CN109580778A - 一种检测混凝土钢板粘结质量的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测混凝土钢板粘结质量的装置与方法，其装置包括探头支架、空气耦合超声发射探头、空气耦合超声接收探头、信号发射接收器、信号放大器、数据采集卡和电脑PC端，其方法方法包括以下步骤，S1:计算出发射探头的倾斜角度，接收探头对称设置，然后再计算出两个探头之间的距离La；S2:根据步骤S1计算出的结果将两个探头安装在探头支架上，然后置于待检测的混凝土钢板的表面；S3：获取混凝土不同位置处粘结界面波形及相位；S4：根据缺陷区域回波与无缺陷区域回波的相位相反判断混凝土钢板的粘结是否完好。本发明可以区分粘结界面的缺陷回波与材料声阻抗差异大产生的界面回波，判断混凝土与钢板是否存在粘结不完好的区域。

Description

一种检测混凝土钢板粘结质量的装置与方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种检测混凝土钢板粘结质量的装置与方法。
背景技术
钢板与混凝土的粘结被广泛的应用在各种实际工程当中。例如大型复杂高层建筑结构中的钢-混凝土组合剪力墙，大型设备结构加固中的外粘钢等。混凝土-钢板的粘结质量直接影响着各种工程结构的安全与稳定，所以检测混凝土界面的粘结是否完好对工程结构安全具有非常重要的意义。在实际实验中混凝土的声阻抗与钢板的声阻抗相差较大，这就导致即使混凝土与钢板粘结完好，声波也会在粘结界面发生反射，与粘结不完好时相比反射波幅值差异不大，所以根据反射回波比较法难以检测出是否粘结完好。如何区分并识别粘结反射层粘结完好与粘结不完好的反射回波是解决问题的关键。由于混凝土内部结构比较复杂，表面也比较粗糙，使用接触式探头用耦合剂与混凝土耦合时也可能会对反射回波的幅值产生影响，且检测混凝土时使用的低频超声波的始脉冲比较宽也会存在掩盖反射回波的情况，这就对实验带来了一定的困难。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种检测混凝土钢板粘结质量的装置与方法，通过该方法可以区分粘结界面的缺陷回波与材料声阻抗差异大产生的界面回波，判断混凝土与钢板是否存在粘结不完好的区域。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种检测混凝土钢板粘结质量的装置，包括探头支架、空气耦合超声发射探头、空气耦合超声接收探头、信号发射接收器、信号放大器、数据采集卡和电脑PC端，所述探头支架在检测时置于混凝土和钢板的粘结体上，所述空气耦合超声发射探头和空气耦合超声接收探头安装在探头支架的两端，所述空气耦合超声发射探头和信号发射接收器连接，所述空气耦合超声接收探头、信号放大器和信号发射接收器依次连接，所述信号发射接收器、数据采集卡和电脑PC端依次连接。
一种检测混凝土钢板粘结质量的方法，采用权利要求1所述的装置，所述方法包括以下步骤，
S1:根据混凝土的厚度以及snell定理计算出空气耦合超声发射探头的倾斜角度θ，空气耦合超声接收探头的角度与空气耦合超声发射探头对称设置，然后再计算出空气耦合超声发射探头与空气耦合超声接收探头之间的距离La；
La＝2h tanθτ+2L tanθ
式中：c1为空气中声速，c2为混凝土钢板中的声速，θ为探头入射角，θτ为声波在混凝土钢板中的折射角，h为混凝土钢板的厚度，L为空气耦合超声发射和接收探头离混凝土钢板的高度；
S2:根据步骤S1计算出的结果将空气耦合超声发射探头与空气耦合超声接收探头安装在探头支架上，然后置于待检测的混凝土钢板的表面；
S3：通过空气耦合超声发射探头与空气耦合超声接收探头获取混凝土不同位置处粘结界面波形及相位，其波形及相位会显示在电脑PC端上；
S4：根据缺陷区域回波与无缺陷区域回波的相位相反判断混凝土钢板的粘结是否完好。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明利用空气为耦合剂直接对测试体进行检测，避免了传统接触式检测使用耦合剂对测试体产生污染以及难清理等问题。并且可以从混凝土单侧对不同区域进行检测，使用更方便，可快速检测并判断出粘结质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为非接触空气耦合超声检测系统装置简图；
图2为声波传播路径简图；
图3为粘结面无缺陷区域接收波形1；
图4为粘结面无缺陷区域接收波形2；
图5为粘结面无缺陷区域的反射回波相位差；
图6为粘结面无缺陷区域接收波形；
图7为粘结面有缺陷区域接收波形；
图8为粘结面有无缺陷区域的反射回波相位差；
附图标注：1、信号发射接收器，2、数据采集卡，3、电脑PC端，4、空气耦合超声接收探头，5、空气耦合超声发射探头，6、探头支架，7、混凝土，8、钢板，9、缺陷。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明的具体实施例如图1至图8所示，一种检测混凝土钢板粘结质量的装置，包括探头支架6、空气耦合超声发射探头5、空气耦合超声接收探头4、信号发射接收器1、信号放大器10、数据采集卡2和电脑PC端3，所述探头支架在检测时置于混凝土和钢板的粘结体上，所述空气耦合超声发射探头5和空气耦合超声接收探头4安装在探头支架6的两端，所述空气耦合超声发射探头5和信号发射接收器1连接，所述空气耦合超声接收探头4、信号放大器10和信号发射接收器1依次连接，所述信号发射接收器1、数据采集卡2和电脑PC端3依次连接。
一种检测混凝土钢板粘结质量的方法，采用权利要求1所述的装置，所述方法包括以下步骤，
S1:根据混凝土的厚度以及snell定理计算出空气耦合超声发射探头5的倾斜角度θ，空气耦合超声接收探头4的角度与空气耦合超声发射探头5对称设置，然后再计算出空气耦合超声发射探头5与空气耦合超声接收探头4之间的距离La；
La＝2h tanθτ+2L tanθ
式中：c1为空气中声速，c2为混凝土钢板中的声速，θ为探头入射角，θτ为声波在混凝土钢板中的折射角，h为混凝土钢板的厚度，L为空气耦合超声发射探头离混凝土钢板的高度；
S2:根据步骤S1计算出的结果将空气耦合超声发射探头5与空气耦合超声接收探头4安装在探头支架6上，然后置于待检测的混凝土钢板的表面；
S3：通过空气耦合超声发射探头5与空气耦合超声接收探头3获取混凝土不同位置处粘结界面波形及相位，其波形及相位会显示在电脑PC端3上；
S4：根据缺陷区域回波与无缺陷区域回波的相位相反判断混凝土钢板的粘结是否完好。
下面对混凝土7与钢板8粘结质量的检测过程进行举例说明：
一个厚度为50mm、长120mm、宽50mm的混凝土下面粘结了一块厚度10mm，长120mm、宽50mm的钢板。在钢板的中心位置存在一个长10mm，宽3mm，高度为3mm的脱粘区域9。材料的属性参数如表1所示。
步骤S1:根据混凝土厚度以及公式12计算出探头的入射角θ＝3°，探头离混凝土高度设置为10mm，根据公式3计算出探头之间的距离为56mm。
步骤S2：将中心频率为200kHz，尺寸为14mm×20mm的探头安装在探头支架上并根据步骤S1调整好探头的入射角度、探头离混凝土的高度以及发射探头与接收探头之间的距离。
步骤S3：使用电脑PC端控制信号发射接收器激励探头发出中心频率为200kHz，周期数为4的矩形脉冲波斜入射检测混凝土。声波经过空气传播到混凝土表面并在混凝土中产生折射波，经过粘结面反射后被接收探头接收经过信号放大器进行信号放大，进入信号接收器、数据采集卡、A/D转换，经过电脑端数据处理与分析模块显示并保存波形。
步骤S4：改变支架的位置对混凝土与钢板粘结完好区域与粘结不完好区域进行检测并保存波形。使用电脑端计算出波形的相位，接收波形如图3,4,6,7所示。
步骤S5：比较粘结完好与粘结不完好区域的接收波形相位。粘结区域不完好时的界面回波相位与粘结区域完好时的界面回波相位相反，相位差在180°左右，如图8所示。粘结区域完好与粘结区域完好时的界面回波相比较相位基本上不发生变化，相位差在0°左右，如图5所示。
表1不同材料的属性参数
本发明的有益效果是：本发明利用空气为耦合剂直接对测试体进行检测，避免了传统接触式检测使用耦合剂对测试体产生污染以及难清理等问题。并且可以从混凝土单侧对不同区域进行检测，使用更方便，可快速检测并判断出粘结质量。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种检测混凝土钢板粘结质量的装置，其特征在于：包括探头支架(6)、空气耦合超声发射探头(5)、空气耦合超声接收探头(4)、信号发射接收器(1)、信号放大器(10)、数据采集卡(2)和电脑PC端(3)，所述探头支架在检测时置于混凝土和钢板的粘结体上，所述空气耦合超声发射探头(5)和空气耦合超声接收探头(4)安装在探头支架(6)的两端，所述空气耦合超声发射探头(5)和信号发射接收器(1)连接，所述空气耦合超声接收探头(4)、信号放大器(10)和信号发射接收器(1)依次连接，所述信号发射接收器(1)、数据采集卡(2)和电脑PC端(3)依次连接。
2.一种检测混凝土钢板粘结质量的方法，采用权利要求1所述的装置，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
S1:根据混凝土的厚度以及snell定理计算出空气耦合超声发射探头(5)的倾斜角度θ，空气耦合超声接收探头(4)的角度与空气耦合超声发射探头(5)对称设置，然后再计算出空气耦合超声发射探头(5)与空气耦合超声接收探头(4)之间的距离La；
La＝2h tanθτ+2L tanθ
式中：c1为空气中声速，c2为混凝土钢板中的声速，θ为探头入射角，θτ为声波在混凝土钢板中的折射角，h为混凝土钢板的厚度，L为空气耦合超声发射探头离混凝土钢板的高度；
S2:根据步骤S1计算出的结果将空气耦合超声发射探头(5)与空气耦合超声接收探头(4)安装在探头支架(6)上，然后置于待检测的混凝土钢板的表面；
S3：通过空气耦合超声发射探头(5)与空气耦合超声接收探头(3)获取混凝土不同位置处粘结界面波形及相位，其波形及相位会显示在电脑PC端(3)上；
S4：根据缺陷区域回波与无缺陷区域回波的相位相反判断混凝土钢板的粘结是否完好。
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