CN110007007A - 一种波纹管注浆饱满度的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种波纹管注浆饱满度的检测方法及装置，其中，检测方法包括以下步骤：在待检测的波纹管内插入声振仪，通过声振仪发出声振信号，声振信号沿待检测的波纹管传播；通过声音传感器采集波纹管的不同长度处多个采集点的声振信号，并将多个采集点的声振信号发送到检测主机；检测主机对多个采集点的声振信号进行处理分析，形成相应的声音频谱数值，根据多个采集点的声音频谱数值的大小判断相应采集点处是否存在注浆缺陷。本发明的波纹管注浆饱满度的检测方法及装置能够方便快捷地准确定位波纹管的注浆缺陷。

Description

一种波纹管注浆饱满度的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，具体而言，涉及一种波纹管注浆饱满度的检测方法及装置。

背景技术

如何保证新桥的施工质量，如何对新桥进行技术把关，对现存的桥进行质量评价，对危桥进行检测、评定、加固已成为一项重要任务。混凝土桥梁损伤表现形式多样，如预应力损失、混凝土破损开裂、钢筋锈蚀、支座脱空等，这些损伤导致了混凝土桥梁整体刚度和承载力的下降，是引起桥梁病害的重要原因。

波纹管又称预应力管道或者预应力管，其注浆密实性好坏对桥梁的耐久性具有重要影响。据统计，由于注浆不密实导致波纹管内钢绞线锈蚀，预应力提前丧失，可造成桥梁实际寿命缩短至设计寿命的十分之一。目前在美国，公路桥梁大约有57万座，其中约13万座有缺陷。平均开始出现问题的年限是25年。在我国截止到2002年，各种桥梁总和约有28万座。其中，危桥约有9597座，平均开始出现问题的年限是7年。

为了加强对桥梁施工质量的过程控制，消除施工过程中的质量缺陷，对预应力桥梁的预应力管道(波纹管)的注浆质量检测，是确保桥梁施工质量达到设计要求和合理受力状态的一个重要控制环节。

预应力桥梁的钢绞线要充分发挥设计效果，抵消车辆和行人对桥面的压力，预应力管道的注浆质量效果是最重要的因素之一。达到设计要求的注浆质量可以使预应力钢绞线充分发挥作用；存在注浆质量缺陷时会出现锚头应力集中和随时间推移的预应力损失现象，且会改变梁体的设计受力状态，降低桥的承载力，从而影响桥梁的使用寿命。因此预应力管道的注浆质量检测是保证桥梁施工质量的重要措施。目前市面上，仍然缺少一种能够方便快捷、准确定位波纹管注浆缺陷的检测方法和检测系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种波纹管注浆饱满度的检测方法及装置，以至少解决现有技术中的检测方法及检测系统无法方便快捷地准确定位波纹管注浆缺陷的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种波纹管注浆饱满度的检测方法，该检测方法包括以下步骤：在待检测的波纹管内插入声振仪，通过声振仪发出声振信号，声振信号沿待检测的波纹管传播；通过声音传感器采集波纹管的不同长度处多个采集点的声振信号，并将多个采集点的声振信号发送到检测主机；检测主机对多个采集点的声振信号进行处理分析，形成相应的声音频谱数值，根据多个采集点的声音频谱数值的大小判断相应采集点处是否存在注浆不饱满区域。

进一步地，根据多个采集点的声音频谱数值的大小判断相应采集点处是否存在注浆不饱满区域，具体是指：当某个采集点处的声音频谱数值小于与其相邻的前后两个采集点处的声音频谱数值时，则该声音频谱数值较小的采集点处存在注浆不饱满区域。

进一步地，相邻所述采集点之间的间距为1-2米。

进一步地，声振仪从波纹管的端部插入到波纹管的压浆内，且声振仪的振动部件不与波纹管的管壁接触。

根据本发明的另一方面，提供了一种波纹管注浆饱满度的检测装置，该检测装置包括：声振仪，声振仪用于插入待检测的波纹管内，以发出沿波纹管传播的声振信号；声音传感器，声音传感器用于采集波纹管的不同长度处的声振信号；检测主机，检测主机的输入端与声音传感器的输出端连接，检测主机用于接收声音传感器采集的声振信号，并将声振信号转换成声音频谱数值。

进一步地，检测主机包括信号放大电路、信号滤波电路和单片机，信号放大电路的输入端与声音传感器的输出端连接，信号滤波电路的输入端与信号放大电路的输出端连接，单片机的输入端与信号滤波电路的输出端连接，单片机的输出端与一显示屏连接。

进一步地，信号放大电路包括一三极管S9014放大电路和一仪表运放TP1562A-SR放大电路，三极管S9014放大电路的输入端与声音传感器的输出端连接，三极管S9014放大电路的输出端与仪表运放TP1562A-SR放大电路的输入端连接，仪表运放TP1562A-SR放大电路的输出端与信号滤波电路的输入端连接。

进一步地，检测主机还包括一音频芯片，音频芯片的输入端与信号滤波电路的输出端连接，音频芯片的输出端连接一降噪耳机。

进一步地，信号滤波电路包括MF10CCWM芯片，音频芯片为WM8978音频芯片，单片机为STM32F103C8T6单片机。

进一步地，声音传感器包括底座，底座上固定安装一外壳，外壳的内部设有声腔，声腔内设有用于将声音信号转化为电信号的压电陶瓷片，底座的底部设有多个接触支柱。

应用本发明的技术方案，通过在待检测的波纹管内插入声振仪发出声振信号，声振信号会沿着波纹管的长度方向逐渐衰减，如果波纹管内有注浆不饱满区域，由于注浆不饱满区域是一个没有注浆的空气区域，声振信号在此空气区域相比于注浆饱满区域更不容易传达至管壁，因此，对应该注浆不饱满区域的波纹管的管壁处的声振信号会异常偏低；通过声音传感器采集波纹管的不同长度处多个采集点的声振信号，并将多个采集点的声振信号发送到检测主机，由检测主机对多个采集点的声振信号进行处理分析，形成相应的声音频谱数值，再根据多个采集点的声音频谱数值的大小(声振信号是否出现异常低频)，即可判断相应采集点处是否存在注浆缺陷。该波纹管注浆饱满度的检测方法能够方便快捷地准确定位波纹管的注浆缺陷。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：

图1为本发明实施例的检测装置中声振仪插入到波纹管内的结构示意图。

图2为本发明实施例的检测装置使用时的结构示意图。

图3为本发明实施例的检测方法的流程图。

图4为本发明实施例的检测装置中三极管S9014放大电路的电路连接示意图。

图5为本发明实施例的检测装置中TP1562A-SR放大电路的电路连接示意图。

图6为本发明实施例的检测装置中信号滤波电路的电路连接示意图。

图7为本发明实施例的检测装置中声音传感器的结构示意简图。

图8为本发明实施例的检测装置中检测主机的结构示意简图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、声振仪；20、声音传感器；21、底座；22、外壳；23、声腔；24、接触支柱；25、连接插头；30、检测主机；31、显示屏；32、输入插头；100、波纹管；110、钢绞线；120、压浆；130、注浆不饱满区域。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图1至图3，一种本发明实施例的波纹管注浆饱满度的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

S1、在待检测的波纹管100内插入声振仪10，通过该声振仪10发出声振信号，声振信号沿待检测的波纹管100传播；

S2、通过声音传感器20采集波纹管100的不同长度处多个采集点的声振信号，并将多个采集点的声振信号发送到检测主机30；

S3、检测主机30对多个采集点的声振信号进行处理分析，形成相应的声音频谱数值，根据多个采集点的声音频谱数值的大小判断相应采集点处是否存在注浆不饱满区域130。

上述的波纹管注浆饱满度的检测方法，通过在待检测的波纹管100内插入声振仪10发出声振信号，声振信号会沿着波纹管100的长度方向逐渐衰减，如果波纹管100内有注浆不饱满区域130，由于注浆不饱满区域130是一个没有注浆的空气区域，声振信号在此空气区域相比于注浆饱满区域更不容易传达至管壁，因此，对应该注浆不饱满区域130的波纹管100的管壁处的声振信号会异常偏低，在声振信号沿波纹管100的长度方向衰减时在该注浆不饱满区域130会突然出现异常低频；通过声音传感器20采集波纹管100的不同长度处多个采集点的声振信号，并将多个采集点的声振信号发送到检测主机30，由检测主机30对多个采集点的声振信号进行处理分析，形成相应的声音频谱数值，再根据多个采集点的声音频谱数值的大小(声振信号是否出现异常低频)，即可判断相应采集点处是否存在注浆不饱满区域130。该波纹管注浆饱满度的检测方法能够方便快捷地准确定位波纹管100的注浆不饱满区域130。

具体来说，在本实施例中，根据多个采集点的声音频谱数值的大小判断相应采集点处是否存在注浆不饱满区域130，具体是指：当某个采集点处的声音频谱数值小于与其相邻的前后两个采集点处的声音频谱数值时，则该声音频谱数值较小的采集点处存在注浆不饱满区域130。参见图2，如果波纹管100内不存在注浆不饱满区域130，则声振信号会从插入声振仪10处沿着波纹管100的长度方向逐渐衰减，当波纹管100上某个采集点处的声音频谱数值小于与其相邻的前后两个采集点处的声音频谱数值时，即可证明该声音频谱数值较小的采集点处是存在注浆不饱满区域130的。

在对多个采集点处的声振信号进行采集时，若声振信号采集点过于稀疏(即相邻的采集点之间间隔过远)，则有可能出现漏检的情况。为了更加全面地检测波纹管100内的注浆不饱满区域130，在本实施例中，优选将相邻的采集点之间的间距设置为1-2米。理论上来说，相邻采集点之间的间距越小，越有利于准确地定位注浆不饱满区域130，有利于避免遗漏管道注浆缺陷；但是，采集点的增多也会显著增加检测的工作量、降低检测效率。研究发现，在一般情况下，每隔1-2米设置一个采集点即可对波纹管100内的注浆不饱满区域130进行比较准确的定位，同时检测效率较高。

在本实施例中，声振仪10从波纹管100的端部插入到波纹管100的压浆120内；并且，声振仪10的振动部件优选不与波纹管100的管壁接触。如此设置，声振仪10通过振动波纹管100内的压浆120产生声振信号，声振信号沿压浆120传播，并且通过压浆120向波纹管100的管壁传播。这样，可以避免声振仪10直接振动波纹管100的管壁，使声振信号不经压浆120直接沿波纹管100的管壁传播，而对检测结果造成影响。

参见图1至图2以及图4至图8，一种本发明实施例的波纹管注浆饱满度的检测装置，该检测装置主要包括：声振仪10、声音传感器20和检测主机30。其中，声振仪10用于在检测装置使用时插入到待检测的波纹管100的压浆120内，以发出沿波纹管100传播的声振信号，波纹管100的压浆120中埋设有钢绞线110；声音传感器20用于在声振仪10发出声振信号后，采集波纹管100的不同长度处的声振信号；检测主机30的输入端与声音传感器20的输出端连接，检测主机30用于接收声音传感器20采集的声振信号，并将声振信号转换成声音频谱数值。

该检测装置使用时，将声振仪10插入到待检测的波纹管100的压浆120内，发出声振信号，声振信号沿压浆120传播并通过压浆120向波纹管100的管壁传播；通过声音传感器20采集波纹管100管壁不同长度处的声振信号，声音传感器20将采集到的声振信号传送到检测主机30，检测主机30具有频谱分析模块，可对接收的声振信号进行频谱分析，生成相应的频谱数值；检测主机30上还设置有显示屏31，用于将频谱数值进行显示，方便更加直观地检测声振信号。声音传感器20可与检测主机30进行有线或无线连接，在无线连接下通过无线通信模块来接收或发送声振信号。

具体来说，在本实施例中，检测主机30主要包括一个信号放大电路、一个信号滤波电路和一个单片机。其中，信号放大电路的输入端与声音传感器20的输出端连接，信号滤波电路的输入端与信号放大电路的输出端连接，单片机的输入端与信号滤波电路的输出端连接，单片机的输出端与一个显示屏31连接。本发明中所用的声振仪10，可以为现有的市售的声振仪10，如现有的音叉式声振仪10。

进一步地，在本实施例中，信号放大电路包括一三极管S9014放大电路和一仪表运放TP1562A-SR放大电路，三极管S9014放大电路的输入端与声音传感器20的输出端连接，三极管S9014放大电路的输出端与仪表运放TP1562A-SR放大电路的输入端连接，仪表运放TP1562A-SR放大电路的输出端与信号滤波电路的输入端连接。

具体地，参见图4和图5，本实施例采用三极管S9014结合仪表运放TP1562A-SR作为前级的信号放大电路。声振信号通过声音传感器20进行采集，通过电容C1从三极管S9014的1脚进入，从3脚经过电容C3输出；再到仪表运放TP1562A-SR的3脚输入，7脚输出。电阻R1、R2、R3和R4是决定TP1562A-SR放大电路放大倍数的匹配电阻，可以通过其数值的改变来改变放大倍数。在本实施例中，我们所采用的倍数为100倍。其电阻的数值为R1＝10KΩ，R2＝90.9KΩ，R3＝10KΩ，R4＝90.9KΩ。三极管放大50倍。

在本实施例中，采用MF10CCWM芯片进行信号滤波。参见图6，信号从TP1562A-SR的7脚输出至滤波芯片MF10CCWM，通过电容C55和电阻R54到输入脚4，对信号进行滤波处理。滤波电路可通过调节匹配电阻R49，R53，R76和R78来调节滤波参数。在本实施例中，我们所采用的为100Hz的高通滤波，和1200Hz的低通滤波，信号滤波电路会衰减比100Hz小的信号和衰减比1200Hz大的信号，通过信号为100Hz-1200Hz的信号。100Hz的高通匹配电阻的阻值为：引脚3和引脚18分别接一个10KΩ的电阻，电阻为R53和R78，信号从18脚输出，R55为一个放大倍数调节电阻，在本实施例中我们没有使用放大，其电阻阻值设定为10KΩ。1200Hz的低通滤波通过修改匹配电阻R49和R76的阻值来决定，分别接1脚和20脚，至20脚输出，R49的阻值为1kΩ，R76的阻值为150kΩ。

为了方便使用者能够直接清楚地听到声振信号，在本实施例中，检测主机30还包括一个音频芯片，该音频芯片的输入端与信号滤波电路的输出端连接，音频芯片的输出端连接一个降噪耳机。该音频芯片优选采用WM8978音频芯片。声振信号通过滤波后输出至WM8978音频芯片，通过音频芯片将电信号转换成声音信号，输出至降噪耳机。

在本实施例中，单片机优选采用STM32F103C8T6单片机，经过信号滤波电路滤波后的声振信号由单片机STM32F103C8T6进行采集和处理，转换成频谱数值，并将该频谱数值发送至显示屏31进行显示。

具体来说，参见图7和图8，在本实施例中，声音传感器20主要包括一个底座21，在底座21上固定安装有一个外壳22，外壳22的内部设有声腔23(圆柱形内腔)，声腔23内设置有用于将声音信号转化为电信号的压电陶瓷片(图中未示出)，底座21的底部设置有多个接触支柱24。使用时，将声音传感器20底部的接触支柱24放置在波纹管100的管壁上，通过压电陶瓷片采集波纹管100的声振信号。该声音传感器20可以采用有线传输方式或者无线传输方式与检测主机30连接。当采用有线传输方式时，在外壳22的顶部设有一个连接插头25，通过连接线与检测主机30上的输入插头32进行数据连接。当采用无线传输方式时，在声音传感器20上设置一个无线发射模块，在检测主机30内设置一个无线接收模块，通过该无线发射模块和无线接收模块进行数据连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波纹管注浆饱满度的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

在待检测的波纹管(100)内插入声振仪(10)，通过所述声振仪(10)发出声振信号，所述声振信号沿所述待检测的波纹管(100)传播；

通过声音传感器(20)采集所述波纹管(100)的不同长度处多个采集点的声振信号，并将所述多个采集点的声振信号发送到检测主机(30)；

所述检测主机(30)对所述多个采集点的声振信号进行处理分析，形成相应的声音频谱数值，根据多个采集点的所述声音频谱数值的大小判断相应采集点处是否存在注浆不饱满区域(130)。

2.根据权利要求1所述的波纹管注浆饱满度的检测方法，其特征在于，所述根据多个采集点的所述声音频谱数值的大小判断相应采集点处是否存在注浆不饱满区域(130)，具体是指：

当某个采集点处的声音频谱数值小于与其相邻的前后两个采集点处的声音频谱数值时，则该声音频谱数值较小的采集点处存在注浆不饱满区域(130)。

3.根据权利要求1所述的波纹管注浆饱满度的检测方法，其特征在于，相邻所述采集点之间的间距为1-2米。

4.根据权利要求1所述的波纹管注浆饱满度的检测方法，其特征在于，所述声振仪(10)从所述波纹管(100)的端部插入到所述波纹管(100)的压浆(120)内，且所述声振仪(10)的振动部件不与所述波纹管(100)的管壁接触。

5.一种波纹管注浆饱满度的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

声振仪(10)，所述声振仪(10)用于插入待检测的波纹管(100)内，以发出沿所述波纹管(100)传播的声振信号；

声音传感器(20)，所述声音传感器(20)用于采集所述波纹管(100)的不同长度处的所述声振信号；

检测主机(30)，所述检测主机(30)的输入端与所述声音传感器(20)的输出端连接，所述检测主机(30)用于接收所述声音传感器(20)采集的所述声振信号，并将所述声振信号转换成声音频谱数值。

6.根据权利要求5所述的波纹管注浆饱满度的检测装置，其特征在于，所述检测主机(30)包括信号放大电路、信号滤波电路和单片机，所述信号放大电路的输入端与所述声音传感器(20)的输出端连接，所述信号滤波电路的输入端与所述信号放大电路的输出端连接，所述单片机的输入端与所述信号滤波电路的输出端连接，所述单片机的输出端与一显示屏(31)连接。

7.根据权利要求6所述的波纹管注浆饱满度的检测装置，其特征在于，所述信号放大电路包括一三极管S9014放大电路和一仪表运放TP1562A-SR放大电路，所述三极管S9014放大电路的输入端与所述声音传感器(20)的输出端连接，所述三极管S9014放大电路的输出端与所述仪表运放TP1562A-SR放大电路的输入端连接，所述仪表运放TP1562A-SR放大电路的输出端与所述信号滤波电路的输入端连接。

8.根据权利要求6所述的波纹管注浆饱满度的检测装置，其特征在于，所述检测主机(30)还包括一音频芯片，所述音频芯片的输入端与所述信号滤波电路的输出端连接，所述音频芯片的输出端连接一降噪耳机。

9.根据权利要求8所述的波纹管注浆饱满度的检测装置，其特征在于，所述信号滤波电路包括MF10CCWM芯片，所述音频芯片为WM8978音频芯片，所述单片机为STM32F103C8T6单片机。

10.根据权利要求5所述的波纹管注浆饱满度的检测装置，其特征在于，所述声音传感器(20)包括底座(21)，所述底座(21)上固定安装一外壳(22)，所述外壳(22)的内部设有声腔(23)，所述声腔(23)内设有用于将声音信号转化为电信号的压电陶瓷片，所述底座(21)的底部设有多个接触支柱(24)。