CN108169338A - 一种超声波探测传感器耦合作业方法 - Google Patents

一种超声波探测传感器耦合作业方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波探测传感器耦合作业方法，包括如下步骤：清洁需要探测的混凝土介质的耦合面，在清洁后的耦合面上均匀涂抹油脂，随后擦除耦合面上的堆积油脂并保留已粘附在耦合面的一层油膜；向表面形成有油膜层的耦合面喷洒水雾产生均匀小水滴或水膜，形成可长时间保持在混凝土介质表面的超声波传感器耦合剂；将一组多个超声波传感器按线性或面阵列方式放置在耦合面上，可即放即耦合，按设计好的超声波探测方法顺序完成超声波探测的信号采集。本发明巧妙地在混凝土构件表面设置一层油脂“薄膜”，利用油膜“薄膜”挡住水向混凝土构造物内渗入的通道，同时利用水在油膜上漂浮和可灵活移动的机动特点，保证了传感器快速耦合的响应性能。

Description

一种超声波探测传感器耦合作业方法
技术领域
本发明属于在混凝土介质表面实施超声检测的技术领域，尤其涉及一种超声波探测传感器耦合作业方法。
背景技术
工民建领域以及水利、铁路、公路桥梁等行业广泛使用钢筋混凝土结构，竣工验收或者后期运营养护过程中需要对结构体质量进行无损检测。目前用于钢筋混凝土结构无损检测的方法主要有地质雷达和超声波法，如果结构体内的钢筋网密集，地质雷达探测所用电磁波信号会受到干扰，从而影响探测分辨效果；高频超声波探测能够避开电磁干扰，探测精度高，在结构无损检测中广泛应用。
超声波在混凝土结构检测中的作业方法很多，比如B超、透射波法、超声波CT等等，无论采用哪种方法，良好的超声波传感器耦合状态是高分辨率和高精度探测隐蔽目标的前提。
混凝土介质表面存在小小的凹凸不平，哪怕是高铁轨道板一类的预制构件，也有细微的凹凸不平现象。超声波传感器需要耦合时通常采用两种方式：一种是采用耦合油脂，如超声胶或凡士林甚至机油等等，一种是用水来直接耦合。前一种方式需要让油脂在构件表面有一定堆积，涂抹量大，回收清洁非常不便，后者取材方便，但水量难以控制，由于混凝土介质吸水性强，加上水容易流动和表面蒸发，这种方式难以保证耦合一致性和质量，不适合在混凝土介质结构的工程检测中使用。
超声波无损探测遇到有大面积探测任务时，需要一次或多次布设多个传感器，以提高探测效率，同时利用传感器发射和接收互换原理还可以实现阵列式超声波探测，大幅增加信号采集的信息量，便于后期资料处理与解释。前述两种传感器的耦合方式，在大面积、长时间连续作业时，不便之处体现的更加突出。在没有高效的超声波传感器耦合技术之前，在混凝土介质表面实现大面积超声波阵列探测作业存在很大困难。
因此在超声波无损探测领域迫切需要有高效的传感器耦合技术，一方面保证传感器信号采集的一致性和质量，同时在此基础上应用阵列式或相控阵超声波信号采集的探测方法，实现高精度探测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种工序简单快速，传感器耦合性能良好，适于混凝土介质检测的超声波探测传感器耦合作业方法。
为解决上述技术问题，本发明所提供的超声波探测传感器耦合作业方法，包括如下步骤：
步骤1、清洁需要探测的混凝土介质的耦合面，在清洁后的耦合面上均匀涂抹油脂，随后擦除耦合面上的堆积油脂并保留已粘附在耦合面的一层油膜；
步骤2、向表面形成有油膜层的耦合面喷洒水雾产生均匀小水滴或水膜，形成可长时间保持的超声波传感器耦合剂；
步骤3、将一组多个超声波传感器按线性或面阵列方式放置在耦合面上，可即放即耦合，超声波发射和接收信号通过信号线分别连接到多路同步超声波仪器上，按设计好的超声波探测方法顺序完成超声波探测的信号采集。
进一步的，步骤1中耦合面清洗采用干洗或水洗方式，清洗尘土和浮渣后需风干耦合面。
进一步的，步骤1中油脂的形态为液态或胶状态，油脂涂抹和擦除分别采用油脂喷涂机械和带布匹擦头的打磨机械完成。
进一步的，所述油脂为导声胶、凡士林、黄油或软膏。
进一步的，所述油脂为容易降解的环保油脂。
进一步的，多路同步超声波测试仪器配备有电子转换开关实现线性阵列或面阵列排布传感器的收-发切换。
进一步的，水雾喷洒采用机械方式喷洒。
进一步的，超声波探测要根据所要探测的任务和超声波探测原理设计好传感器的布设方法，包括传感器发射和接收探头的排列组合方式以及耦合方向，形成线性阵列或面阵列模式。
进一步的，需要用超声波法完成大面积快速探测作业时，采用一组多个超声波传感器按照发射和接收分类构成线性或面阵列式排布，通过多路同步超声波测试仪器完成多次激发或多路同步信号采集。
进一步的，所述固体介质为混凝土介质或岩石板材类介质。
油脂和水都可以作为超声波传感器与介质表面的耦合剂，超声波检测信号的质量取决于传感器耦合质量；传感器耦合质量的好坏主要看超声波传感器在固体耦合面上空气被排除的程度如何。
原理及优势：
在对混凝土构件等易吸水介质表面进行超声检测时，除了小规模短时间实验用外，在工程检测中本领域技术人员一般直接将水作为耦合剂的方案排除在外。而采用耦合油脂作为耦合剂时在构件表面有一定堆积，涂抹量大，回收清洁非常不便，而本发明巧妙地在混凝土构件表面设置一层油脂“薄膜”，利用油膜“薄膜”挡住水向构造物内深入的通道，同时利用水在油面上浮动、自由灵活的机动性质，让其充填可能由于介质表面凹凸不平带来的耦合空隙，最大限度排除传感器耦合面上的空气，从而保证了传感器的耦合响应性能，取得了意想不到的效果。
油脂粘附力顽强，涂抹在混凝土构件表面后，用布料擦干，但在混凝土构件表面依然会保留着一层油脂“薄膜”，这层油脂薄膜上喷洒上水后，水受到油脂薄膜排斥作用，形成小水珠浮在薄膜上面，这种状况会保持较长时间，这段时间内，如果在表面放置传感器，其底面与构建表面的空隙便会被水充实，从而保证了传感器的快速耦合性能。
大面积无损探测时，有了传感器耦合良好的前提，各种超声波无损探测方法或阵列信号采集技术都可以得到极好地发挥。
超声波相控阵技术能够实现固体介质体内隐蔽缺陷的精准探测，理论相当完备，之所以不能广泛应用于实践，关键是传感器耦合难题难以克服，该方法为多传感器同步耦合提供了支撑，可以预见，混凝土结构超声波探测的应用之门将缓缓开启，在钢筋混凝土结构检测领域，尤其是高速铁路检测领域将发挥作用。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2为本发明超声波面阵列采集示意图；
图3为本发明等偏移距超声波信号采集示意图；
图4为本发明等偏移距超声波信号采集实测记录波形。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
参见图1和图2，在拟开展无损探测的混凝土大板平面1上开展无损探测作业，先用高压水龙头冲洗大板表面1，然后用吹风机吹干大板表面1；将食用油在拟探测表面2涂抹一层后，用抹布擦拭干净浮油，拟探测表面便形成一层油膜3；用喷雾工具向该表面喷洒水雾，在油膜面上均匀形成小水珠或水膜4。用9个传感器5构成一个“田”字型阵列，中心点为超声波发射探头，周围8个为超声波接收探头，用8路同步超声波仪7通过收发信号线6分别连接好收、发传感器；启动超声波仪7，可以同时获得8个方位的超声波记录；向待测区域逐步移动面阵列，每次都能够自动完成传感器5的良好耦合；逐步采集并获得超声波记录，直至完成全部拟探测区域的探测，经过超声波检测软件处理，如此可以快速完成混凝土大板平面的探测任务。油脂涂抹和擦除也可以采用油脂喷涂机械和带布匹擦头的打磨机械方式完成。
实施例2
参见图3，在水平放置的4.6米长2.5米宽的高铁钢筋混凝土大板表面，沿长轴布设4条间距50厘米测线，测线长4.6米，起点设为0mm。目的是探测沿测线混凝土内可能存在的空洞、离析等不良结构异常。先用刷子和水清洗大板表面，然后让大板表面自动晾干；将凡士林在拟探测表面涂抹一层后，用抹布擦拭均匀，除去多余凡士林的同时让大板表面均匀覆盖一层凡士林油膜；用花洒向该表面喷洒水雾，在油膜面上均匀形成一层珠状水膜。本实施例中凡士林也可以用导声胶、黄油或软膏替代。
在每条测线上自起点放置一发一收间距D为10mm的两个超声波传感器，连接好超声波采集仪器进行探测作业；保持收发距离不变，沿测线同步移动发射和接收传感器，每移动4cm距离测量一个脉冲探测信号，如图3所示作业方式；将所有探测点的信号拼接成一张记录剖面，如图4所示，水平方向为收-发传感器中间点的坐标，垂直向下方向为记录时间坐标。
考虑到超声波传感器的发射和接收具有互换功能，多路同步超声波测试仪器可以配合电子转换开关来实现线性阵列或面阵列排布传感器的收-发切换，实现快速采集。多个发射探头可以形成发射用相控阵列，多个接收探头可以形成接收信号用相控阵列，方便实现结构体内部介质的高精度定向探测。
按图3所示的作业方式采集的记录如图4所示。可以看出即便是混凝土介质表面有些许的凹凸不平，但由于采用本发明所述的耦合方法，超声波传感器的耦合性能得到保证，超声波探测剖面数据背景一致性非常好，为进一步从波列图上发现钢筋混凝土板体内的缺陷位置提供了保障。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、清洁需要探测的混凝土介质的耦合面，在清洁后的耦合面上均匀涂抹油脂，随后擦除耦合面上的堆积油脂并保留已粘附在耦合面的一层油膜；
步骤2、向表面形成有油膜层的耦合面喷洒水雾产生均匀小水滴或水膜，形成可长时间保持在介质表面的超声波传感器耦合剂；
步骤3、将一组多个超声波传感器按线性或面阵列方式放置在耦合面上，超声波发射和接收信号通过信号线分别连接到多路同步超声波仪器上，按设计好的超声波探测方法顺序完成超声波探测的信号采集。
2.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：步骤1中耦合面清洗采用干洗或水洗方式，清洗尘土和浮渣后需风干耦合面。
3.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：步骤1中油脂的形态为液态或胶状态，油脂涂抹和擦除分别采用油脂喷涂机械和带布匹擦头的打磨机械完成。
4.根据权利要求3所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：所述油脂为导声胶、凡士林、黄油或软膏。
5.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：所述油脂为容易降解的环保油脂。
6.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：多路同步超声波测试仪器配备有电子转换开关实现线性阵列或面阵列排布传感器的收-发切换。
7.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：水雾喷洒采用机械方式喷洒。
8.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：超声波探测要根据所要探测的任务和超声波探测原理设计好传感器的布设方法，包括传感器发射和接收探头的排列组合方式以及耦合方向，形成线性阵列或面阵列信号采集模式。
9.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：需要用超声波法完成大面积快速探测作业时，采用一组多个超声波传感器按照发射和接收分类构成线性或面阵列式排布，通过多路同步超声波测试仪器完成多次激发或多路同步信号采集。
10.根据权利要求1所述的超声波探测传感器耦合作业方法，其特征在于：该方法也可以应用于其它使用水做耦合剂时容易风干的介质结构表面的超声波探测。
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