CN110261481B - 点压式采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点压式采集装置，属于混凝土结构内缺陷检测设备领域。该采集装置中的采集器设置有多个，激振器与多个采集器按几何排列构成“小排列”检测装置，当激振器通过瞬态冲击结构表面产生弹性波，各采集器均接受沿介质传播弹性波，每次激励形成同源多道弹性波数据，即可获取多源多道弹性波数据体。相对超声波对测法，不需要多个检测面；相对超声波平测法，可确定内缺陷位置；相对地质雷达法，不受内部钢筋等金属物影响；相对传统冲击回波法，改变了单通道观测系统检测效率低、数据量少的问题，同时，也降低了冲击响应主观影响，提升了检测精度。

Description

点压式采集装置

技术领域

本发明属于混凝土结构内缺陷检测设备领域，具体涉及一种点压式采集装置。

背景技术

虽然我国土建施工技术、施工工艺、检测试验手段在不断创新，但混凝土缺陷，特别是混凝土内部缺陷，如内部孔洞、疏松或分层等，仍是普遍存在的技术问题。这类缺陷对结构的强度、耐久性、防渗性等均会产生不利的影响。混凝土内部缺陷无法直观检查，常规破损检测方法既会损伤建筑结构，影响结构的耐久性，也无法实现对结构的全面检查。

近年来，全国各地在混凝土材料及结构检测技术的研究和应用上取得了较大发展，可以在不损伤建筑结构的前提下检测混凝土的内部缺陷。目前，比较成熟的是超声波法、地质雷达法、冲击回波法。

其中，超声波法检测混凝土内部缺陷，具有探测距离大、不破坏结构性能、探伤灵敏度较高、周期短、成本低、操作简单、效率高等优点，该方法在建筑工程领域被广泛的应用。但使用超声波法检测混凝土内部缺陷的过程中，一般需要多个检测面，进行多次检测，综合考虑各种因素，检测效率较低。

雷达法主要是根据混凝土内部介质之间电磁性质的差异来工作的，差异越大，反射波信号越强。但是，该方法的探测深度一般较浅。此外，该方法受钢筋低阻屏蔽作用影响较大，尤其是钢筋等。

冲击回波法是用一钢珠冲击结构混凝土的表面，从而在混凝土内产生一应力波，当该应力波在混凝土内遇到波阻抗差异界面即混凝土内部缺陷或混凝土地面时，将产生反射波，接收这种反射波并进行快速傅里叶变换可得到其频谱图，频谱图上突出的峰值就是应力波在混凝土内部曲线或混凝土地面的发射形成的，根据其峰值频率可计算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。由于该方法采用单面测试，特别适合于只有一个测试面如路面、护坡、底板、跑道等混凝土的检测。该方法在测试能力上尚存在一定的局限性：

(1)目前，单点式冲击回波仪的检测效率低，不适合大范围连续检测；虽然扫描式冲击回波仪通过采用滚动接触式传感器实现了连续检测，提高了测试效率，但由于传感器与测试面是滚动接触，它们之间的耦合状态会相对变差，因而测试的范围和精度会自然降低。

(2)对冲击回波测试信号进行合理分析并有效地提取信号的特定信息，一直较为困难，也是最为关键，尤其是传统方法采用的单通道采集，数据量少，人工或机械冲产生应力波受主客观因素影响，数据处理方式单一，检测结果离散性大，效果不理想，这在很大程度上限制了冲击回波技术的应用推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种点压式采集装置，改变单通道检测系统检测效率低、数据量少的问题，降低冲击响应的主观影响，提升检测精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种点压式采集装置，包括行走小车、设置在行走小车内的采集器以及激振器，采集器至少有三个，沿行走小车走行方向，激振器与各采集器间隔布置在同一水平线上，各采集器上的触头位于同一水平面上；行走小车包括车架、设置在车架前端的前轮组、设置在车架后端的后轮组以及对称设置在车架两侧的摆动连杆机构；摆动连杆机构包括水平设置在车架侧面处的连杆，连杆的两端头处均套装有挡块与连板Ⅰ，挡块位于连板Ⅰ内侧，连杆上位于两挡块之间处套装有弹簧，连板Ⅰ外侧设有定位块，定位块与连杆可拆卸连接；前轮组主要由两个前轮通过前轮轴对应连接而成，后轮组主要由两个后轮通过后轮轴对应连接而成；前轮轴与后轮轴上均可转动连接有连板Ⅱ，各连板Ⅱ的上端均与车架可转动连接，中部则对应与位于车架前、后端的连板Ⅰ的下端可转动连接；前轮或后轮上设有编码器。

进一步，采集器主要由罩壳、由上至下依次设置在罩壳内的结构件Ⅰ、结构件Ⅱ以及结构件Ⅲ组成；结构件Ⅰ与结构件Ⅱ间隔设置且两者间通过套装在其上的复位簧相连，结构件Ⅱ与结构件Ⅲ之间设有压力传感器，结构件Ⅲ下方设有压电传感器，压电传感器的底端面上设有触头。

进一步，罩壳与车架可拆卸连接，结构件Ⅱ、结构件Ⅲ以及压电传感器外侧通过密封圈插装在罩壳内；压电传感器伸出罩壳且通过密封圈与车架相连。

进一步，结构件Ⅰ、结构件Ⅱ以及结构件Ⅲ上均开设有走线腔。

进一步，激振器通过安装架设置在车架上，安装架与车架间设有缓冲垫。

进一步，激振器有一个，设置在两采集器之间；或，设置在车架的前端或后端处。

进一步，激振器至少有两个，与采集器交替布置。

进一步，车架上设有电荷放大板、航插座以及数字显示屏。

进一步，车架顶部设有握把。

进一步，编码器为滚轮型编码器。

本发明的有益效果在于：

该采集装置中的采集器设置有多个，激振器与多个采集器按几何排列构成“小排列”检测装置，当激振器通过瞬态冲击结构表面产生弹性波，各采集器均接受沿介质传播弹性波，每次激励形成同源多道弹性波数据，即可获取多源多道弹性波数据体。相对超声波对测法，不需要多个检测面；相对超声波平测法，可确定内缺陷位置；相对地质雷达法，不受内部钢筋等金属物影响；相对传统冲击回波法，改变了单通道观测系统检测效率低、数据量少的问题，同时，也降低了冲击响应主观影响，提升了检测精度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的剖面图(边激振式)；

图3为图1的仰视图；

图4为中激振采集装置示意图；

图5为采集装置中信号的传输路径图。

附图标记：

行走小车—1、采集器—2、激振器—3、编码器—4、安装架—5、缓冲垫—6、电荷放大板—7、航插座—8、数字显示屏—9、握把—10；

行走小车中：车架—101、摆动连杆机构—102、前轮—103、前轮轴—104、后轮—105、后轮轴—106、连板Ⅱ—107；连杆—1021、挡块—1022、连板Ⅰ—1023、弹簧—1024、定位块—1025；

采集器中：触头—201、结构件Ⅰ—202、结构件Ⅱ—203、结构件Ⅲ—204、复位簧—205、压力传感器—206、压电传感器—207、罩壳—208、密封圈—209。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图5，为一种点压式采集装置。该点压式采集装置包括行走小车1、设置在行走小车1内的采集器2以及激振器3，采集器2至少有三个，沿行走小车1走行方向，激振器3与各采集器2间隔布置在同一水平线上，各采集器2上的触头201位于同一水平面上；行走小车包括车架101、设置在车架101前端的前轮组、设置在车架101后端的后轮组以及对称设置在车架两侧的摆动连杆机构102。其中，车架101作为骨架，用于集成采集器2、激振器3、前轮组、后轮组以及编码器等其他机构/设备；前轮组与后轮组是滚动耦合、稳定采集的装置，部分轮子上会集成编码器；编码器为滚轮型编码器，与前轮组/后轮组一起使用，编码器的中轴安装到前轮/后轮上，通过前轮/后轮的滚动带动编码器进行脉冲计数，由前轮/后轮的半径可以计算出前轮/后轮的周长，即建立了前轮/后轮周长与脉冲数的对应关系，从而实现前进、后退的距离计算；激振器3用于激振建立波场，与采集器2配合使用；采集器2则是将压电传感器通过触头直接耦合待测物体表面。

该采集装置中的采集器设置有多个，激振器3与多个采集器2按几何排列构成“小排列”检测装置，当激振器3通过瞬态冲击结构表面产生弹性波，各采集器2均接受沿介质传播弹性波，每次激励形成同源多道弹性波数据，即可获取多源多道弹性波数据体。该装置改变了单通道观测系统检测效率低、数据量少的问题，同时，也降低了冲击响应主观影响，提升了检测精度。

摆动连杆机构102包括水平设置在车架101侧面处的连杆1021，连杆1021的两端头处均套装有挡块1022与连板Ⅰ1023，挡块位于连板Ⅰ内侧，连杆1021上位于两挡块之间处套装有弹簧1024，连板Ⅰ1023外侧设有定位块1025，定位块1025与连杆1021可拆卸连接。前轮组主要由两个前轮103通过前轮轴104对应连接而成，后轮组主要由两个后轮105通过后轮轴106对应连接而成；前轮轴104与后轮轴106上均可转动连接有连板Ⅱ107，各连板Ⅱ107的上端均与车架101可转动连接，中部则对应与位于车架前、后端的连板Ⅰ1023的下端可转动连接；前轮103或后轮105上设有编码器4。

该点压式采集装置适宜于精细探测，由操作人员控制走行与对应位置点的检测。具体的，前轮组与后轮组是通过摆动连杆机构102安装在车架上的。走行状态下，各采集器2上触头201端面高于前、后轮的底端面(即触头不接触待检测面)，到达待检测位置时，操作人员施力下按车架，此时，前轮103与后轮105因外力作用，带动连板Ⅱ绕铰接点(连板Ⅱ与车架的连接点)偏转，偏转的连板Ⅱ带动其上的连板Ⅰ1023偏转，连板Ⅰ1023上端套在连杆1021，使得其通过挡块1022向中心压缩弹簧1024；与此同时，激振器3以及各采集器2相对下移，即各采集器中的触头下沉并接触待测物体表面；撤出外力后，在弹簧的复位作用力下，连板Ⅰ以及连板Ⅱ对应反向偏转，激振器3以及各采集器2相对上抬，各采集器中的触头离开被测物体，前轮与后轮继续滚动，待移至下一位置处继续激振采集。编码器4随轮子的滚动记录出移动的距离。

上述的采集器2主要由罩壳208、由上至下依次设置在罩壳208内的结构件Ⅰ202、结构件Ⅱ203以及结构件Ⅲ204组成；结构件Ⅰ202与结构件Ⅱ203间隔设置且两者间通过套装在其上的复位簧205相连，结构件Ⅱ203与结构件Ⅲ204之间设有压力传感器206，结构件Ⅲ204下方设有压电传感器207，压电传感器207的底端面上设有触头201。罩壳208与车架101可拆卸连接，结构件Ⅱ203、结构件Ⅲ204以及压电传感器207外侧通过密封圈209插装在罩壳208内；压电传感器207伸出罩壳208且通过密封圈209与车架101相连。

具体的，压电传感器207是弹性波信号接收器；而压力传感器206则是记录当前压电传感器207所处的压力，目的是监测压电传感器207与待测物体表面的耦合情况。当耦合情况不好时，后续数据处理过程中可剔除该处的压电传感器所采集到的信号；当耦合情况较好时，通过该压力传感器检测到的压力值可对应修正该处的压电传感器采集到的信号。结构件Ⅰ202、结构件Ⅱ203以及结构件Ⅲ204都是尼龙件，其上均开设有走线腔。其即作为复位簧205以及压力传感器206的固定件，又可充当通纳接线的腔体，以节约空间。压电传感器207的外周也套装有一个尼龙件，触头201伸出该尼龙件。

安装时，压电传感器外的尼龙件通过密封圈对应嵌合在车架的安装孔以及罩壳内，既实现了压电传感器207安装定位，又不影响压电传感器207在力作用下在罩壳内有一定上下移动量。设置在压力传感器206上方的复位簧205是为适应待测物体表面平整度不足的情况，当压电传感器207上的触头接触待测物体表面时，压电传感器接收到沿介质传播的弹性波，当待测物体表面较高，受到力作用的压电传感器207通过结构件Ⅲ204将力传递至压力传感器206，而复位簧205则可通过结构件Ⅱ203以及结构件Ⅱ203使压电传感器207复位。

优选的，激振器3通过安装架5设置在车架101上，安装架5与车架101间设有缓冲垫6，以消除激振器3在激振过程中对车架及其上的设备产生影响。同样的，也可在激振器3的后端设置弹簧装置，以适应待测物体表面平整度不足的情况。

优选的，车架101上设有电荷放大板7、航插座8以及数字显示屏9。其中，数字显示屏可实时显示编码器的压力、前进后退的信息；电荷放大板用于放大压电传感器所采集到的信号幅值。

该采集装置中的激振器、编码器、电荷放大板、数字显示屏、航插座以及采集器中的压力传感器、压电传感器间彼此的线路连接，以及各部分同控制主机间的信号传输路径如图5所示。各部分通过通讯电缆对应实现与航插座的连接，而控制主机亦通过航插座与各部分间对应实现信号传输，包括接收各部分的检测信号以及发出控制指令。

整个采集装置与控制主机、通讯电缆等设备相配合。具体的，位于前轮或后轮上的编码器每旋转一圈，会发出600个脉冲信号，通过前轮/后轮的滚动带动编码器进行脉冲计数，建立起前轮/后轮周长与脉冲数的对应关系；到达待测位置时，控制主机下发控制指令到激振器；激振器根据设置的参数进行激振(参数通常包括距离、时间等，即按滚动的距离进行激振，根据时间间隔进行激振)，建立波场，采集器同时进行弹性波信号与压力信号的采集；采集到的压力信号经电荷放大板7或进行模电转换，回传到控制主机中，控制主机显示采集到的信号，完成一次信号采集。数字显示屏可实时显示编码器换算的滚动距离及压力传感器监测的压力。

优选的，车架101顶部设有握把10，便于手动操作。

该点压式采集装置还具有几种变形形式：

第一种是中激振式，即激振器是设置在几个采集器之间。

第二种是边激振式，即激振器是设置在几个采集器的一侧，具体可位于车架的前端或后端处。

第三种是多激振式，即激振器有多个，且与多个采集器交替布置。

以图示为例，上述的三种变形形式中，边激振式单次激振后，有三个采集通道在后端，实现三次同侧信号采集叠加，中激振则是前两个采集通道，后一个采集通道，信号的叠加形式不同；而多激振式则是多个位置施加激振，信号也是多向叠加。

该采集装置的作用原理是：将一个弹性波激振器与多个用于拾波的采集器按几何排列组合成“小排列”检测装置，激振器通过瞬态冲击结构表面产生弹性波，各采集器接受沿介质传播弹性波，“小排列”检测装置同步移动，每次激励形成同源多道弹性波数据，获取多源多道弹性波数据体；依次对同源多道弹性波数据进行预处理、谱分析、归一化，得到多源多道谱分析数据体，再将多次覆盖测点异源谱分析数据叠乘，得到叠后谱分析数据体，然后，对叠后谱分析数据体时程转换、空间位置数学插值、二维三维成像，即可得到检测结果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种点压式采集装置，包括行走小车、设置在行走小车内的采集器以及激振器，其特征在于：采集器至少有三个，沿行走小车走行方向，激振器与各采集器间隔布置在同一水平线上，各采集器上的触头位于同一水平面上；

行走小车包括车架、设置在车架前端的前轮组、设置在车架后端的后轮组以及对称设置在车架两侧的摆动连杆机构；

摆动连杆机构包括水平设置在车架侧面处的连杆，连杆的两端头处均套装有挡块与连板Ⅰ，挡块位于连板Ⅰ内侧，连杆上位于两挡块之间处套装有弹簧，连板Ⅰ外侧设有定位块，定位块与连杆可拆卸连接；

前轮组主要由两个前轮通过前轮轴对应连接而成，后轮组主要由两个后轮通过后轮轴对应连接而成；前轮轴与后轮轴上均可转动连接有连板Ⅱ，各连板Ⅱ的上端均与车架可转动连接，中部则对应与位于车架前、后端的连板Ⅰ的下端可转动连接；

前轮或后轮上设有编码器。

2.根据权利要求1所述的点压式采集装置，其特征在于：采集器主要由罩壳、由上至下依次设置在罩壳内的结构件Ⅰ、结构件Ⅱ以及结构件Ⅲ组成；结构件Ⅰ与结构件Ⅱ间隔设置且两者间通过套装在其上的复位簧相连，结构件Ⅱ与结构件Ⅲ之间设有压力传感器，结构件Ⅲ下方设有压电传感器，压电传感器的底端面上设有触头。

3.根据权利要求2所述的点压式采集装置，其特征在于：罩壳与车架可拆卸连接，结构件Ⅱ、结构件Ⅲ以及压电传感器外侧通过密封圈插装在罩壳内；压电传感器伸出罩壳且通过密封圈与车架相连。

4.根据权利要求2所述的点压式采集装置，其特征在于：结构件Ⅰ、结构件Ⅱ以及结构件Ⅲ上均开设有走线腔。

5.根据权利要求1所述的点压式采集装置，其特征在于：激振器通过安装架设置在车架上，安装架与车架间设有缓冲垫。

6.根据权利要求1所述的点压式采集装置，其特征在于：激振器有一个，设置在两采集器之间；或，设置在车架的前端或后端处。

7.根据权利要求1所述的点压式采集装置，其特征在于：激振器至少有两个，与采集器交替布置。

8.根据权利要求1所述的点压式采集装置，其特征在于：车架上设有电荷放大板、航插座以及数字显示屏。

9.根据权利要求1所述的点压式采集装置，其特征在于：车架顶部设有握把。

10.根据权利要求1所述的点压式采集装置，其特征在于：编码器为滚轮型编码器。