CN105973982A - 一种组合式无线基桩声波检测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式无线基桩声波检测装置，包括计算机C、M个组合式无线基桩声波检测单元U，组合式无线基桩声波检测单元U包括控制单元UP、无线通讯单元UC、绞车W、声波仪IN、声波传感器组S。绞车W包括控制单元WP、位置传感器WS、驱动器WM；声波仪IN包括控制单元IP、发射机IA、接收通道Td、N个接收通道Tr（I）。本发明还公开了一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法；可根据预埋声测管数量自由组合，自动提升传感器组完成基桩声波透射法层析成像CT法检测基桩完整性的检测工作。

Description

一种组合式无线基桩声波检测装置及其控制方法

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法检测基桩完整性的技术领域，具体涉及一种组合式无线基桩声波检测装置，还涉及一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法。

背景技术

专利申请号为CN 200710053613.1的发明专利《一种声波检测控制控制方法及装置》涉及一种以平测或斜测法对基桩进行声波透射法检测的装置，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》、专利申请号为CN201410002896.7的发明专利《一种基桩多剖面层析成像检测控制方法及装置》、专利申请号为201510612786.7的发明专利《一种基于选通声波传感器组的基桩检测控制方法与装置》和专利申请号为201520743242.X的实用新型专利《一种基于通道切换的基桩声波透射法层析成像CT装置》均涉及以层析成像法对基桩进行声波透射法检测的装置。

这些现有技术的共同特点是检测装置包括有一个声波仪、一个编码器（位置传感器）和M（M≥3，通常M=3或M=4）个传感器组，检测时，多个传感器组通过电缆线与声波仪连接，多根传感器组的的电缆线共同与编码器（位置传感器）接触，检测中由人工同步提升多个传感器组带动编码器（位置传感器）转动确定传感器当前位置，声波仪控制声波发射与接收过程。

现有技术存在的问题是多个传感器组与一台声波仪连接，现场连线极其不便，检测中提升传感器组时电缆线无法及时缠绕回绕线轮，导致大量电缆线只能杂乱堆积，同时由于多根传感器组的的电缆线共同与编码器（位置传感器）接触，很难保证每根电缆线与编码器（位置传感器）的接触状况完全一致，导致电缆线提升过程中不同步，这也是《建筑基桩检测技术规范JGJ106——2014》10.4.2.3款规定“提升过程中，应校核换能器的深度和校正换能器的高差”的原因。现有技术采用人工提升传感器组的方式，实际检测过程中传感器的深度位置处于连续变化中，一个深度位置的检测任务需完成多次发射接收过程，一些现有技术的检测设备耗时达百毫秒量级，若以1米/秒的速度提升传感器组，完成一个深度位置检测的过程中传感器的位置变化将达到10cm，这显然不利于后续的层析成像计算。

另外，一台声波仪一旦制作完成，能够连接的传感器组的数量是固定的，实际检测中，按照现行规范，不同桩径埋设的声测管数量不同，需要使用的传感器组的数量是不同的，为了适应不同桩径的基桩检测任务，只能根据最大的检测需求选用声波仪。在使用过程中声波仪的多个连接传感器组的通道中会有个别通道损坏，一旦某个通道损坏，整个声波仪的使用都受到影响。

专利申请号为CN201410240334.6的发明专利《一种无线非金属超声检测系统》涉及一种无线非金属超声检测系统，其特征为检测系统由超声检测主机、多个发射单元、多个接受单元组成，超声检测主机通过无线通讯与多个发射单元、多个接受单元连接，发射单元本质上是具有无线通讯功能的集成了发射机与发射传感器的模块，单元单元本质上是具有无线通讯功能的集成了信号调理与接收传感器的模块，其技术优点在于节省了超声检测主机与多个发射单元、多个接受单元之间的连接电缆线。但是该技术不适用于基桩声波透射法检测需求：原因1，就平测（或斜测）法而言，对于埋设多根声测管的基桩，要一次同步提升传感器完成全部剖面的平测（或斜测），就需声测管内的传感器通常要求既可发射也可接收，按照专利申请号为CN201410240334.6的发明专利《一种无线非金属超声检测系统》涉及的技术，发射单元只用于发射，接收单元只用于接收，不能满足这种检测需求；原因2，就层析成像法而言，一个声测管内的必须放置多个传感器，按照专利申请号为CN201410240334.6的发明专利《一种无线非金属超声检测系统》涉及的技术，仅仅一个声测管内的多个传感器就将对应多个无线通讯模块，不仅成本过高，且通讯效率很低，也无必要；原因3，基桩声波透射法检测中最为重要的是多个声测管中的多个传感器组的提升问题，专利申请号为CN201410240334.6的发明专利《一种无线非金属超声检测系统》完全没有涉及这一部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合式无线基桩声波检测装置，可根据现场基桩预埋声测管的数量自由组合，自动提升传感器组，自动完成基桩声波透射法（包括层析成像CT法）检测基桩完整性的现场检测工作。

本发明采用以下技术方案实现上述发明目的：

一种组合式无线基桩声波检测装置：包括一个有无线通讯功能的计算机C、M个组合式无线基桩声波检测单元U，M∈{2～10}，组合式无线基桩声波检测单元U包括控制单元UP、无线通讯单元UC、绞车W、声波仪IN、声波传感器组S。

绞车W包括控制单元WP、位置传感器WS、驱动器WM，控制单元WP与位置传感器WS连接、还与驱动器WM连接；

声波传感器组S与声波仪IN连接的电缆线在提升过程中与绞车W的位置传感器WS接触，带动位置传感器WS计数，绞车W的控制单元WP读取位置传感器WS的数据、控制绞车W的驱动器WM驱动绞车W收放声波传感器组S的电缆线，达到改变声波传感器组S在声测管内高度位置的目的。

声波仪IN包括控制单元IP、声波发射机IA、接收通道Td、N个接收通道Tr（I）组成，N小于等于15，I∈{1～N}；声波仪IN的控制单元IP与声波发射机IA连接、还与接收通道Td连接、还与N个接收通道Tr（I）连接；

声波传感器组S包括一个声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I），N小于等于15，I∈{1～N}；声波传感器Sd既可用于发射声波也可用于接收声波，N个声波传感器Sr（I）只用于接收声波，声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I）在垂直方向等间距排列，声波传感器Sd位于声波传感器组的最下端。

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP通过无线通讯单元UC与计算机C实现无线连接；

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP与无线通讯单元UC连接、还与绞车W的控制单元WP连接、还与声波仪IN的控制单元IP连接；

声波仪IN的声波发射机IA与声波传感器组S中的声波传感器Sd的发射端连接，声波仪IN的接收通道Td与声波传感器组S中的声波传感器Sd的信号端连接，声波仪IN的N个接收通道Tr（I）分别与声波传感器组S中对应的N个声波传感器Sr（I）的信号端连接，I∈{1～N}；

声波仪IN的控制单元IP用于控制声波发射机IA激励声波传感器组S中的声波传感器Sd发射声波、用于控制接收通道Td接收声波传感器组S中的声波传感器Sd接收到的声波信号、用于控制N个接收通道Tr（I）接收声波传感器组S中的N个声波传感器Sr（I）接收到的声波信号。

本发明还提供一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法。

一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法：采用如下步骤控制一种组合式无线基桩声波检测装置完成埋设有M个声测管T的基桩现场检测工作，检测间距dH；

步骤1. 将M个组合式无线基桩声波检测单元U分别放置在M个声测管附近，分别将M个声波传感器组S放置在M个声测管管口内，设置检测间距dH；M个声测管T按照排列序号a标识为Ta，对应的M个组合式无线基桩声波检测单元U标识为Ua，对应的声波传感器组S标识为Sa，M∈{2～10}，a∈{1～M}；

组合式无线基桩声波检测单元Ua离声测管Ta的间距过大将导致组合式无线基桩声波检测单元Ua到声测管Ta管口之间的电缆线过长过重，绞车向下放声波传感器组Sa时，声波传感器组Sa的自重必须加大，不利于本发明装置的便携性，通常间距不宜大于3.0米。

步骤2.计算机C与M个组合式无线基桩声波检测单元Ua建立无线连接，建立时间同步；

步骤2建立时间同步可以采用多种途径。例如，计算机C配备GPS设备、组合式无线基桩声波检测单元Ua的控制单元中也配置GPS设备，既可各自获取准确的世界协调时间UTC时间，同步时间精度可以达到纳秒(ns)量级。又如，采用计算机C为主机、组合式无线基桩声波检测单元Ua为从机，主机计算机C的时钟为基准时间，从机通过局域网采用PTP协议获取主机的基准时间来达到亚微秒量级时间同步，还可以通过多次测量网络延时和时间偏移量取平均值方式、以及借助组合式无线基桩声波检测单元Ua中的可编程逻辑器件高精度时序信号实现精准时间戳来达到微秒级的时间同步。这些技术均属于现有技术范畴。

步骤3.将声波传感器组Sa放置到对应的声测管Ta的管底、计算机C读取各个声波传感器组Sa的深度位置，若M个声波传感器组Sa的深度位置不相同，最深位置记作Hmax，次深位置记作Hmax2，若M个声波传感器组Sa的深度位置相同，此深度位置记作Hmax；

可以人工分别控制组合式无线基桩声波检测单元Ua将声波传感器组Sa放置到声测管Ta的管底，也可以由计算机C控制组合式无线基桩声波检测单元Ua将声波传感器组Sa放置到声测管Ta的管底，差别在于对绞车W的功能要求不同，后者要求绞车W带有触底控制装置，涉及的有关绞车的技术均为现有技术。

声波传感器组Sa的深度位置指的是其中处于最底端的既可用于发射又可用于接收的声波传感器Sd的深度位置，理论上所有声波传感器组S的初始深度位置应该相同，是声测管的长度决定的，实际现场检测中往往由于声测管在施工过程中损伤等原因导致有些声波传感器组S不能放置到声测管管底，造成每个声波传感器组S的实际起始深度位置不相同，另外，实际检测中，深度位置相同是指深度位置在一定的误差范围内，即选择其中一个声波传感器组，其他的声波传感器组的深度位置在选中的声波传感器组的上下误差范围内，则认为各个声波传感器组的深度位置相同，若M个声波传感器组Sa的深度位置相同视作M个声波传感器组Sa的深度位置均为最深位置Hmax。

步骤4. 计算机C控制各个组合式无线基桩声波检测单元Ua进入检测准备过程；

步骤4.1．若处于最深位置Hmax的传感器组的数量多于一个，设置最深位置Hmax为当前检测位置H，转入步骤5；

步骤4.2．若处于当前最深位置Hmax的传感器组的数量只有一个，将当前次深位置Hmax2设置为当前检测位置H，提升处于最深位置Hmax的声波传感器组S至当前检测位置H；

如果处于当前最深位置Hmax的传感器组的数量只有一个，表明在此深度位置不能与其他传感器组构成检测剖面，将其提升至当前次深位置Hmax2后，加上原就处在当前次深位置Hmax2的另一个或多个传感器组，在这个Hmax2深度位置上的传感器组的数量就多于一个。步骤4执行后，处于当前检测位置H的传感器组的数量将有X个，X∈{2 ～M}。

步骤5． 计算机C控制处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa完成此深度位置的检测任务，X个声波传感器组Sa是集合{S1～SM }的一个子集，X个声波传感器组Sa按照序号a由小至大分别标识为ST1～STX，记ST1～STX为STi，对应的X个组合式无线基桩声波检测单元Ua标识为UTi，i∈{1～X}，X∈{2～M}；

步骤5.1 组合式无线基桩声波检测单元UT1控制声波传感器组ST1中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTz控制声波传感器组STz中的所有传感器接收声波，z∈{2 ～ X}；

步骤5.k 组合式无线基桩声波检测单元UTk控制声波传感器组STk中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTp控制声波传感器组STp中的所有传感器接收声波，k∈{2 ～ X-1} ，p∈{1 ～ k-1，k+1 ～ X}；

步骤5.X 组合式无线基桩声波检测单元UTX控制声波传感器组STX中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTq控制声波传感器组STq中的所有传感器接收声波，q∈{1 ～ X-1}；

完成步骤5时，可以每个子步骤都在计算机C和处于当前检测位置H的X个组合式无线基桩声波检测单元Ua之间交互控制指令，实现控制发射与接收同步，这些均属现有技术范畴。考虑到完成每个子步骤的耗时是可以预估的，为了高效的控制发射与接收，也可以采用效率更高的指令方式。

计算机C控制处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa完成此深度位置的检测任务时，X个处于当前检测位置的组合式无线基桩声波检测单元Ua按照序号a由小至大依次设置发射序号i，i∈{1～X}，不处于当前检测位置的组合式无线基桩声波检测单元Ua的发射序号设置为0；计算机C以广播方式对M个组合式无线基桩声波检测单元Ua发布信息包，信息包中包括处于当前检测位置的组合式无线基桩声波检测单元的数量X，信息包中还包括启动X个声波传感器组STi中的传感器Sd发射声波的X个启动时间点ti，信息包中还包括M个组合式无线基桩声波检测单元Ua对应的发射序号；M个组合式无线基桩声波检测单元Ua分别接收并解析计算机C以广播方式发布的信息包，每个组合式无线基桩声波检测单元Ua根据自身对应的发射序号和X个声波传感器组STi中的传感器Sd发射声波子步骤的启动时间点ti控制发射接收过程：组合式无线基桩声波检测单元Ua的发射序号为0时不工作，组合式无线基桩声波检测单元Ua的发射序号为i时，ti时刻发射，其他tj时刻接收，j∈{1～X}并且 j≠i。见实施例3。

步骤6. 计算机C读取步骤5中X个组合式无线基桩声波检测单元Ua获取的检测数据，可以进行存储，分析，显示；

步骤7. 将处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa提升至H-dH，若有其他声波传感器组Sa的高度位置处于H～H-dH之间，亦将其提升至H-dH，将H-dH设置为当前检测高度位置H，转入步骤5，直至现场检测结束。

步骤5控制声波发射和接收，步骤6完成数据传输，步骤7提升传感器组，这三个步骤可以采用并行模式提升检测效率。

作为优选方案，组合式无线基桩声波检测单元Ua接收的声波数据缓存在缓存区，计算机C和X个组合式无线基桩声波检测单元Ua之间采用多线程、多端口的网络通信模式，计算机C和X个组合式无线基桩声波检测单元Ua之间通过交互控制指令线程和数据传输通信线程进行交互，交互控制指令线程用于传递发射接收控制指令和提升传感器组指令，数据传输通信线程用于传递接收到的声波数据，交互控制指令线程的优先级高于数据传输通讯线程的优先级。

作为优选方案，步骤5中每个子步骤接收到的声波数据直接进入缓存区，由数据传输通信线程将缓存区内的声波数据传递给计算机C。由于检测间距dH是检测开始前确定的，因此下一个检测高度位置H-dH也是已知的，步骤5执行完毕后，组合式无线基桩声波检测单元Ua提升传感器组Sa的高度位置到H-dH，到达H-dH位置后主动将位置状态通过交互控制指令线程发送至计算机C，计算机C在接收到X个组合式无线基桩声波检测单元Ua均已到达H-dH高度位置的位置状态后，通过交互控制指令线程发布新的发射接收控制指令执行步骤5。

完成步骤7后， “若有其他声波传感器组S的高度位置处于H～H-dH之间，亦将其提升至H-dH”，导致处在新的“当前检测位置H”的传感器组的数量X增加，直至全部M个传感器组处在同样的高度。通常当检测深度H达到0或小于某指定深度，现场检测结束。

本发明的有益效果是：

本发明的技术中，1.收放电缆线均由组合式无线基桩声波检测单元U自动完成，不存在现场连线问题，更不存在现场大量电缆线杂乱堆积的问题。2.由于每个组合式无线基桩声波检测单元均有位置传感器（编码器）用于单独控制一根电缆线的收放，只要能够将传感器组提升到指定位置即可，不要求多根电缆线同时刻到达，避免了多根电缆线通过同一个编码器提升时由于每根电缆线与编码器接触状况不同导致的传感器组高度不同的现象。3. 发射接收过程中，多个声波传感器组在检测深度位置不变，有利于后续层析成像计算。4.选用多个组合式无线基桩声波检测单元，自由组合，可以适应任何数量的声测管的检测任务。

附图说明

图1组合式无线基桩声波检测单元U的电路原理框图。

U：组合式无线基桩声波检测单元；

UC：组合式无线基桩声波检测单元U的通讯单元；

UP：组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元；

W：组合式无线基桩声波检测单元U的绞车；

WP：绞车W的控制单元；

WS：绞车W的位置传感器；

WM：绞车W的电动机；

IN：组合式无线基桩声波检测单元的声波仪；

IP：声波仪IN的控制单元；

IA：声波仪IN的发射机；

Td、Tr（1）、……、Tr（N）：声波仪IN的N+1个接收通道；

S：组合式无线基桩声波检测单元的传感器组；

Sd：传感器组S的既可用于接收也可用于发射的声波传感器；

Sr（1）、……、Sr（N）：传感器组S的只用于接收的N个声波传感器。

图2一种组合式无线基桩声波检测装置现场工作原理图。

0：基桩；

T1，T2，T3，T4：埋设在基桩桩身内的四根声测管；

U1，U2，U3，U4：四个组合式无线基桩声波检测单元U；

C：控制四个组合式无线基桩声波检测单元的计算机；

S1，S2，S3，S4：分别放置在四根声测管内的四个传感器组S。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细的描述。

实施例 1 ：

一种组合式无线基桩声波检测装置，包括一个有无线通讯功能的计算机C、M个组合式无线基桩声波检测单元U，M=4，组合式无线基桩声波检测单元U包括控制单元UP、无线通讯单元UC、绞车W、声波仪IN、声波传感器组S；

绞车W包括控制单元WP、位置传感器WS、驱动器WM，控制单元WP与位置传感器WS连接、还与驱动器WM连接；

声波仪IN包括控制单元IP、声波发射机IA、接收通道Td、N个接收通道Tr（I），N∈{1～15}，I∈{1～N}；声波仪IN的控制单元IP与声波发射机IA连接、还与接收通道Td连接、还与N个接收通道Tr（I）连接；

声波传感器组S包括一个声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I），N∈{1～15}，I∈{1～N}；声波传感器Sd既能用于发射声波也能用于接收声波，N个声波传感器Sr（I）只用于接收声波，声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I）在垂直方向等间距排列，声波传感器Sd位于声波传感器组的最下端；

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP通过无线通讯单元UC与计算机C实现无线连接；

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP与无线通讯单元UC连接、还与绞车W的控制单元WP连接、还与声波仪IN的控制单元IP连接；

声波仪IN的声波发射机IA与声波传感器组S中的声波传感器Sd的发射端连接，声波仪IN的接收通道Td与声波传感器组S中的声波传感器Sd的信号端连接，声波仪IN的N个接收通道Tr（I）分别与声波传感器组S中对应的N个声波传感器Sr（I）的信号端连接，I∈{1～N}；

声波仪IN的控制单元IP用于控制声波发射机IA激励声波传感器组S中的声波传感器Sd发射声波、用于控制接收通道Td接收声波传感器组S中的声波传感器Sd接收到的声波信号、用于控制N个接收通道Tr（I）接收声波传感器组S中的N个声波传感器Sr（I）接收到的声波信号。

一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法：

基桩埋设有四根声测管T1，T2，T3，T4，组合式无线基桩声波检测装置包括计算机C和四个组合式无线基桩声波检测单元U1、U2、U3、U4，声波传感器组S标识为S1、S2、S3、S4。见图2。基桩桩长20.0米，检测间距dH=0.10m；

步骤1、将4个组合式无线基桩声波检测单元U1～U4分别放置在4个声测管T1，T2，T3，T4的1.0米范围内，分别将4个声波传感器组S1、S2、S3、S4放置在4个声测管T1，T2，T3，T4管口内；

步骤2、计算机C与4个组合式无线基桩声波检测单元U1、U2、U3、U4建立无线连接，建立时间同步；

步骤3、 将4个声波传感器组S1、S2、S3、S4放置到4个声测管T1，T2，T3，T4管底、计算机C读取4个声波传感器组S1、S2、S3、S4的深度位置，4个声波传感器组S1、S2、S3、S4的深度位置分别为S1处于19.8米、S2处于19.9米、S3处于20.0、S4处于20.0米，最深位置记作Hmax=20.0米，次深位置Hmax2=19.9米；

S1处于19.8米、S2处于19.9米，表明声测管T1，T2底部堵管，导致声波传感器组S1、S2，不能到达桩底。

步骤4、计算机C控制4个组合式无线基桩声波检测单元U1、U2、U3、U4进入检测准备过程；

步骤4.1、处于最深位置Hmax=20.0米的传感器组有2个S3、S4，设置最深位置Hmax为当前检测位置H，转入步骤5；

步骤5、计算机C控制处于当前检测位置H=20.0的2个声波传感器组S3、S4完成20.0米深度位置的检测任务，2个声波传感器组S3、S4按照序号由小到大标识为ST1=S3、ST2=S4，对应的2个组合式无线基桩声波检测单元U3、U4标识为UT1=U3、UT2=U4；

步骤5.1、组合式无线基桩声波检测单元UT1=U3控制声波传感器组ST1=S3中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT2=U4控制声波传感器组ST2=S4中的所有传感器接收声波；

步骤5.2、组合式无线基桩声波检测单元UT2=U4控制声波传感器组ST2=S4中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT1=U3控制声波传感器组ST1=S3中的所有传感器接收声波；

步骤6、计算机C读取步骤5中2个组合式无线基桩声波检测单元U3、U4获取的检测数据，可以进行存储，分析，显示；

步骤7、将处于当前检测位置H=20.0的2个声波传感器组S3、S4提升至H-dH=19.9米处，将H-dH=19.9设置为当前检测高度位置H=19.9米。

步骤7完成后，加上原来就处在19.9米的声波传感器组S2，共计有3个声波传感器组S2、S3、S4处在当前检测位置H=19.9处；

步骤8、计算机C控制处于当前检测位置H=19.9的3个声波传感器组S2、S3、S4完成此深度位置的检测任务，3个声波传感器组S2、S3、S4按照序号由小到大标识为ST1=S2、ST2=S3、ST3=S4，对应的3个组合式无线基桩声波检测单元U标识为UT1=U2、UT2=U3、UT3=U4；

步骤8.1、组合式无线基桩声波检测单元UT1=U2控制声波传感器组ST1=S2中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT2=U3、UT3=U4分别控制声波传感器组ST2=S3、ST3=S4中的所有传感器接收声波；

步骤8.2、组合式无线基桩声波检测单元UT2=U3控制声波传感器组ST2=S3中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT1=U2、UT3=U4控制声波传感器组ST1=S2、ST3=S4中的所有传感器接收声波；

步骤8.3、组合式无线基桩声波检测单元UT3=U4控制声波传感器组ST3=S4中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT1=U2、UT2=U3控制声波传感器组ST1=S2、ST2=S3中的所有传感器接收声波；

步骤9、将处于当前检测位置H=19.9的3个声波传感器组S2、S3、S4提升至H-dH=19.8米处，将H-dH=19.8设置为当前检测高度位置H=19.8米。

步骤9完成后，加上原来就处在19.8米的声波传感器组S1，共计有4个声波传感器组S1、S2、S3、S4处在当前检测位置H=19.8处；

步骤10、计算机C控制处于当前检测位置H的4个声波传感器组S1、S2、S3、S4完成此深度位置的检测任务，4个声波传感器组S1、S2、S3、S4按照序号由小到大标识为ST1=S1、ST2=S2、ST3=S3、ST4=S4，对应的4个组合式无线基桩声波检测单元U标识为UT1=U1、UT2=U2、UT3=U3、UT4=U4；

步骤10.1、组合式无线基桩声波检测单元UT1=U1控制声波传感器组ST1=S1中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT2=U2、UT3=U3、UT4=U4分别控制声波传感器组ST2=S2、ST3=S3、ST3=S4中的所有传感器接收声波；

步骤10.2、组合式无线基桩声波检测单元UT2=U2控制声波传感器组ST2=S2中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT1=U1、UT3=U3、UT4=U4分别控制声波传感器组ST1=S1、ST3=S3、ST3=S4中的所有传感器接收声波；

步骤10.3、组合式无线基桩声波检测单元UT3=U3控制声波传感器组ST3=S3中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT1=U1、UT2=U2、UT4=U4分别控制声波传感器组ST1=S1、ST2=S2、ST4=S4中的所有传感器接收声波；

步骤10.4、组合式无线基桩声波检测单元UT4=U4控制声波传感器组ST4=S4中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UT1=U1、UT2=U2、UT3=U3分别控制声波传感器组ST1=S1、ST2=S2、ST3=S3中的所有传感器接收声波；

步骤11、将处于当前检测位置H的4个声波传感器组S1、S2、S3、S4提升至H-dH处，将H-dH设置为当前检测高度位置H，返回步骤10，直至H=0，检测结束。

实施例 2 ：

一种组合式无线基桩声波检测装置，包括一个有无线通讯功能的计算机C、M个组合式无线基桩声波检测单元U，M∈{2～10}，组合式无线基桩声波检测单元U包括控制单元UP、无线通讯单元UC、绞车W、声波仪IN、声波传感器组S；

绞车W包括控制单元WP、位置传感器WS、驱动器WM，控制单元WP与位置传感器WS连接、还与驱动器WM连接；

声波仪IN包括控制单元IP、声波发射机IA、接收通道Td、N个接收通道Tr（I），N∈{1～15}，I∈{1～N}；声波仪IN的控制单元IP与声波发射机IA连接、还与接收通道Td连接、还与N个接收通道Tr（I）连接；

声波传感器组S包括一个声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I），N∈{1～15}，I∈{1～N}；声波传感器Sd既能用于发射声波也能用于接收声波，N个声波传感器Sr（I）只用于接收声波，声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I）在垂直方向等间距排列，声波传感器Sd位于声波传感器组的最下端；

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP通过无线通讯单元UC与计算机C实现无线连接；

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP与无线通讯单元UC连接、还与绞车W的控制单元WP连接、还与声波仪IN的控制单元IP连接；

声波仪IN的声波发射机IA与声波传感器组S中的声波传感器Sd的发射端连接，声波仪IN的接收通道Td与声波传感器组S中的声波传感器Sd的信号端连接，声波仪IN的N个接收通道Tr（I）分别与声波传感器组S中对应的N个声波传感器Sr（I）的信号端连接，I∈{1～N}；

声波仪IN的控制单元IP用于控制声波发射机IA激励声波传感器组S中的声波传感器Sd发射声波、用于控制接收通道Td接收声波传感器组S中的声波传感器Sd接收到的声波信号、用于控制N个接收通道Tr（I）接收声波传感器组S中的N个声波传感器Sr（I）接收到的声波信号。

一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、将M个组合式无线基桩声波检测单元U分别放置在M个声测管3.0米范围内，分别将M个声波传感器组S放置在M个声测管管口内，设置检测间距dH；M个声测管T按照排列序号a标识为Ta，对应的M个组合式无线基桩声波检测单元U标识为Ua，对应的声波传感器组S标识为Sa，M∈{2～10}，a∈{1～M}；

步骤2、计算机C与M个组合式无线基桩声波检测单元Ua建立无线连接，建立时间同步；

步骤3、将声波传感器组Sa放置到对应的声测管Ta的管底、计算机C读取各个声波传感器组Sa的深度位置，若M个声波传感器组Sa的深度位置不相同，最深位置记作Hmax，次深位置记作Hmax2，若M个声波传感器组Sa的深度位置相同，此深度位置记作Hmax；

步骤4、计算机C控制各个组合式无线基桩声波检测单元Ua进入检测准备过程；

步骤4.1、若处于最深位置Hmax的传感器组的数量多于一个，设置最深位置Hmax为当前检测位置H，转入步骤5；

步骤4.2、若处于当前最深位置Hmax的传感器组的数量只有一个，将当前次深位置Hmax2设置为当前检测位置H，提升处于最深位置Hmax的声波传感器组S至当前检测位置H；

步骤5、计算机C控制处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa完成此深度位置的检测任务，X个声波传感器组Sa按照序号a由小至大分别标识为ST1～STX，设STi，i∈{1～X}，对应的X个组合式无线基桩声波检测单元Ua标识为UTi，X∈{2～M}；

步骤5.1、组合式无线基桩声波检测单元UT1控制声波传感器组ST1中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTz控制声波传感器组STz中的所有传感器接收声波，z∈{2 ～ X}；

步骤5.k、组合式无线基桩声波检测单元UTk控制声波传感器组STk中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTp控制声波传感器组STp中的所有传感器接收声波，k∈{2 ～ X-1} ，p∈{1 ～ k-1，k+1 ～ X}；

步骤5.X、组合式无线基桩声波检测单元UTX控制声波传感器组STX中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTq控制声波传感器组STq中的所有传感器接收声波，q∈{1 ～ X-1}；

步骤6、计算机C读取步骤5中X个组合式无线基桩声波检测单元Ua获取的检测数据；

步骤7、将处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa提升至H-dH，若有其他声波传感器组Sa的高度位置处于H～H-dH之间，亦将其提升至H-dH，将H-dH设置为当前检测高度位置H，转入步骤5，直至现场检测结束。

实施例 3 ：

在实施例 2 中，基桩埋设有6根声测管，M=6，一种组合式无线基桩声波检测装置包括计算机C和M=6个组合式无线基桩声波检测单元U1、U2、U3、U4、U5、U6，对应的声波传感器组分别是S1、S2、S3、S4、S5、S6。假定当前检测位置H处有4个声波传感器组，分别为S2、S3、S5、S6，对应的组合式无线基桩声波检测单元为U2、U3、U5、U6。假定S1和S4的位置高于“当前检测位置”，对应的组合式无线基桩声波检测单元为U1、U4，不参与“当前检测位置”的检测过程。

（《建筑基桩检测技术规范JGJ106—2014》10.3.2.3条款规定“桩径大于1600mm时，不得少于4根声测管”， 10.3.2.4条款规定“桩径大于2500mm时，宜增加声测管数量”，这是大直径桩埋设有4根以上声测管的需求来源。）

“处于当前检测位置H的声波传感器组S”的数量X=4，4个声波传感器组S2、S3、S5、S6按照发射序号由小到大标识为STi，对应的4个组合式无线基桩声波检测单元U标识为UTi， i∈{1～4}，i为发射序号；声波传感器组分别是ST1=S2、ST2=S3、ST3=S5、ST4=S6，对应的组合式无线基桩声波检测单元分别是UT1=U2、UT2=U3、UT3=U5、UT4=U6，也就是说参与“当前检测位置”的检测过程的4个组合式无线基桩声波检测单元U2、U3、U5、U6组成的子集中U2的发射序号为1、U3的发射序号为2、U5的发射序号为3、U6的发射序号为4。

将不参与“当前检测位置”的检测过程的2个组合式无线基桩声波检测单元U1、U4的发射序号设置为0。

步骤A、计算机C以广播方式对6个组合式无线基桩声波检测单元U1、U2、U3、U4、U5、U6发布信息包，信息包中包括参与“当前检测位置”的检测过程组合式无线基桩声波检测单元的数量X=4，包括启动X=4个子步骤的4个时间t1、t2、t3、t4，包括6个组合式无线基桩声波检测单元U1、U2、U3、U4、U5、U6在“当前检测位置”的检测过程中的发射序号0、1、2、0、3、4。

步骤B、6个组合式无线基桩声波检测单元U1、U2、U3、U4、U5、U6分别接收并解析计算机C以广播方式发布的信息包，每个组合式无线基桩声波检测单元根据自身对应的序号和启动4个子步骤的4个时间t1、t2、t3、t4控制发射接收过程：

U1发射序号为0，不工作；

U2发射序号为1，t1时刻发射，t2时刻接收，t3时刻接收，t4时刻接收；

U3发射序号为2，t1时刻接收，t2时刻发射，t3时刻接收，t4时刻接收；

U4发射序号为0，不工作；

U5发射序号为3，t1时刻接收，t2时刻接收，t3时刻发射，t4时刻接收；

U6发射序号为4，t1时刻接收，t2时刻接收，t3时刻接收，t4时刻发射；

这里“发射”是指组合式无线基桩声波检测单元U控制对应的声波传感器组S中的传感器Sd发射声波，“接收”是指组合式无线基桩声波检测单元U控制对应的声波传感器组S中的所有传感器（1个Sd和N个Sr（I））接收声波。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种组合式无线基桩声波检测装置，包括一个有无线通讯功能的计算机C、M个组合式无线基桩声波检测单元U，M∈{2～10}，其特征在于，组合式无线基桩声波检测单元U包括控制单元UP、无线通讯单元UC、绞车W、声波仪IN、声波传感器组S；

绞车W包括控制单元WP、位置传感器WS、驱动器WM，控制单元WP与位置传感器WS连接、还与驱动器WM连接；

声波仪IN包括控制单元IP、声波发射机IA、接收通道Td、N个接收通道Tr（I），N∈{1～15}，I∈{1～N}；声波仪IN的控制单元IP与声波发射机IA连接、还与接收通道Td连接、还与N个接收通道Tr（I）连接；

声波传感器组S包括一个声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I），N∈{1～15}，I∈{1～N}；声波传感器Sd既能用于发射声波也能用于接收声波，N个声波传感器Sr（I）只用于接收声波，声波传感器Sd和N个声波传感器Sr（I）在垂直方向等间距排列，声波传感器Sd位于声波传感器组的最下端；

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP通过无线通讯单元UC与计算机C实现无线连接；

组合式无线基桩声波检测单元U的控制单元UP与无线通讯单元UC连接、还与绞车W的控制单元WP连接、还与声波仪IN的控制单元IP连接；

声波仪IN的声波发射机IA与声波传感器组S中的声波传感器Sd的发射端连接，声波仪IN的接收通道Td与声波传感器组S中的声波传感器Sd的信号端连接，声波仪IN的N个接收通道Tr（I）分别与声波传感器组S中对应的N个声波传感器Sr（I）的信号端连接，I∈{1～N}；

声波仪IN的控制单元IP用于控制声波发射机IA激励声波传感器组S中的声波传感器Sd发射声波、用于控制接收通道Td接收声波传感器组S中的声波传感器Sd接收到的声波信号、用于控制N个接收通道Tr（I）接收声波传感器组S中的N个声波传感器Sr（I）接收到的声波信号。

2.一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将M个组合式无线基桩声波检测单元U分别放置在M个声测管3.0米范围内，分别将M个声波传感器组S放置在M个声测管管口内，设置检测间距dH；M个声测管T按照排列序号a标识为Ta，对应的M个组合式无线基桩声波检测单元U标识为Ua，对应的声波传感器组S标识为Sa，M∈{2～10}，a∈{1～M}；

步骤2、计算机C与M个组合式无线基桩声波检测单元Ua建立无线连接，建立时间同步；

步骤3、将声波传感器组Sa放置到对应的声测管Ta的管底、计算机C读取各个声波传感器组Sa的深度位置，若M个声波传感器组Sa的深度位置不相同，最深位置记作Hmax，次深位置记作Hmax2，若M个声波传感器组Sa的深度位置相同，此深度位置记作Hmax；

步骤4、计算机C控制各个组合式无线基桩声波检测单元Ua进入检测准备过程；

步骤4.1、若处于最深位置Hmax的传感器组的数量多于一个，设置最深位置Hmax为当前检测位置H，转入步骤5；

步骤4.2、若处于当前最深位置Hmax的传感器组的数量只有一个，将当前次深位置Hmax2设置为当前检测位置H，提升处于最深位置Hmax的声波传感器组S至当前检测位置H；

步骤5、计算机C控制处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa完成此深度位置的检测任务，X个声波传感器组Sa按照序号a由小至大分别标识为ST1～STX，设STi，i∈{1～X}，对应的X个组合式无线基桩声波检测单元Ua标识为UTi，X∈{2～M}；

步骤5.1、组合式无线基桩声波检测单元UT1控制声波传感器组ST1中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTz控制声波传感器组STz中的所有传感器接收声波，z∈{2 ～ X}；

步骤5.k、组合式无线基桩声波检测单元UTk控制声波传感器组STk中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTp控制声波传感器组STp中的所有传感器接收声波，k∈{2 ～ X-1} ，p∈{1 ～ k-1，k+1 ～ X}；

步骤5.X、组合式无线基桩声波检测单元UTX控制声波传感器组STX中的传感器Sd发射声波，组合式无线基桩声波检测单元UTq控制声波传感器组STq中的所有传感器接收声波，q∈{1 ～ X-1}；

步骤6、计算机C读取步骤5中X个组合式无线基桩声波检测单元Ua获取的检测数据；

步骤7、将处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa提升至H-dH，若有其他声波传感器组Sa的高度位置处于H～H-dH之间，亦将其提升至H-dH，将H-dH设置为当前检测高度位置H，转入步骤5，直至现场检测结束。

3.根据权利要求2所述的一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法，其特征在于：计算机C控制处于当前检测位置H的X个声波传感器组Sa完成此深度位置的检测任务时，X个处于当前检测位置的组合式无线基桩声波检测单元Ua按照序号a由小至大依次设置发射序号i，i∈{1～X}，不处于当前检测位置的组合式无线基桩声波检测单元Ua的发射序号设置为0；计算机C以广播方式对M个组合式无线基桩声波检测单元Ua发布信息包，信息包中包括处于当前检测位置的组合式无线基桩声波检测单元的数量X，信息包中还包括启动X个声波传感器组STi中的传感器Sd发射声波的X个启动时间点ti，信息包中还包括M个组合式无线基桩声波检测单元Ua对应的发射序号；M个组合式无线基桩声波检测单元Ua分别接收并解析计算机C以广播方式发布的信息包，每个组合式无线基桩声波检测单元Ua根据自身对应的发射序号和X个声波传感器组STi中的传感器Sd发射声波子步骤的启动时间点ti控制发射接收过程：组合式无线基桩声波检测单元Ua的发射序号为0时不工作，组合式无线基桩声波检测单元Ua的发射序号为i时，ti时刻发射，其他tj时刻接收，j∈{1～X}并且 j≠i。

4.根据权利要求2所述的一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法，其特征在于：组合式无线基桩声波检测单元Ua接收的声波数据采用缓存模式保存，计算机C和X个组合式无线基桩声波检测单元Ua之间采用多线程、多端口的网络通信模式，计算机C和X个组合式无线基桩声波检测单元Ua之间通过交互控制指令线程和数据传输通信线程进行交互，交互控制指令线程用于传递发射接收控制指令和提升传感器组指令，数据传输通信线程用于传递接收到的声波数据，交互控制指令线程的优先级高于数据传输通讯线程的优先级。

5.根据权利要求4所述的一种组合式无线基桩声波检测装置的控制方法，其特征在于：步骤5中每个子步骤接收到的声波数据直接进入缓存区，由数据传输通信线程将缓存区内的声波数据传递给计算机C，步骤5执行完毕后，组合式无线基桩声波检测单元Ua提升传感器组Sa的高度位置到H-dH，到达H-dH位置后主动将位置状态通过交互控制指令线程发送至计算机C，计算机C在接收到M个组合式无线基桩声波检测单元Ua均已到达H-dH高度位置的位置状态后，通过交互控制指令线程发布新的发射接收控制指令执行步骤5。