（03.M）控制单元P将第M个检测模块K(M)的发射接收双工通道Td(M)设置为发射状态，控制第M个声波传感器组S(M)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(M)发射声波，控制其他M-1个检测模块K(x)（x≠M，1≤x≤M）的（M-1）×N个接收通道Tr（xj）接收声波。

（03.M+1）计算机系统C将（03.1）—（03.M）步骤中获取的检测数据做常规处理（计算、显示、存储），控制单元P控制（03.1）—（03.M）步骤中每两次发射声波的时间间隔在1ms—30ms范围内。

（03.1）—（03.M）步骤中第1个检测模块K(1)的发射接收双工通道Td(1)设置始终都处于发射状态，对应的声波传感器组S(1)的声波发射接收双工传感器Sd(1)也始终处于发射状态，因此这个通道实际上是一个专门用于发射的单工通道，检测装置将此通道制作成发射单工通道也是可行的。从检测装置的维护性考虑，检测模块K(i)之间能够任意互换，声波传感器组S(i)之间能够任意互换是有利的。

（03.i）步骤中声波发射接收双工传感器Sd(i)发射时，声波传感器组S(j)（j<i）的声波发射接收双工传感器Sd(j)对应的声测线与此前（03.j）步骤中S(j)发射、S(i)接收对应的声测线重叠，不需要接收，此时声波发射接收双工传感器Sd(j)和与其连接的发射接收双工通道Td(j)的状态可以设置为与前一步骤相同，也可以设置为下一次（03.1）步骤对应的状态。

（03.M+1）控制单元P将（03.1）—（03.M）步骤中获取的检测数据做常规处理（计算、显示、存储）时，为了提高执行效率，可以并行处理，即在执行步骤（03.i）时，即刻对获取的数据进行常规处理（计算、显示、存储）。控制单元P控制（03.1）—（03.M）步骤中每两次发射声波的时间间隔在1ms—30ms范围内，时间间隔过小，前一次发射的声波尚在桩体中回荡，时间间隔过大，导致一个测点高度位置上完成检测的时间段太长，都对检测不利。

04.同步提升M个声波感器组S（i），M个声波感器组S（i）的电缆线带动高度位置编码器FMA，控制单元P读取高度位置编码器FMA输出的当前高度位置，如果当前高度位置到达下个测点高度位置，返回步骤03，直至完成最后一个测点高度位置的检测。

一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测装置，它由声波仪I、1个高度位置编码器FMA、M（3≤M≤10）个声波传感器组S（i）（i=1、……、M）组成，原理框图见图1。其中声波仪I由计算机系统C、控制单元P、M（3≤M≤10）个检测模块K（i）（i=1、……、M）组成，每个检测模块K（i）（i=1、……、M）由N（1≤N≤15））个接收通道Tr（ij）（j=1、……、N）、1个发射接收双工通道Td(i)组成，发射接收双工通道Td(i)由1个接收通道Tr(i)、1个声波发射机A(i)组成，每个声波传感器组S（i）（i=1、……、M）由N（1≤N≤15）个声波接收传感器Sr（ij）（j=1、……、N）、1个声波发射接收双工传感器Sd(i)组成。检测模块K（i）与声波传感器组S(i)的连接原理框图见图2。

所述的声波传感器组S（i）通常有3—10个，每个声波传感器组S（i）系由2——16个声波传感器（1—15个声波接收传感器Sr(ij)和1个声波发射接收双工传感器Sd(i)）组成的沿垂直方向排布的声波传感器串，相邻的传感器之间的间距在0.05m—1.00m范围，声波发射接收双工传感器Sd(i)排布在最下端。所述的接收声波传感器系符合《建筑基桩检测技术规范JGJ106》（第十章声波透射法第二节仪器设备）要求的接收声波传感器，声波发射接收双工传感器系符合《建筑基桩检测技术规范JGJ106》（第十章声波透射法第二节仪器设备）要求的既能用于发射声波又能用于接收声波的声波传感器。所述的声波仪I系符合《建筑基桩检测技术规范JGJ106》（第十章声波透射法第二节仪器设备）要求的声波仪。所述的检测模块K（i）系声波仪I内部用于连接控制一个声波传感器组S（i）中所有声波传感器的电路模块。所述的声测管系符合《建筑基桩检测技术规范JGJ106》（附录H声测管埋设要点）要求的埋设于基桩内部与基桩轴线平行的声测管。所述的声波发射机A(i)系声波仪I内部用于控制声波传感器组S（i）中的声波发射接收双工传感器Sd（i）发射声波的发射机。所述的接收通道Tr（ij）和Tr（i）是声波仪I内部检测模块K(i)中的用于接收声波传感器声波信号的具有滤波、放大、AD转换、存储功能的电路。

声波仪I有M个检测模块K（i），在现场检测时可以适用于埋设的声测管数量小于或等于M根的基桩，在声测管数量小于声波仪I的检测模块K（i）数量M时，可以在M个检测模块K（i）中任意选用与声测管数量相同的检测模块K（i）进行检测。每个检测模块K（i）由N个接收通道和一个发射接收双工通道组成，可以适用于接收声波传感器数量小于或等于N的声波传感器组S(i)，若声波传感器组S(i)的接收声波传感器的数量小于检测模块K（i）接收通道的数量时，亦可在检测模块K（i）的N个接收通道中，任意选用与接收声波传感器数量相同的检测模块K（i）的接收通道进行检测。

声波仪I的计算机系统C与控制单元P连接；声波仪I的控制单元P与高度位置编码器FMA连接；声波仪I的控制单元P与M（3≤M≤10）个检测模块K（i）（i=1、……、M）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）（i=1、……、M）的每个接收通道Tr（ij）（i=1、……、M，j=1、……、N，1≤N≤15）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）（i=1、……、M）的发射接收双工通道Td(i)的接收通道Tr（i）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）（i=1、……、M）的发射接收双工通道Td(i)的发射机A(i)连接。

声波仪I的控制单元P与高度位置编码器FMA连接；

现场检测时，高度位置编码器FMA与M个声波传感器组S（i）（i=1、……、M）的电缆线滚动接触，提升M个声波发射传感器组S（i）（i=1、……、M）时，M个声波传感器组S（i）（i=1、……、M）的电缆线带动高度位置编码器FMA滚动，高度位置编码器FMA向控制单元P输出表示声波发射传感器的高度位置的编码值；声波仪I的第i（i=1、……、M）个检测模块K（i）与第i个声波传感器组S(i)连接；第i（i=1、……、M）个声波传感器组S(i)的N（1≤N≤15）个声波接收传感器Sr(ij)和一个声波发射接收双工传感器Sd(i)沿垂直方向排布，以传感器串的方式放置在声测管中，相邻的传感器之间的间距在0.05m——1.00m范围，声波发射接收双工传感器Sd(i)排布在最下端。声波发射接收双工传感器Sd(i)排布在最下端可以确保最为重要的基桩底部沉渣状况得到检测。

通常要求声波传感器组S(i)的N（1≤N≤15）个声波接收传感器Sr(ij)（j=1、……、N）和1个声波发射接收双工传感器Sd(i)等间距排布，但这并不是必须的，后续层析成像计算需要的是每根声测线对应的发射点与接收点的位置，传感器之间等间距只是使得在检测时设置每个传感器起始位置更容易。本方法要求声波发射接收双工传感器Sd(i)排布在声波传感器组S(i)的最下端。

声波仪I的第i（i=1、……、M）个检测模块K（i）的第j（j=1、……、N）

个接收通道Tr（ij）与第i（i=1、……、M）个声波传感器组S(i)的第j（j=1、……、

N）个声波接收传感器Sr(ij)连接；声波仪I的第i（i=1、……、M）个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)与第i（i=1、……、M）个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接；声波仪I的第i（i=1、……、M）个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的接收通道Tr(i)在控制单元P的控制下与第i（i=1、……、M）个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接；声波仪I的第i（i=1、……、M）个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的发射机A(i)在控制单元P的控制下与第i（i=1、……、M）个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接。

声波传感器组S（i）中的声波发射接收双工传感器Sd（i）处于发射状态还是处于接收状态，决定于控制模块P将对应的检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)设置为发射状态还是设置为接收状态。控制模块P将对应的检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)设置为发射状态时，发射接收双工通道Td(i)的发射机A（i）与声波发射接收双工传感器Sd（i）连接，控制模块P将对应的检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)设置为接收状态时，发射接收双工通道Td(i)的接收通道Tr（i）与声波发射接收双工传感器Sd（i）连接。对于伪双工方式的声波发射接收双工传感器Sd（i），控制模块P通过控制发射机A(i)控制发射，控制模块P通过Tr（i）控制接收。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

①.对于埋设有M个声测管的基桩，仅需要M-1次双工切换，最大限度的减少了处于双工状态的传感器数量。每个声波传感器组S（i）中只需一个发射接收双工状态的传感器，（i=1时，不需发射接收双工状态的传感器，只需一个发射传感器），其他N个传感器只需接收传感器，相比于要求所有传感器均为发射接收双工状态的传感器的技术，有极大的效益。以四声测管为例，若每个声波传感器组由4个声波传感器组成，若按每个声波传感器均要求既可发射又可接收，对应的检测模块K（i）必须有4个双工通道，导致检测设备故障的一个重要因素是双工通道切换引起的，本发明只需要一个双工通道，将使这一原因引起的故障率下降300%。

②.对于埋设有M个声测管的基桩，无论每个声测管内接收传感器组由几个接收传感器组成，仅需要M次发射，即可完成一个高度位置上的所有剖面的检测工作。这是完成检测任务所需的理论上的最小发射次数，最大限度的提高了现场检测效率，使得提升声波传感器组S（i）的提升速度上限得到提高，提升速度上限的提高又使得高度位置的精度得到提高，于后续的层析成像计算也是及其有益的。

假定高度位置精度要求为0.02m，完成一次发射过程（发射、接收、存储、显示）的实际最小耗时为5ms，（一次声波发射在基桩内部引起的混响持续时间在5ms以上，更小的发射时间间隔意义不大），4根声测管（M=4）时，本发明中在一个高度位置上的所有剖面的检测工作所需的发射次数为4次，总计耗时20ms，要保证高度位置精度，实际上意味着在20ms的时间内，提升声波传感器组S（i）

的位移要小于0.02m，对应的提升速度上限为1.00m/s。这是理论上的上限，更快的提升速度意味着位置精度的降低。对于专利申请号为CN200910063273.X的发明专利《一种层析成像基桩声波透射法现场检测控制方法及装置》设计的单剖面检测技术，拓展到多剖面检测，即便是对于每个接收传感器组只有2个接收传感器的情况，需发射6次，总计耗时将达到30ms，对应的提升速度上限将下降为0.66m/s，如果每个传感器组有3个接收传感器的情况，最少需发射9次，总计耗时将达到45ms，对应的提升速度上限将下降为0.44m/s，几近于不可连续操作，工作方式将演变为提升到每个高度位置静止后再检测的非连续提升模式。在达到同样高度位置精度要求的条件下，对应的提升速度可以有50%—125%的提升。

检测装置的提升速度上限带来的不仅是能够更快的完成现场检测任务，还会带来现场操作人员的工作舒适度，这是因为通常现场提升传感器的工作是由人工完成的，现场操作人员的动作不可能是匀速的，瞬时速度不超过上限速度，平均速度将会远小于提升速度上限。提升速度上限越高，对现场操作人员的动作匀速性要求就越低，匀速要求越高实际上对工作人员的操作专注度要求越高。

本发明的技术与专利申请号为CN200910063273.X的发明专利《一种层析成像基桩声波透射法现场检测控制方法及装置》中的技术思路完全不同，本发明面向的是现场操作高效率和检测装置低故障率，后者面向的是检测装置的低成本。这种技术思路的转变来源于专利申请号为200710053613.1的发明专利《一种声波检测控制方法及装置》和专利申请号为CN200910063273.X的发明专利《一种层析成像基桩声波透射法现场检测控制方法及装置》涉及技术的长期工程实践总结。

目前尚无专门用于基桩多剖面层析成像技术（CT）成套声波透射检测装置，本发明的技术实现了最大限度的减少双工通道、最大限度的减少发射次数的发明目的，可以极大地提高现场检测工作效率，极大地降低检测装置的故障率。随着大直径基桩在（高层建筑，大型桥梁）工程中的使用日益普遍，本发明将会极大的推动多剖面层析成像技术检测基桩完整性技术的应用，对于实现三维成像也有直接意义，将会创造出巨大的经济效益和不可估量的社会效益。

附图说明

图1为一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测控制装置原理框图。

I：声波仪。

FMA：高度位置编码器。

C：计算机系统。

P：控制模块。

K(1)、......、K(M)：M个检测模块。

S(1)、......、S(M)：M个声波传感器组。

图2为一种检测模块K(i)与声波传感器组S(i)连接原理框图。

K(i)：第i个检测模块。

Tr(i1)、......、Tr(iN)：第i个检测模块的N个接收通道。

Td(i)：第i个检测模块的发射接收双工通道。

Sr(i1)、......、Sr(iN)：第i个声波传感器组S(i)的N个接收传感器。

Sd(i)：第i个声波传感器组S(i)的接收发射双工传感器。

图3为一种4个声波传感器组S（i）分别放置在基桩的4个声测管内示意图。

0：基桩。

1、2、3、4：4根声测管。

Sd（1）：声波传感器组S(1)的接收发射双工传感器；

Sr(11)：声波传感器组S(1)的第1个接收传感器；

Sr(12)：声波传感器组S(1)的第2个接收传感器；

Sr(13)：声波传感器组S(1)的第3个接收传感器。

Sd（2）：声波传感器组S(2)的接收发射双工传感器；

Sr(21)：声波传感器组S(2)的第1个接收传感器；

Sr(22)：声波传感器组S(2)的第2个接收传感器；

Sr(23)：声波传感器组S(2)的第3个接收传感器。

Sd（3）：声波传感器组S(3)的接收发射双工传感器；

Sr(31)：声波传感器组S(3)的第1个接收传感器；

Sr(32)：声波传感器组S(3)的第2个接收传感器；

Sr(33)：声波传感器组S(3)的第3个接收传感器。

Sd（4）：声波传感器组S(4)的接收发射双工传感器；

Sr(41)：声波传感器组S(4)的第1个接收传感器；

Sr(42)：声波传感器组S(4)的第2个接收传感器；

Sr(43)：声波传感器组S(4)的第3个接收传感器。

K(1)：声波仪I的第1个检测模块；

K(2)：声波仪I的第2个检测模块；

K(3)：声波仪I的第3个检测模块；

K(4)：声波仪I的第4个检测模块。

图4为一种2≡4剖面某测点高度位置检测扇形的组成示意图

X1：低于当前测点高度位置一个测点间距的位置

X2：低于当前测点高度位置两个测点间距的位置

X3：低于当前测点高度位置三个测点间距的位置

图5为一种适用于埋设有四个声测管的基桩检测的多剖面层析成像检测控制装置的原理框图

图6为一种检测模块K(i)与声波传感器组S(i)连接原理框图

图7为一种发射接收双工通道Td（i）与接收发射双工传感器Sd（i）的半双工连接原理图

R(i1)：切换器件1

R(i2)：切换器件2

Crys1：声波传感器的压电器件

图8为一种发射接收双工通道Td（i）与接收发射双工传感器Sd（i）的伪双工连接原理图

Crys3：声波传感器的用于接收的压电器件1

Crys4：声波传感器的用于发射的压电器件2

具体实施方式

实施例1：

四个声测管的基桩检测。桩长50m，声测管编号1、2、3、4。4个声波传感器组S(1)、S(2)、S(3)、S(4)，第i个声波传感器组由3个接收传感器S(i1)、S(i2)、S(i3)和一个接收发射双工传感器Sd（i）组成，传感器间距0.10m。

一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像（CT）检测控制方法，其步骤是：

01.将4个声波传感器组S（i）分别放置在基桩的4个声测管管底，见图3。4个声波传感器组S（i）分别与声波仪I的4个检测模块K(i)连接，4个声波传感器组S(i)的电缆线在同步提升过程中可带动高度位置编码器FMA滚动；

02.计算机系统C设置参数：

(02.1).设置基桩参数，桩长=50m，声测管编号1、2、3、4，剖面跨距；

(02.2).设置检测参数，声波传感器组S(i)中当前每个传感器的高度位置，Sd（i）：50m，Sr（i1）：49.90m，Sr（i2）：49.80m，Sr（i3）：49.70m，测点高度间距=0.10m，同步提升速度上限=1.00m/s；根据上述参数，在0——50m的桩长范围内，总计有500个测点高度位置，分别是50.00m、49.90m、49.80m、49.70m、......、0.30m、0.20m、0.10m。

(02.3).设置M个检测模块K(i)中每个接收通道Tr（ij）和Tr（i）的滤波参数，放大参数，AD参数；

(02.4).当前测点高度位置为50m；

03.控制单元P根据计算机系统C设置的参数执行当前测点高度位置的检测；

（03.1）控制单元P将第1个检测模块K(1)的发射接收双工通道Td(1)设置为发射状态，将其他3个检测模块K(2)、K(3)、K(4)的发射接收双工通道Td(2)、Td(3)、Td(4)设置为接收状态，控制第1个声波传感器组S(1)中的声波发射接收双工传感器Sd(1)发射声波，控制3个检测模块K(2)、K(3)、K(4)的3×3个接收通道Tr（xj）（1≤j≤3）接收声波，控制3个检测模块K(2)、K(3)、K(4)的发射接收双工通道Td(2)、Td(3)、Td(4)接收声波。

完成（03.1）步骤时每个传感器的工作状态见表1

表1（03.1）步骤传感器状态表

Sr（13）

—1—

Sr（23）

接收

Sr（33）

接收

Sr（43）

接收

Sr（12）

—1—

Sr（22）

接收

Sr（32）

接收

Sr（42）

接收

Sr（11）

—1—

Sr（21）

接收

Sr（31）

接收

Sr（41）

接收

Sd（1）

发射

Sd（2）

接收

Sd（3）

接收

Sd（4）

接收

（03.2）控制单元P将第2个检测模块K(2)的发射接收双工通道Td(2)设置为发射状态，将2个检测模块K(3)、K(4)的发射接收双工通道Td(3)、Td(4)设置为接收状态，控制第2个声波传感器组S(2)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(2)发射声波，控制3个检测模块K(1)、K(3)、K(4)的3×3个接收通道Tr（xj）（1≤j≤3）接收声波，控制2个检测模块K(3)、K(4)的发射接收双工通道Td(3)、Td(4)接收声波。

完成（03.2）步骤时每个传感器的工作状态见表2

表2（03.2）步骤传感器状态表

Sr（13）

接收

Sr（23）

—1—

Sr（33）

接收

Sr（43）

接收

Sr（12）

接收

Sr（22）

—1—

Sr（32）

接收

Sr（42）

接收

Sr（11）

接收

Sr（21）

—1—

Sr（31）

接收

Sr（41）

接收

Sd（1）

—2—

Sd（2）

发射

Sd（3）

接收

Sd（4）

接收

（03.3）控制单元P将第3个检测模块K(3)的发射接收双工通道Td(3)设置为发射状态，将1个检测模块K(4)的发射接收双工通道Td(4)设置为接收状态，控制第3个声波传感器组S(3)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(3)发射声波，控制3个检测模块K(1)、K(2)、K(4)的3×3个接收通道Tr（xj）（1≤j≤3）接收声波，控制1个检测模块K(4)的发射接收双工通道Td(4)接收声波。

完成（03.3）步骤时每个传感器的工作状态见表3

表3（03.3）步骤传感器状态表

Sr（13）

接收

Sr（23）

接收

Sr（33）

—1—

Sr（43）

接收

Sr（12）

接收

Sr（22）

接收

Sr（32）

—1—

Sr（42）

接收

Sr（11）

接收

Sr（21）

接收

Sr（31）

—1—

Sr（41）

接收

Sd（1）

—2—

Sd（2）

—2—

Sd（3）

发射

Sd（4）

接收

（03.4）控制单元P将第4个检测模块K(4)的发射接收双工通道Td(4)设置为发射状态，控制第4个声波传感器组S(4)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(4)发射声波，控制3个检测模块K(1)、K(2)、K(3)的3×3个接收通道Tr（xj）接收声波。

完成（03.4）步骤时每个传感器的工作状态见表4

表4（03.4）步骤传感器状态表

Sr（13）

接收

Sr（23）

接收

Sr（33）

接收

Sr（43）

—1—

Sr（12）

接收

Sr（22）

接收

Sr（32）

接收

Sr（42）

—1—

Sr（11）

接收

Sr（21）

接收

Sr（31）

接收

Sr（41）

—1—

Sd（1）

—2—

Sd（2）

—2—

Sd（3）

—2—

Sd（4）

发射

04.同步提升4个声波感器组S（i），4个声波感器组S（i）的电缆线带动高度位置编码器FMA，控制单元P读取高度位置编码器FMA输出的当前高度位置，如果当前高度到达下一个测点高度位置，返回步骤03，直至完成最后一个测点高度位置0.10m的检测。

本实例中表1—表4中，接收传感器Sr（ij）的工作状态表示为“—1—”意味着对应的声测线无意义，此时发射传感器与这些状态表示为“—1—”的接收传感器在同一个声测孔内，对应的声测线并不透过基桩桩体。声波发射接收双工传感器Sd(i)的工作状态表示为“—2—”意味着对应的声测线在此前的步骤中已经获取，没有必要再次记录。此时对应的工作状态可以与前一步骤相同，亦可直接设置为（03.1）步骤中所要求的状态，预先为下一次（03.1）步骤做准备，（对于Sd（1）而言，其状态始终处于发射状态）。

图4为声波管2和声测管4组成的2≡4剖面上某测点高度位置对应的检测扇形的组成示意图。以Sd（2）当前位置为顶点的检测扇形由7条声测线构成，其中以实线表达的Sd（2）—Sd（4）、Sd（2）—Sr（41）、Sd（2）—Sr（42）、Sd（2）—Sr（43）的四条声测线是由Sd（2）在当前位置发射，Sd（4）、Sr（41）、Sr（42）、Sr（43）四个传感器在当前位置同时接收得到的。虚线Sd（2）—X1是由前一个测点高度位置X1上Sd（4）发射Sr（21）接收得到的。虚线Sd（2）—X2是由再前一个测点高度位置X2上Sd（4）发射Sr（22）接收得到的。虚线Sd（2）—X3是由再再前一个测点高度位置X3上Sd（4）发射Sr（23）接收得到的。拓展为一般情况，若传感器组由N+1个传感器组成，实际得到的检测扇形对应2N+1条声测线，其中N+1条声测线是在当前位置Sd（i）一次发射得到的，其他N条是在此前的N个测点高度位置上，Sd（j）分别发射得到的。

实施例2：

根据图5、图6可知一种适用于埋设有四个声测管的基桩检测的多剖面层析成像（CT）检测控制装置：它由声波仪I、一个高度位置编码器FMA、4个声波传感器组S（1）、S（2）、S（3）、S（4）组成。其中声波仪I由一个计算机系统C、一个控制单元P、4个检测模块K（1）、K（2）、K（3）、K（4）组成，每个检测模块K（i）（i=1、……、4）均由3个接收通道Tr（ij）（j=1、2、3）、1个发射接收双工通道Td(i)组成，发射接收双工通道Td(i)由1个接收通道Tr(i)、1个声波发射机A(i)组成，每个声波传感器组S（i）（i=1、2、3、4）由3个声波接收传感器Sr（ij）（j=1、2、3）、1个声波发射接收双工传感器Sd(i)组成。声波传感器组S(i)的3个声波接收传感器Sr(ij)和一个声波发射接收双工传感器Sd(i)沿垂直方向排布，相邻的传感器之间的间距在0.10m，声波发射接收双工传感器Sd(i)排布在最下端。

声波仪I的计算机系统C与控制单元P连接；声波仪I的控制单元P与高度位置编码器FMA连接；声波仪I的控制单元P与4个检测模块K（i）（i=1、2、3、4）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）（i=1、2、3、4）的每个接收通道Tr（ij）（i=1、2、3、4，j=1、2、3）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）（i=1、2、3、4）的发射接收双工通道Td(i)的接收通道Tr（i）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）（i=1、2、3、4）的发射接收双工通道Td(i)的发射机A(i)连接。

声波仪I的控制单元P与高度位置编码器FMA连接；

声波仪I的第i（i=1、2、3、4）个检测模块K（i）的第j（j=1、2、3）个接收通道Tr（ij）与第i（i=1、2、3、4）个声波传感器组S(i)的第j（j=1、

2、3）个声波接收传感器Sr(ij)连接；声波仪I的第i（i=1、2、3、4）个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)与第i（i=1、2、3、4）个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接；声波仪I的第i（i=1、2、3、4）个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的接收通道Tr(i)与第i（i=1、2、3、4）个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接；声波仪I的第i（i=1、2、3、4）个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的发射机A(i)与第i（i=1、2、3、4）个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接。

实施例3：

一种现有技术范畴的发射接收双工通道Td（i）与接收发射双工传感器的半双工连接方式。见图7。发射接收双工通道Td（i）只有一组压电器件Crys1。设置为发射状态时，控制模块P控制R(i1)合上、R(i2)断开，对应的声波发射机A(i)与接收发射双工传感器Sd（i）的压电器件Crys1连接，对应的接收通道Tr（i）与接收发射双工传感器Sd（i）的压电器件Crys1断开。设置为接收状态时，控制模块P控制R(i1)断开、R(i2)合上，对应的声波发射机A(i)与接收发射双工传感器Sd（i）的压电器件Crys1断开，对应的接收通道Tr（i）与接收发射双工传感器Sd（i）的压电器件Crys1连接。这种连接方式在工作时R(i1)和R(i2)频繁在发射机数百伏高压和接收通道数十毫伏低压之间切换，导致R(i1)和R(i2)器件的故障率较高。

实施例4：

一种现有技术范畴的发射接收双工通道Td（i）与接收发射双工传感器的伪双工连接方式。见图8。一种发射接收双工通道Td（i）与接收发射双工传感器Sd(i)它包括发射接收双工通道Td（i）有两组压电器件Crys3和Crys4，其连接关系是：声波发射机A(i)与接收发射双工传感器Sd（i）的用于发射的压电器件Crys4连接，接收通道Tr（i）与接收发射双工传感器Sd（i）的用于接收的压电器件Crys3连接。这种发射接收双工通道Td（i）与接收发射双工传感器Sd(i)的连接关系实质上是将发射与接收两个相互独立的通道组合在一起，设置为发射状态时，接收通道Tr（i）不工作。设置为接收状态时，发射机A（i）不工作。这种连接方式要求有两组压电器件Crys3和Crys4，导致声波传感器的成本较高，并且需要增加连接线。

Claims (4)

1.一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像检测控制方法，其步骤是：

01）、将M（3≤M≤10）个声波传感器组S（i）分别放置在基桩的M个声测管管底，每个声波传感器组S（i）由N（1≤N≤15））个声波接收传感器Sr（ij）、1个声波发射接收双工传感器Sd(i)组成，M个声波传感器组S（i）分别与声波仪I的M个检测模块K(i)连接，M个声波传感器组S(i)的电缆线在同步提升过程中可带动高度位置编码器FMA滚动；

02）、计算机系统C设置参数：

02.1.设置基桩参数，桩长，声测管编号，剖面跨距；

02.2.设置检测参数，声波传感器组S(i)中当前每个传感器的高度位置，测点高度间距，高度位置精度控制量，同步提升速度上限；

02.3.设置M个检测模块K(i)中每个接收通道Tr（ij）和通道Tr（i）的滤波参数，放大参数，AD参数；

02.4.当前测点高度位置为第1个测点高度位置；

03）、控制单元P根据计算机系统C设置的参数执行当前测点高度位置的检测；

03.1：控制单元P将第1个检测模块K(1)的发射接收双工通道Td(1)设置为发射状态，将M-1个检测模块K(x) （x≠1，1≤x≤M）的发射接收双工通道Td(x)设置为接收状态，控制第1个声波传感器组S(1)中的声波发射接收双工传感器Sd(1)发射声波，控制其他M-1个检测模块K(x)（x≠1，1≤x≤M）的（M-1）×N个接收通道Tr（xj）接收声波，控制M-1个检测模块K(x)（1<x≤M）的发射接收双工通道Td(x)接收声波；

03.i：(1< i< M)，控制单元P将第i个检测模块K(i)的发射接收双工通道Td(i)设置为发射状态，将M-i个检测模块K(x)（i<x≤M）的发射接收双工通道Td(x)设置为接收状态，控制第i个声波传感器组S(i)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(i)发射声波，控制其他M-1个检测模块K(x) （x≠i，1≤x≤M）的（M-1）×N个接收通道Tr（xj）接收声波，控制M-i个检测模块K(x) (i<x≤M)的发射接收双工通道Td(x)接收声波；

03.M：控制单元P将第M个检测模块K(M)的发射接收双工通道Td(M)设置为发射状态，控制第M个声波传感器组S(M)中的处于发射状态的声波发射接收双工传感器Sd(M)发射声波，控制其他M-1个检测模块K(x) （x≠M，1≤x≤M）的（M-1）×N个接收通道Tr（xj）接收声波；

03.M+1：计算机系统C并行将（03.1）—（03.M）步骤中获取的检测数据做常规处理：计算、显示、存储，控制单元P控制（03.1）—（03.M）步骤中每两次发射声波的时间间隔在1ms—30ms；

04）、同步提升M个声波感器组S（i），M个声波感器组S（i）的电缆线带动高度位置编码器FMA，控制单元P读取高度位置编码器FMA输出的当前高度位置，高度位置到达下个测点高度位置，返回步骤03，直至完成一个测点高度位置的检测。

2.权利要求1所述的一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像检测装置，它由声波仪I、1个高度位置编码器FMA、M（3≤M≤10）个声波传感器组S（i）组成，其特征在于：所述的声波仪I由计算机系统C、控制单元P、M（3≤M≤10）个检测模块K（i）组成，每个检测模块K（i）由N（1≤N≤15））个接收通道Tr（ij）、1个发射接收双工通道Td(i)组成，发射接收双工通道Td(i)由1个接收通道Tr(i) 、1个声波发射机A(i)组成，每个声波传感器组S（i）由N（1≤N≤15））个声波接收传感器Sr（ij）、1个声波发射接收双工传感器Sd(i)组成，声波传感器组S（i）的N个声波接收传感器Sr(ij)和1个声波发射接收双工传感器Sd(i)）沿垂直方向排布，相邻的传感器之间的间距在0.05m—1.00m范围，声波发射接收双工传感器Sd(i)排布在最下端。

3.根据权利要求2所述的一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像检测装置，其特征在于：所述的声波仪I的计算机系统C与控制单元P连接；声波仪I的控制单元P与高度位置编码器FMA连接；声波仪I的控制单元P与M个检测模块K（i）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）的每个接收通道Tr（ij）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的接收通道Tr（i）连接；声波仪I的控制单元P与每个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的发射机A(i)连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于声波透射法的基桩多剖面层析成像检测装置，其特征在于：所述的声波仪I的第i（1≤i≤M）个检测模块K（i）的第j（1≤j≤N）个接收通道Tr（ij）与第i个声波传感器组S(i)的第j个声波接收传感器Sr(ij)连接，声波仪I的第i个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)与第i个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接，声波仪I的第i个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的接收通道Tr(i) 在控制单元P的控制下与第i个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接，声波仪I的第i个检测模块K（i）的发射接收双工通道Td(i)的发射机A(i)在控制单元P的控制下与第i个声波传感器组S(i)的声波发射接收双工传感器Sd(i)连接。

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