CN108931578B - 一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台 - Google Patents

一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，包括有圆形盖体、回转底板、升降油缸，圆形盖体底端内壁开有环形凹槽，回转底板外缘设有与环形凹槽相滑动配合的环形外圈，升降油缸安装于圆形盖体的中心处，升降油缸的活塞杆固定连接有压板，回转底板下方安装有支撑腿调节机构，支撑腿调节机构包括有上支撑杆、下支撑杆，上支撑杆上部竖向滑动安装于回转底板上，本发明能够对待测路面的圆形区域作全覆盖的无损探伤检测，提高了无损检测的信息量和准确性。

Description

一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台
技术领域
本发明涉及路面无损探伤检测领域，尤其是一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台。
背景技术
落锤式弯沉仪简称FWD是目前国际上最先进的路面强度无破损检测设备之一，通过测定液压系统来启动落锤装置，是由一定质量的落锤从一定高度自由落下，该冲击力作用于承载板上并传递到路面，从而对路面施加脉冲荷载，导致路面表面产生瞬时变形，记录系统将信号也即动态荷载作用下的动态弯沉值，测试数据可用于反算出路面结构层模量，但只能测量得到距荷载中心3～4米范围内的数据，不适用于对路网进行大范围长期跟踪观测；当前现有的超声成像扫描仪可在人工手动操作下对混凝土以及纤维增强混凝土进行厚度测量以及缺陷定位，但是仅限于某个检测点位的手动测量难以适应大面积的连续性测量要求。
路面的破损不仅错综复杂而且原因也很复杂，目前还没有普遍实用性的自动化的测量仪器可以使用，通常采用的方法有目测调查法、摄影记录法两种，其中目测调查法不仅费时费人，而且数据的可比性以及重复性都比较差；摄影记录法是采用摄像的方法记录路面的破损情况通过人工判读或图像识别的方法，确定损坏类型、严重程度和范围，摄影记录法的后期数据处理计算的工作量巨大，费用较高且相对误差也大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，能够对待测路面的圆形区域作全覆盖的无损探伤检测，提高了无损检测的信息量和准确性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，包括有圆形盖体、回转底板、升降油缸，圆形盖体底端内壁开有环形凹槽，回转底板外缘设有与环形凹槽相滑动配合的环形外圈，升降油缸安装于圆形盖体的中心处，升降油缸的活塞杆固定连接有压板，回转底板下方安装有支撑腿调节机构，支撑腿调节机构包括有上支撑杆、下支撑杆，上支撑杆上部竖向滑动安装于回转底板上，上支撑杆上部设有凸肩，凸肩托置于回转底板的底面，下支撑杆上端固定安装有导套，上支撑杆下部外壁与导套内壁之间滑动导向配合，上支撑杆下端与下支撑杆上端之间垫置有高度调节弹簧，下支撑杆底端安装有滚轮，驱动电机通过传动机构带动滚轮；回转底板上安装有数个探伤管，探伤管上部与回转底板竖向滑动配合，且探伤管上部套装有缓冲弹簧，探伤管上端设有凸台，缓冲弹簧的上端、下端分别顶置于凸台、回转底板，升降油缸带动压板向下移动可压置于上支撑杆顶端、探伤管顶端。
所述的回转底板上固定设有外齿圈，圆形盖体上安装有回转电机，回转电机的输出轴固定连接有回转轴，回转轴下端安装有回转齿轮，回转齿轮与外齿圈相啮合传动。
所述的探伤管包括有外管体、示波管、信号接收放大器，外管体底端设有探头，信号接受放大器输入端与探头相连接，信号接受放大器输出端与示波管相连接，示波管与波形采集器的输入接口相连接，波形采集器的输出接口与波形处理器相连接。
所述的回转底板外缘的环形外圈通过轴承安装于圆形盖体底端内壁的环形凹槽内。
所述的支撑腿调节机构包括有四个上支撑杆、四个下支撑杆，其中两个下支撑杆下端的滚轮之间连接有驱动轴，另外两个下支撑杆下端的滚轮之间连接有驱动轴，驱动轴与驱动电机的输出轴之间通过传动带相传动连接。
所述的回转底板为圆形，回转底板上开设有上支撑杆安装孔，且回转底板上均匀布置有数个探伤管安装孔。
所述的探伤管Ti最大探测区Smax为对称椭圆域，最大探测区Smax＝S0+S1，其中S0为有效探测区，其探测率η0＝100％，S1为探测过渡区，其探测率η1＝(1-kxi)×100，其中k为超声波衰减系数，xi为任一点与探测中心点的距离，当η1≤0时，即为对该点不存在检测效应，经拟合所述Smax其边界方程为x2+By2+Cy2＝0，其中B、C探测率参数，所述
Figure BDA0001795690190000031
其中a为椭圆域短轴长、b为椭圆域长轴长，所述当检测面为S时，所需探伤管个数最小值
Figure BDA0001795690190000032
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
1、本发明能够被检测路面的起讫点之间进行全线连续性检测，相较于现有设备只能够得到单个点、线处的检测数据，本发明的无损探伤平台可得到整个检测面或区域内的破损数据，从而显著提高了无损检测的信息量和准确性。
2、本发明能够使检测波形与路面破损程度相对应，做到定量分析检测波形与路面破损程度之间的关系，反映被检测路面的综合破损情况，并且可以通过重复测量增加数据可比性并且检测速度快精度高。
3、本发明可以根据实际检测要求调节连接于回转底板探伤管的个数，且可调节回转底板旋转任意角度，通过回转轴上的回转齿轮与回转底板上的外齿圈相啮合传动，从而实现探伤管任意角度旋转调节，以适应复杂路况下的大面积无破损检测要求。
4、本发明在上支撑杆下端与下支撑杆上端之间以及探伤管上部分别设置劲度系数不同的弹簧，使在检测时对无损探伤小车在施加相等压力时两弹簧形变量不同，以保证在有坑槽等破损严重的被检测路面上探伤管不因检测时加压而导致损坏，对被检测路面的适应程度高。
5、本发明根据超声波检测原理制定的计算方法可在使用最少探伤管的同时保证检测的精度，降低资金投入经济效益高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的支撑腿调节机构结构示意图。
图3为本发明的回转底板结构示意图。
图中标号：1圆形盖体,2回转底板，3升降油缸，4环形凹槽，5环形外圈，6压板，7支撑腿调节机构，8上支撑杆，9下支撑杆，10凸肩，11导套，12高度调节弹簧，13滚轮，14探伤管，15缓冲弹簧，16凸台，17外齿圈，18回转电机，19回转轴，20回转齿轮，21外管体，22示波管，23信号接收放大器，24探头，25波形采集器，26波形处理器，27驱动轴，28轴承，29传动带，30驱动电机，31支撑杆安装孔，32探伤管安装孔。
具体实施方式
参见附图，一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，包括有圆形盖体1、回转底板2、升降油缸3，圆形盖体1底端内壁开有环形凹槽4，回转底板2外缘设有与环形凹槽4相滑动配合的环形外圈5，升降油缸3安装于圆形盖体1的中心处，升降油缸3的活塞杆固定连接有压板6，回转底板2下方安装有支撑腿调节机构7，支撑腿调节机构7包括有上支撑杆8、下支撑杆9，上支撑杆8上部竖向滑动安装于回转底板2上，上支撑杆8上部设有凸肩10，凸肩10托置于回转底板2的底面，下支撑杆9上端固定安装有导套11，上支撑杆8下部外壁与导套11内壁之间滑动导向配合，上支撑杆8下端与下支撑杆9上端之间垫置有高度调节弹簧12，下支撑杆9底端安装有滚轮13，驱动电机30通过传动机构带动滚轮13；回转底板2上安装有数个探伤管14，探伤管14上部与回转底板2竖向滑动配合，且探伤管14上部套装有缓冲弹簧15，探伤管14上端设有凸台16，缓冲弹簧15的上端、下端分别顶置于凸台16、回转底板2，升降油缸3带动压板6向下移动可压置于上支撑杆8顶端、探伤管14顶端；
回转底板2上固定设有外齿圈17，圆形盖体1上安装有回转电机18，回转电机18的输出轴固定连接有回转轴19，回转轴19下端安装有回转齿轮20，回转齿轮20与外齿圈17相啮合传动；
探伤管14包括有外管体21、示波管22、信号接收放大器23，外管体21底端设有探头24，信号接受放大器23输入端与探头24相连接，信号接受放大器23输出端与示波管22相连接，示波管22与波形采集器25的输入接口相连接，波形采集器25的输出接口与波形处理器26相连接；
回转底板2外缘的环形外圈5通过轴承28安装于圆形盖体1底端内壁的环形凹槽4内；
支撑腿调节机构7包括有四个上支撑杆8、四个下支撑杆9，其中两个下支撑杆9下端的滚轮13之间连接有驱动轴27，另外两个下支撑杆9下端的滚轮13之间连接有驱动轴27，驱动轴27与驱动电机30的输出轴之间通过传动带29相传动连接；
回转底板2为圆形，回转底板2上开设有上支撑杆安装孔31，上支撑杆安装孔31与上支撑杆8相配合，且回转底板2上均匀布置有数个探伤管安装孔32，探伤管14安装于探伤管安装孔32内；
探伤管Ti最大探测区Smax为对称椭圆域，最大探测区Smax＝S0+S1，其中S0为有效探测区，其探测率η0＝100％，S1为探测过渡区，其探测率η1＝(1-kxi)×100，其中k为超声波衰减系数，xi为任一点与探测中心点的距离，当η1≤0时，即为对该点不存在检测效应，经拟合所述Smax其边界方程为x2+By2+Cy2＝0，其中B、C探测率参数，所述
Figure BDA0001795690190000051
其中a为椭圆域短轴长、b为椭圆域长轴长，所述当检测面为S时，所需探伤管14个数最小值
Figure BDA0001795690190000052
本发明的工作原理如下：
本发明进行探伤检测时，由升降油缸的活塞杆带动压板向下运动，同时压板压置上支撑杆克服高度调节弹簧向下移动，前左支撑杆、前右支撑杆、后左支撑杆、后右支撑杆的高度调节弹簧为不同的形变量，以适应被检测路面高低不平的情况；压板继续向下移动，使探伤管与被检测路面接触；需要调节探伤管的探测角度时，通过回转电机连接回转轴带动回转底板旋转设定的角度，从而适应复杂路况下的大面积无破损检测要求；当由探伤管底端探头输入发射波并通过被检测路面时，若被检测区域路面存在损坏，则会有反射波经过探伤管内的接受放大器放大并在示波管上显示对应的波形之后，并由波形采集器采集，波形处理器接收波形采集器采集的波形信息并存储，由计算公式将波形转换为路面破损情况。
其中，高度调节弹簧的劲度系数为k1，探伤管上部套装有的缓冲弹簧的劲度系数为k2，且k1≥k2，即当升降油缸施加同等压力F时，高度调节弹簧的形变量小于等于探伤管上部套装有的缓冲弹簧的形变量，以保证在有坑槽等破损严重的被检测路面上探伤管不因检测时加压而导致损坏。
根据被检测路面状况指数判P CI定路面破损情况，PCI＝100-15DRM，其中DR为路面综合破损率，M∈(0,1)为路面综合破损率指数，DR为路面综合破损率％，
Figure BDA0001795690190000061
其中bij为无损探伤小车在第i个检测点处、第j个示波管的波形，kij为无损探伤小车在第i个检测点处、第j个示波管波形的破损程度换算系数，kij∈(0,100％)由在第i个检测点处、第j个示波管的波形极值波峰百分比划分，极值波峰百分比由波峰值大于全部波峰值的均值划分，
Figure BDA0001795690190000062
为检测过程中的所有示波管波形。

Claims (6)

1.一种基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，其特征在于，包括有圆形盖体、回转底板、升降油缸，圆形盖体底端内壁开有环形凹槽，回转底板外缘设有与环形凹槽相滑动配合的环形外圈，升降油缸安装于圆形盖体的中心处，升降油缸的活塞杆固定连接有压板，回转底板下方安装有支撑腿调节机构，支撑腿调节机构包括有四个上支撑杆、四个下支撑杆，上支撑杆上部竖向滑动安装于回转底板上，上支撑杆上部设有凸肩，凸肩托置于回转底板的底面，下支撑杆上端固定安装有导套，上支撑杆下部外壁与导套内壁之间滑动导向配合，上支撑杆下端与下支撑杆上端之间垫置有高度调节弹簧，下支撑杆底端安装有滚轮，其中两个下支撑杆下端的滚轮之间连接有驱动轴，另外两个下支撑杆下端的滚轮之间连接有驱动轴，所述的驱动轴的上方固定安装有驱动电机，驱动轴与驱动电机的输出轴之间通过传动带相传动连接，驱动电机通过传动机构带动滚轮；回转底板上安装有数个探伤管，探伤管上部与回转底板竖向滑动配合，且探伤管上部套装有缓冲弹簧，探伤管上端设有凸台，缓冲弹簧的上端、下端分别顶置于凸台、回转底板，升降油缸带动压板向下移动可压置于上支撑杆顶端、探伤管顶端。
2.根据权利要求1所述基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，其特征在于，所述的回转底板上固定设有外齿圈，圆形盖体上安装有回转电机，回转电机的输出轴固定连接有回转轴，回转轴下端安装有回转齿轮，回转齿轮与外齿圈相啮合传动。
3.根据权利要求1所述基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，其特征在于，所述的探伤管包括有外管体、示波管、信号接收放大器，外管体底端设有探头，信号接受放大器输入端与探头相连接，信号接受放大器输出端与示波管相连接，示波管与波形采集器的输入接口相连接，波形采集器的输出接口与波形处理器相连接。
4.根据权利要求1所述基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，其特征在于，所述的回转底板外缘的环形外圈通过轴承安装于圆形盖体底端内壁的环形凹槽内。
5.根据权利要求1所述基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，其特征在于，所述的回转底板为圆形，回转底板上开设有上支撑杆安装孔，且回转底板上均匀布置有数个探伤管安装孔。
6.根据权利要求1所述基于声脉冲的高精度路面无损探伤平台，其特征在于所述探伤管Ti的最大探测区Smax为对称椭圆域，最大探测区Smax＝S0+S1，其中S0为有效探测区，其探测率η0＝100％，S1为探测过渡区；其探测率η1＝(1-kxi)×100，k为超声波衰减系数，xi为任一点与探测中心点的距离，当η1≤0时，即为对该点不存在检测效应，经拟合所述Smax其边界方程为x2+By2+Cy2＝0，其中B、C探测率参数，所述
Figure FDA0002601252760000021
其中a为椭圆域短轴长、b为椭圆域长轴长，当检测面为S时，所需探伤管个数最小值
Figure FDA0002601252760000022
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