CN108845322A - 一种单端钢筋长度测量装置及方法 - Google Patents

一种单端钢筋长度测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单端钢筋长度测量装置及方法。待测量钢筋一端插入到混凝土结构体内，超声波探头连接到待测量钢筋暴露在外的一端，超声波探头经时间测量模块和单片机连接；脉冲信号源产生高斯脉冲信号，单片机控制压控振荡器产生载波信号，两组经过混频器混频后，形成一组不同载波频率的高斯包络脉冲信号发射到待测量钢筋暴露在外的端面，反射接收到的测量信号经时差测量芯片到单片机中计算获得钢筋长度。本发明测量可避免单频或窄带测量中超声信号衰减较大的影响，可以不需调整测量电路直接得到最佳的测量频率，具有测量效率高，成本低，结构简单的特点，可用于混凝土内钢筋长度测量等应用场合。

Description

一种单端钢筋长度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及钢筋长度测量，尤其涉及了一种基于超宽带脉冲的、多频率点的无损长度测量方装置及其方法。
背景技术
现代建设工程中，钢筋混凝土的使用非常普遍。钢筋长度是根据水平载荷、弯矩等因素，按照有关规范确定的。由于埋设钢筋在施工过程中属于隐蔽工程，少数企业会偷减钢筋长度以谋取不当利益，这会严重影响工程质量，为建筑物埋下安全隐患。
目前常用的的混凝土内钢筋长度检测方法是充电法和磁法，利用钢筋和周围物质的电磁特性差异来测量钢筋长度。这些方法需要在钢筋的附近钻孔，充电法需要在孔中放入电极，磁法需要在孔中放入磁性探头。钻孔会不可避免地对原有结构造成损害。目前尚没有无损测量混凝土内钢筋长度的方法。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明提供了一种单端钢筋长度测量装置及方法，基于超宽带脉冲具有多频率点，能无损测量单端钢筋长度。
本发明采取的技术方案是：
一、一种单端钢筋长度测量装置：
装置包括超声波探头、时间测量模块和单片机；待测量钢筋一端插入到混凝土结构体内，超声波探头连接到待测量钢筋暴露在外的一端，超声波探头经时间测量模块和单片机连接，单片机分别和电池、显示屏、按钮连接，电池同时连接到时间测量模块。
所述的超声波探头端部设有孔，待测量钢筋暴露在外的一端套装固定在孔中，超声波探头包括一个超声波信号发射探头和一个超声波信号接收探头，超声波信号发射探头和一个超声波信号接收探头被固定在超声波探头内处于孔底面并紧贴待测量钢筋的端面。
所述的时间测量模块包括压控振荡器、混频器、脉冲信号源、功率放大器、小信号放大器和时差测量芯片；单片机经压控振荡器和混频器的一个输入端连接，混频器另一个输入端和脉冲信号源连接，混频器的输出端经功率放大器连接到超声波信号发射探头，混频器的输出端同时连接到时差测量芯片，超声波信号接收探头经小信号放大器连接到时差测量芯片，单片机分别和小信号放大器使能端和时差测量芯片的start引脚连接，时差测量芯片输出端和单片机连接。
本发明通过上述时间测量模块的电路结构设计能够获取到信号优良的反射信号，进而用于计算获得准确的钢筋长度L。
所述的时差测量芯片采用可利用数字门电路延时特性测量时差的测量芯片。
所述的单片机、电池、显示屏、按钮和时间测量模块均集成在同一手持仪表内。
二、一种单端钢筋长度测量方法：
采用上述所述装置，然后：时间测量模块中，脉冲信号源产生一组相同频率的高斯脉冲信号发送到混频器，一组高斯脉冲信号中具有多个相同频率以固定时间间隔发出的信号；单片机控制压控振荡器产生一组不同频率的载波信号发送到混频器，一组载波信号中具有多个不同频率以固定时间间隔发出的信号；经过混频器混频后，形成一组不同载波频率的高斯包络脉冲信号；
高斯包络脉冲信号分为两路，一路直接输入时差测量芯片的stop1引脚，另一路经功率放大器放大后到超声波信号发射探头上，超声波信号发射探头发出发射信号，发射信号从待测量钢筋暴露在外的端面进入后传播到另一端面发生反射，反射信号回到待测量钢筋暴露在外的端面后被超声波信号接收探头接收，接收到的测量信号经小信号放大器放大后进入时差测量芯片的stop2引脚；
时差测量芯片接收高斯包络脉冲信号和测量信号，计算其中每个脉冲信号到达stop1引脚和stop2引脚的时间差，单片机通过时差测量芯片的输出引脚读取时间差，单片机计算各个时间差的平均值t0，然后采用公式L＝c*t0/2计算获得钢筋长度L，其中c表示声波在钢筋中传播速度。
具体实施中，时间测量模块中的脉冲信号源11产生一组高斯脉冲信号，一组高斯脉冲信号中的各个单信号方程为
压控振荡器受单片机控制，以0.1s为时间间隔，依次产生频率10kHz，11kHz，12kHz，13kHz，14kHz，15kHz，16kHz，17kHz，18kHz，19kHz，20kHz的载波信号。
本发明具有的有益效果：
本发明可以在不对钢筋混凝土结构造成任何损坏的情况下，较为准确地测量单端钢筋的长度。
本发明测量可避免单频或窄带测量中超声信号衰减较大的影响，可以不需调整测量电路直接得到最佳的测量频率。
本发明具有测量速度效率高，成本低，结构简单的特点，可用于混凝土内钢筋长度测量等应用场合。
附图说明
图1是测量装置整体结构示意图。
图2是时间测量模块示意图。
图3是超声波探头的剖面图。
图4是超声波脉冲波形图。波形包络为高斯函数，图中有4个不同的载波频率。
图中：1.待测量钢筋，2.混凝土结构体，3.超声波探头，4.时间测量模块，5.单片机，6.电池，7.显示屏，8.按钮，9.压控振荡器，10.混频器，11.脉冲信号源，12.功率放大器，13.小信号放大器，14.超声波信号发射探头，15.超声波信号接收探头，16.时差测量芯片，17.start引脚，18.stop1引脚，19.stop2引脚，20.输出引脚，21.螺纹孔。
具体实施方法
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明包括超声波探头3、时间测量模块4和单片机5；待测量钢筋1一端插入到混凝土结构体2内，超声波探头3连接到待测量钢筋1暴露在外的一端，超声波探头3经时间测量模块4和单片机5连接，单片机5分别和电池6、显示屏7、按钮8连接，电池6同时连接到时间测量模块4，通过按下按钮8开始测量，测量结果通过显示屏7显示。整个装置由电池6提供电源。
如图1所示，本装置包括一个手持式测量仪，时间测量模块6和单片机5安装在测量仪内部，电池6的供电电压为5V，固定在测量仪后方的电池盒中，为设备供电。测量仪面板上装有一个液晶显示屏7，用于显示钢筋的长度。测量仪面板上嵌有一个按钮，按下后即开始测量。
测量仪的上端通过导线，连接一个超声波探头3。如图3所示，超声波探头3呈圆柱形，有一内径略大于钢筋直径的螺纹孔21。一个超声波信号发射探头14和一个超声波信号接收探头15被固定在螺纹孔21的底面。使用时，待测量钢筋1暴露在外的一端套装固定在螺纹孔21中，超声波信号发射探头14和一个超声波信号接收探头15紧贴待测量钢筋1的端面。
如图2所示，时间测量模块4包括压控振荡器9、混频器10、脉冲信号源11、功率放大器12、小信号放大器13和时差测量芯片16；单片机5经压控振荡器9和混频器10的一个输入端连接，混频器10另一个输入端和脉冲信号源11连接，混频器10的输出端经功率放大器12连接到超声波信号发射探头14，混频器10的输出端同时连接到时差测量芯片16的stop1引脚18，超声波信号接收探头15经小信号放大器13连接到时差测量芯片16的stop2引脚19，单片机5分别和小信号放大器13的使能端和时差测量芯片16的start引脚17相连接，时差测量芯片16的输出引脚20和单片机5连接。
压控振荡器，混频器，脉冲信号源用于产生不同载波频率的脉冲信号；功率放大器和小信号放大器分别对发射信号和接收信号进行放大；时差测量芯片用于测量发射信号和接收信号的时间差。具体实施中，时差测量芯片16采用TDC-GP22或其他可利用数字门电路延时特性测量时差的测量芯片。
单片机5、电池6、显示屏7、按钮8和时间测量模块4均集成在同一手持仪表内。时间测量模块和单片机安装在手持仪表内，用于信号的发生及处理；电池为整个系统供电；显示屏显示测量结果；按钮提供开始测量的信号。
本发明的实施例及其实施过程如下：
当按下按钮开始测量时，脉冲信号源11产生相邻脉冲间隔为0.1s、单脉冲信号方程为的高斯脉冲信号。单片机向时差测量芯片16的start引脚17发送脉冲，指示开始测量。同时单片机5控制压控振荡器9，以0.1s为时间间隔，依次产生频率10kHz，11kHz，12kHz，13kHz，14kHz，15kHz，16kHz，17kHz，18kHz，19kHz，20kHz的载波信号。经过混频器10混频后，形成一组不同载波频率的高斯包络脉冲信号。经过混频器10混频后，形成一组不同载波频率的高斯包络脉冲信号，如图4，图中仅示出四个信号。
高斯包络脉冲信号分为两路，一路直接输入时差测量芯片16的stop1引脚18，另一路经功率放大器12放大后到超声波信号发射探头14上，超声波信号发射探头14发出发射信号，发射信号从待测量钢筋1暴露在外的端面进入后传播到另一端面发生反射，反射信号回到待测量钢筋1暴露在外的端面后被与超声波信号发射探头14同侧且与钢筋端面紧贴的超声波信号接收探头15接收，接收到的测量信号经小信号放大器13放大后进入时差测量芯片16的stop2引脚19。单片机5在每个脉冲产生后0.01s，向小信号放大器13发送使能信号，避免发射信号直接被超声波接收探头接收而造成误判。
如果测量信号足够强，时差测量芯片16将计算出stop1引脚和stop2引脚的时间差，单片机5通过时差测量芯片16的输出引脚20读取时间差并保存。
测量结束后，单片机5保存有多个时间差。单片机5计算各个时间差的平均值t0，即每个脉冲信号到达stop1引脚18和stop2引脚19的时间差的平均值t0。然后采用公式L＝c*t0/2计算获得钢筋长度L，其中c表示声波在钢筋中传播速度。
利用此系统的方案进行了长度分别为2m，3m，4m，5m，6m，7m，8m，9m，10m，11m，12m的钢筋的长度测量试验，钢筋埋在混凝土中，钢筋的一端暴露在外。待混凝土凝固，使用本测量装置进行测量，结果如下表所示。
表1
实际长度/m 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00
测量长度/m 1.94 2.89 4.08 4.80 6.02 7.02 8.29 8.99 9.89 11.19 12.29
相对误差/％ 3.1 3.6 2.0 4.1 0.3 0.3 8.6 0.2 1.1 1.7 2.4
由表可以看出，当钢筋长度为2m～12m时，测量的相对误差在5％以内，精度较高。
由此可见，本发明可在不对钢筋混凝土结构造成任何损坏的情况下，较为准确地测量单端钢筋的长度，测量速度效率高，准确性好。

Claims (6)

1.一种单端钢筋长度测量装置，其特征在于：
包括超声波探头(3)、时间测量模块(4)和单片机(5)；待测量钢筋(1)一端插入到混凝土结构体(2)内，超声波探头(3)连接到待测量钢筋(1)暴露在外的一端，超声波探头(3)经时间测量模块(4)和单片机(5)连接，单片机(5)分别和电池(6)、显示屏(7)、按钮(8)连接，电池(6)同时连接到时间测量模块(4)。
2.根据权利要求1所述的一种单端钢筋长度测量装置，其特征在于：
所述的超声波探头(3)端部设有孔，待测量钢筋(1)暴露在外的一端套装固定在孔中，超声波探头(3)包括一个超声波信号发射探头(14)和一个超声波信号接收探头(15)，超声波信号发射探头(14)和一个超声波信号接收探头(15)被固定在超声波探头(3)内处于孔底面并紧贴待测量钢筋(1)的端面。
3.根据权利要求1所述的一种单端钢筋长度测量装置，其特征在于：
所述的时间测量模块(4)包括压控振荡器(9)、混频器(10)、脉冲信号源(11)、功率放大器(12)、小信号放大器(13)和时差测量芯片(16)；单片机(5)经压控振荡器(9)和混频器(10)的一个输入端连接，混频器(10)另一个输入端和脉冲信号源(11)连接，混频器(10)的输出端经功率放大器(12)连接到超声波信号发射探头(14)，混频器(10)的输出端同时连接到时差测量芯片(16)，超声波信号接收探头(15)经小信号放大器(13)连接到时差测量芯片(16)，单片机(5)分别和小信号放大器(13)使能端和时差测量芯片(16)的start引脚(17)连接，时差测量芯片(16)输出端和单片机(5)连接。
本发明通过上述时间测量模块(4)的电路结构设计能够获取到信号优良的反射信号，进而用于计算获得准确的钢筋长度L。
4.根据权利要求1所述的一种单端钢筋长度测量装置，其特征在于：
所述的时差测量芯片(16)采用可利用数字门电路延时特性测量时差的测量芯片。
5.根据权利要求1所述的一种单端钢筋长度测量装置，其特征在于：
所述的单片机(5)、电池(6)、显示屏(7)、按钮(8)和时间测量模块(4)均集成在同一手持仪表内。
6.一种单端钢筋长度测量方法，其特征在于：
所述方法采用权利要求1-5任一所述装置，
时间测量模块(4)中，脉冲信号源(11)产生一组相同频率的高斯脉冲信号发送到混频器(10)，一组高斯脉冲信号中具有多个相同频率以固定时间间隔发出的信号；单片机(5)控制压控振荡器(9)产生一组不同频率的载波信号发送到混频器(10)，一组载波信号中具有多个不同频率以固定时间间隔发出的信号；经过混频器(10)混频后，形成一组不同载波频率的高斯包络脉冲信号；
高斯包络脉冲信号分为两路，一路直接输入时差测量芯片(16)的stop1引脚(18)，另一路经功率放大器(12)放大后到超声波信号发射探头(14)上，超声波信号发射探头(14)发出发射信号，发射信号从待测量钢筋(1)暴露在外的端面进入后传播到另一端面发生反射，反射信号回到待测量钢筋(1)暴露在外的端面后被超声波信号接收探头(15)接收，接收到的测量信号经小信号放大器(13)放大后进入时差测量芯片(16)的stop2引脚(19)；
时差测量芯片(16)接收高斯包络脉冲信号和测量信号，计算其中每个脉冲信号到达stop1引脚(18)和stop2引脚(19)的时间差，单片机(5)通过时差测量芯片(16)的输出引脚(20)读取时间差，单片机(5)计算各个时间差的平均值t0，然后采用公式L＝c*t0/2计算获得钢筋长度L，其中c表示声波在钢筋中传播速度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111156936A (zh) * 2020-01-09 2020-05-15 昆山市建设工程质量检测中心 基于干耦合超声检测技术的套筒内钢筋插入长度测量方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS587580A (ja) * 1981-07-08 1983-01-17 Nec Corp 超音波測距装置
WO2004015383A1 (de) * 2002-07-24 2004-02-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und vorrichtung zur saw-sensor-vermessung und -kalibrierung
CN201177666Y (zh) * 2008-01-31 2009-01-07 中国计量学院 一种根据相位差比较的超声波测距装置
CN201340258Y (zh) * 2008-09-27 2009-11-04 北京光电技术研究所 混凝土测厚仪
CN102549451A (zh) * 2009-07-20 2012-07-04 罗伯特·博世有限公司 超声测量装置和用于分析超声信号的方法
CN204043639U (zh) * 2014-06-16 2014-12-24 山东中科普锐检测技术有限公司 超声波等效峰值精准厚度检测装置
CN106556362A (zh) * 2015-09-24 2017-04-05 祁艳 一种地下储气井钢管壁厚检测装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS587580A (ja) * 1981-07-08 1983-01-17 Nec Corp 超音波測距装置
WO2004015383A1 (de) * 2002-07-24 2004-02-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und vorrichtung zur saw-sensor-vermessung und -kalibrierung
EP1481230A1 (de) * 2002-07-24 2004-12-01 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Verfahren und vorrichtung zur saw-sensor-vermessung und -kalibrierung
CN201177666Y (zh) * 2008-01-31 2009-01-07 中国计量学院 一种根据相位差比较的超声波测距装置
CN201340258Y (zh) * 2008-09-27 2009-11-04 北京光电技术研究所 混凝土测厚仪
CN102549451A (zh) * 2009-07-20 2012-07-04 罗伯特·博世有限公司 超声测量装置和用于分析超声信号的方法
CN204043639U (zh) * 2014-06-16 2014-12-24 山东中科普锐检测技术有限公司 超声波等效峰值精准厚度检测装置
CN106556362A (zh) * 2015-09-24 2017-04-05 祁艳 一种地下储气井钢管壁厚检测装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111156936A (zh) * 2020-01-09 2020-05-15 昆山市建设工程质量检测中心 基于干耦合超声检测技术的套筒内钢筋插入长度测量方法
CN111156936B (zh) * 2020-01-09 2020-07-31 昆山市建设工程质量检测中心 基于干耦合超声检测技术的套筒内钢筋插入长度测量方法

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