CN110261482B - 滚轮式采集器及采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚轮式采集器及采集装置，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为滚轮型，且设置有多个，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

滚轮式采集器及采集装置

技术领域

本发明属于混凝土结构内缺陷检测设备领域，具体涉及一种滚轮式采集器及采集装置。

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滚轮式采集器及采集装置，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：

一种滚轮式采集器，包括滚轮、压电传感器与压力传感器，还包括扁端轴，左侧耳板以及右侧耳板；扁端轴上具有圆轴段与腰型轴段，两个腰型轴段相对设置在圆轴段的两端，圆轴段上开有槽孔；压电传感器设置在圆轴段的槽孔内，滚轮套装在圆轴段上；左侧耳板与右侧耳板上均开设有腰型槽，左侧耳板与右侧耳板均通过其上的腰型槽对应套装在扁端轴的两腰型轴段上，腰型轴段可在腰型槽内上下滑动；压力传感器设置在腰型轴段上且位于腰型槽中；滚轮上方与左侧耳板、右侧耳板间形成的腔体中设有推顶滚轮的复位簧。

进一步，左侧耳板与右侧耳板的截面均为倒L形结构，左侧耳板与右侧耳板相对设置。

一种滚轮式采集装置，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，各采集器为如上述的滚轮式采集器；行走小车包括车架、设置在车架前端的限位轮以及设置在车架后端的弹性驱动轮；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限位轮底面与弹性驱动轮底面之间的同一水平面上；弹性驱动轮上设有编码器。

进一步，滚轮式采集器中的左侧耳板与右侧耳板均通过隔振螺栓安装在行走小车的车架上。

进一步，激振器安装在支板上，支板通过隔振螺栓安装在行走小车的车架上。

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为滚轮式采集器的结构示意图；

图2为扁端轴的结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为左侧耳板的结构示意图；

图5为滚轮式采集装置的结构示意图；

图6为图5的外形图；

图7为图6的仰视图；

图8为采集装置中信号的传输路径图。

附图标记：

滚轮式采集器—1、行走小车—2、激振器—3、编码器—4、隔振螺栓—5、隔振螺栓—6、支板—7、航插座—9、数字显示屏—10；

滚轮式采集器中：滚轮—101、压电传感器—102、压力传感器—103、扁端轴—104、左侧耳板—105、右侧耳板—106、腔体—107、复位簧—108；圆轴段—1041、腰型轴段—1042、槽孔—1043、腰型槽—1051、腰型槽—1061；

行走小车中：车架—201、限位轮—202、弹性驱动轮—203、握把—204。

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8，为一种滚轮式采集器1，包括滚轮101、压电传感器102与压力传感器103，还包括扁端轴104，左侧耳板105以及右侧耳板106；扁端轴104上具有圆轴段1041与腰型轴段1042，两个腰型轴段1042相对设置在圆轴段1041的两端，圆轴段1041上开有槽孔1043；压电传感器102设置在圆轴段的槽孔内，滚轮101套装在圆轴段上；左侧耳板与右侧耳板上对应开设有腰型槽1051与1061，左侧耳板与右侧耳板均通过其上的腰型槽对应套装在扁端轴的两腰型轴段上，扁端轴104通过腰型轴段可在左、右侧耳板的腰型槽内上下滑动，但不可转动；压力传感器103设置在腰型轴段上且位于腰型槽中；滚轮上方与左侧耳板、右侧耳板间形成的腔体107中设有推顶滚轮的复位簧108。

压电传感器102是弹性波信号接收器；而压力传感器103则是记录当前压电传感器102所处的压力，目的是监测压电传感器102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103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。本实施例中，左侧耳板105与右侧耳板106均是截面呈倒L形的板式结构，左侧耳板与右侧耳板相对设置，作为扁端轴104的安装支架，滚轮101位于左、右侧耳板之间。扁端轴上的滚轮可绕扁端轴转动，而扁端轴则通过左、右侧耳板进行活动范围限位，即通过左、右侧耳板上的腰型槽控制活动路径，复位簧则推顶滚轮，使上行的滚轮及扁端轴复位，该结构可应对待测物体表面平整度不足的问题。当滚轮101接触待测物体表面时，滚轮给压电传感器传递接收到的沿介质传播的弹性波，当待测物体表面较高，受到力作用的滚轮带动扁端轴沿腰型槽上移，压力传感器103检测到压电传感器102所受的压力，而复位簧108则可通过冻腿滚轮使扁端轴复位。

一种滚轮式采集装置，包括行走小车2、设置在行走小车2内的采集器以及激振器3，采集器至少有三个，各采集器均为上述的滚轮式采集器1；行走小车包括车架201、设置在车架201前端的限位轮202以及设置在车架后端的弹性驱动轮203；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限位轮底面与弹性驱动轮底面之间的同一水平面上；弹性驱动轮上设有编码器4。

各滚轮式采集器是通过穿过左侧耳板与右侧耳板的隔振螺栓5安装在行走小车的车架上。隔振螺栓5可降低/消除采集器受车架上其他设备的震动影响，提高精准度。

该采集装置中，车架201作为骨架，用于集成采集器、激振器3、限位轮202、弹性驱动轮203以及编码器4等其他机构/设备；此处的弹性驱动轮203是现有设备，其上有弹簧装置，其可根据待测物体表面平整度的情况实现车轮的上抬(驱动轮压缩状态)或下放(驱动轮复位状态)，其车轮轴上安装编码器4，用于记录前进或后退的距离；限位轮202后端无弹簧装置，通过限位轮来限制各弹簧装置的压缩范围；此处的编码器为滚轮型编码器，与弹性驱动轮203一起使用，编码器的中轴安装到弹性驱动轮车轮轴上，通过弹性驱动轮203的滚动带动编码器进行脉冲计数，由弹性驱动轮203的半径可以计算出弹性驱动轮203的周长，即建立了弹性驱动轮203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，与滚轮式采集器1配合使用；滚轮式采集器1把压电传感器102装入到扁端轴中，通过滚轮101进行接触耦合，实现扫描式滚动采集。

该采集装置中的滚轮式采集器1设置有多个，激振器3与多个滚轮式采集器1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，各滚轮式采集器1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。

该滚轮式采集装置适宜于快速扫描，可自动走行与自动进行对应位置点的检测。具体的，限位轮与弹性驱动轮各自通过车轮轴安装在车架上。走行状态下，各滚轮式采集器1上的滚轮101在待检测面上滚动，同时，弹性驱动轮203上的编码器采集脉冲信号数，到达待检测位置时，控制主机向激振器发出指令，滚轮式采集器1中的压电传感器102与压力传感器103对应进行信号采集，后将采集到的信号回传到控制主机中，控制主机显示采集到的信号，完成一次信号采集。

优选的，激振器3安装在支板7上，支板7通过隔振螺栓6安装在行走小车的车架201上。隔振螺栓6可消除激振器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201上设有电荷放大板、航插座9以及数字显示屏10。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8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，位于弹性驱动轮上的编码器每旋转一圈，会发出600个脉冲信号，通过弹性驱动轮的滚动带动编码器进行脉冲计数，建立起弹性驱动轮周长与脉冲数的对应关系。通常情况下，控制主机会将用户设置的触发距离换算成编码器的脉冲信号数，滚轮滚动到设置的触发距离后，控制电路会根据采集到的编码器脉冲数值判断是否符合要求，符合要求则转换成触发指令，通知激振器进行激振，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，并将采集到的信号回传到控制主机中，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201顶部设有握把204，便于手动操作。

该滚轮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。

第二种是边缘激振式，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。

以三个采集通道为例，上述的三种变形形式中，边缘激振型单次激振后，有三个采集通道在后端或前端，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，或前一个采集通道，后两个采集通道，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)

1.一种滚轮式采集器，包括滚轮、压电传感器与压力传感器，其特征在于：还包括扁端轴，左侧耳板以及右侧耳板；扁端轴上具有圆轴段与腰型轴段，两个腰型轴段相对设置在圆轴段的两端，圆轴段上开有槽孔；压电传感器设置在圆轴段的槽孔内，滚轮套装在圆轴段上；左侧耳板与右侧耳板上均开设有腰型槽，左侧耳板与右侧耳板均通过其上的腰型槽对应套装在扁端轴的两腰型轴段上，腰型轴段可在腰型槽内上下滑动；压力传感器设置在腰型轴段上且位于腰型槽中；滚轮上方与左侧耳板、右侧耳板间形成的腔体中设有推顶滚轮的复位簧；压力传感器记录当前压电传感器所处的压力，当滚轮接触待测物体表面时，滚轮给压电传感器传递接收到的沿介质传播的弹性波。

2.根据权利要求1所述的滚轮式采集器，其特征在于：左侧耳板与右侧耳板的截面均为倒L形结构，左侧耳板与右侧耳板相对设置。

3.一种滚轮式采集装置，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，各采集器为如权利要求1～2任一所述的滚轮式采集器；行走小车包括车架、设置在车架前端的限位轮以及设置在车架后端的弹性驱动轮；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限位轮底面与弹性驱动轮底面之间的同一水平面上；弹性驱动轮上设有编码器。

4.根据权利要求3所述的滚轮式采集装置，其特征在于：滚轮式采集器中的左侧耳板与右侧耳板均通过隔振螺栓安装在行走小车的车架上。

5.根据权利要求3所述的滚轮式采集装置，其特征在于：激振器安装在支板上，支板通过隔振螺栓安装在行走小车的车架上。

6.根据权利要求3所述的滚轮式采集装置，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3所述的滚轮式采集装置，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3所述的滚轮式采集装置，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3所述的滚轮式采集装置，其特征在于：车架顶部设有握把。

10.根据权利要求3所述的滚轮式采集装置，其特征在于：编码器为滚轮型编码器。