CN112305068B - 超声波零声时测试工装及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声波零声时测试工装及其测试方法，包括上面板、下面板、连接柱、超声波发收换能器，上面板与下面板均为聚四氟乙烯板，且上面板与下面板由连接柱固定连接，上面板与下面板之间留有插装间距；上面板上设有复数个定位孔，至少两个超声波发收换能器竖直地安装于定位孔内，且超声波发收换能器的底部接触下面板，超声波发收换能器的发射传感器与接收传感器均位于换能器的中部位置。本发明可解决在超声波检测桩身完整性时，对系统延迟时间t₀测试的效率低、对换能器间距测量不便、测量误差无法满足不大于0.5％的要求的问题。

Description

超声波零声时测试工装及其测试方法

技术领域

本发明属于公路工程基桩检测技术领域，具体涉及一种超声波零声时测试工装及其测试方法。

背景技术

在超声波检测桩身完整性时应在检测前须标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间t₀，检测t₀的方法根据不同规范有不同要求，其中交通运输部发布的《公路工程基桩检测技术规程》(JTG/T3512-2020)最为严格，其规定的测试方法如下：将发、收换能器平行置于清水中的同一高度，其中心间距从400mm左右、以100mm的间距开始逐次加大换能器之间的距离，同时测量与之相应的声时；再分别以纵、横轴表示间距和声时作图，在声时横轴上的截距即为t₀，也可用线性回归的方法计算出t₀。为保证测试精度，两次换能器间距的测量误差不大于0.5％，测量点不少于5个。

但是在实际检测过程中，对于t₀的测试异常麻烦，需把换能器放入水中，保持规定的距离测读声时，但是在水中测量量换能器距离极为不便，基本不能满足测量误差不大于0.5％的要求，导致实际检测到的t₀并不是十分准确。由上述方法可知在校准t₀时，在水中测量点数不少于5点，如果标定带三个探头的超声波检测仪器，需要至少采集15次数据，导致花费的时间漫长，校准误差也会很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波零声时测试工装，以解决在超声波检测桩身完整性时，对系统延迟时间t₀测试的效率低、对换能器间距测量不便、测量误差无法满足不大于0.5％的要求的问题。本发明还提供一种超声波零声时测试工装的方法，以提高检测效率和准确性。

本发明提供了如下的技术方案：

超声波零声时测试工装，包括上面板、下面板、连接柱、超声波发收换能器，所述上面板与下面板均为聚四氟乙烯板，且上面板与下面板由连接柱固定连接，所述上面板与所述下面板之间留有插装间距；所述上面板上设有复数个定位孔，至少两个所述超声波发收换能器竖直地安装于所述定位孔内，且所述超声波发收换能器的底部接触所述下面板，所述超声波发收换能器的发射传感器与接收传感器均位于换能器的中部位置。

优选的，所述上面板的复数个定位孔呈V型阵列而形成第一测试列和第二测试列，两个超声波发收换能器对称地安装于所述第一测试列与所述第二测试列上的任两个定位孔内，一个超声波发收换能器安装于V型阵列的顶角处。

优选的，所述第一测试列与所述第二测试列上对应的定位孔间距从400mm开始、以100mm的间距开始逐次加大。

优选的，所述第一测试列与所述第二测试列上的定位孔分布结构为：三个所述超声波发收换能器之间的连线可形成等边三角形。

优选的，所述下面板上设有支撑孔，所述支撑孔的直径小于所述超声波发收换能器底部的直径，所述支撑孔定位且支撑所述超声波发收换能器。

优选的，所述连接柱的材质为聚四氟乙烯，所述连接柱与上面板、下面板的整体高度为190-260mm，所述超声波发收换能器的长度为200-280mm。

上述超声波零声时测试工装的测试方法包括以下步骤：

S1.将本工装置于清水中，将三个超声波发收换能器分别竖直地插入上面板的V型阵列的顶角处和第一测试列与第二测试列上的安装孔内，形成等边三角形分布，下面板支撑超声波发收换能器；

S2.启动超声波发收换能器开始测试，超声波传播的第一路径为：发射换能器发出超声波声波信号在水中呈直线路径传播到接收换能器，超声波传播的第二路径为：发射换能器发出超声波声波信号传播到上面板或下面板，然后沿着上面板或下面板传播到接收换能器；超声波在聚四氟乙烯板中的传播速度在1420～1424m/s，水温范围在20°～80°范围内时超声波在水中的传播速度在1483m/s～1554m/s，且第二路径大于第一路径，因此超声波接收换能器先接收到超声波在水中直线传播的声时；

S3.将顶角处的超声波发收换能器保持固定，另外两个超声波发收换能器的安装间距以100mm的间距逐次加大，按S2的方法分别测量超声波发收换能器在不同安装间距上对应的声时。

本发明的有益效果是：

本发明采用带上面板与下面板的工装定位三个超声波发收换能器，换能器的间距固定，不需要人工将换能器置于水中多次测量换能器的距离，操作简单，测量过程稳定、高效；上面板上阵列的定位孔可精确定位换能器的位置，测量精度高，可满足测量误差不大于0.5％的要求。

本工装采用聚四氟乙烯板作为上面板和下面板，超声波在聚四氟乙烯中的传播速度约1422m/s，小于其在水中的传播速度1483m/s～1554m/s(水温范围在20°～80°范围内)，加上超声波在上/下面板中的传播路径远大于其在水中的直线传播路径，因此可保证接收换能器先测到的是超声波在水中传播的距离，再根据T＝L/C计算得到的也是超声波在水中传播的声时，因此对超声波零声时的校准结果准确，超声波不受工装介质的影响。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的立体透视结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图。

图中标记为：1.上面板；2.下面板；3.连接柱；4.超声波发收换能器；5.定位孔；6.第一测试列；7.第二测试列；8.支撑孔。

具体实施方式

工装制作前，对于工装材料的选择至关重要，主要是超声波声速的影响，比如用铁制作，超声波在铁中的传播速度远大于在水中的传播速度，那么在校准t₀时，超声波会首先沿着铁传播，检测到的信号是在铁中传播的信号，而不是在水中传播的信号，因此检测结果是不对的，需选择声速和水大致相同或者小于水的材料，由于超声波在聚四氟乙烯板中的传播速度大约在1422m/s左右，超声波在水中的传播速度在1483m/s～1554m/s(水温范围在20°～80°范围内)，这样我们测到的声时是在水中传播的声时，而不是在工装板中传播的声时。

如图1和图2所示，超声波零声时测试工装包括上面板1、下面板2、连接柱3、超声波发收换能器4，上面板1与下面板2均为聚四氟乙烯板，且上面板1与下面板2由连接柱3固定连接，上面板1与下面板2之间留有插装间距。上面板1上设有复数个定位孔5，下面板上对应地设有复数个支撑孔8，支撑孔8的直径略小于超声波发收换能器4底部的直径，支撑孔8可以定位且支撑超声波发收换能器4。超声波发收换能器4分别竖直地安装于定位孔5内，其底部伸入下面板2的支撑孔8内，超声波发收换能器的发射传感器与接收传感器均位于换能器的中部位置。

上面板1的复数个定位孔呈V型阵列而形成第一测试列6和第二测试列7，两个超声波接收换能器4对称地安装于第一测试列6与第二测试列7上的任两个定位孔内，另一个超声波发收换能器安装于V型阵列的顶角处，其中任一个超声波发收换能器可向另外两个超声波发收换能器发射超声波。在本实施例中，第一测试列6与第二测试列7上对应的定位孔5间距从400mm开始、以100mm的间距开始逐次加大，并且第一测试列6与第二测试列7上的定位孔5分布结构为：超声波发收换能器4之间的连线可形成等边三角形，因此，本工装每次可同时采集3个声时值，根据《公路工程基桩检测技术规程》规定“测量点不少于5个”，使用本工装仅需采集5次，而无工装的测试方式每次仅可采集1个声时值，共需采集15次，本工装的测试效率至少可达原测试效率的3倍。

连接柱3的材质为聚四氟乙烯，连接柱3与上面板1、下面板2的整体高度为190-260mm，超声波发收换能器4的长度为200-280mm，该高度使超声波发收传感器4的顶部略伸出上面板1，便于插装超声波发收传感器。

上述超声波零声时测试工装的测试方法包括以下步骤：

S1.将本工装置于清水中，将三个超声波发收换能器4分别竖直地插入上面板1的V型阵列的顶角处和第一测试列6与第二测试列7上的安装孔5内，三个超声波发收换能器排列成等边三角形，下面板上的支撑孔8支撑超声波发收换能器；

S2.启动超声波发收换能器4开始测试，超声波先从其中一个发射换能器的中间位置分别传递到上面板1和下面板2，然后同时沿着上面板1、下面板2传播到接收换能器的上面板和下面板位置，再传递至接收换能器中间的传感器。而超声波在水中是直线传播，其传播路径更短，且超声波在水中传播的声速略大于在聚四氟乙烯中传播的声速，根据公式T＝L/C，其中L是超声波在换能器之间的传播距离，C是超声波在该介质中的传播速度，T是超声波在换能器之间传播所需要的时长，可知接收换能器必然先接收到超声波在水中直线传播的声时，从而消除了工装对测试数据的影响；

S3.第一个超声波发收换能器保持固定，另外两个超声波发收换能器的安装间距以100mm的间距逐次加大，按S2步骤的方法分别测量超声波发收换能器在不同安装间距上对应的声时。

经过大量的实践验证，我们制作的工装首先检测结果准确，避免了人为的测量误差，同时节省了大量的时间，测试效率至少可达原测试效率的3倍。

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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (4)

1.超声波零声时测试工装，其特征在于，包括上面板、下面板、连接柱、超声波发收换能器，所述上面板与下面板均为聚四氟乙烯板，且上面板与下面板由连接柱固定连接，所述上面板与所述下面板之间留有插装间距；所述上面板上设有复数个定位孔，至少两个所述超声波发收换能器竖直地安装于所述定位孔内，且所述超声波发收换能器的底部接触所述下面板，所述超声波发收换能器的发射传感器与接收传感器均位于换能器的中部位置；

所述上面板的复数个定位孔呈V型阵列而形成第一测试列和第二测试列，两个超声波发收换能器对称地安装于所述第一测试列与所述第二测试列上的任两个定位孔内，一个超声波发收换能器安装于V型阵列的顶角处；

所述第一测试列与所述第二测试列上对应的定位孔间距从400mm开始、以100mm的间距开始逐次加大；

所述第一测试列与所述第二测试列上的定位孔分布结构为：三个所述超声波发收换能器之间的连线可形成等边三角形。

2.根据权利要求1所述的超声波零声时测试工装，其特征在于，所述下面板上设有支撑孔，所述支撑孔的直径小于所述超声波发收换能器底部的直径，所述支撑孔定位且支撑所述超声波发收换能器。

3.根据权利要求1所述的超声波零声时测试工装，其特征在于，所述连接柱的材质为聚四氟乙烯，所述连接柱与上面板、下面板的整体高度为190-260mm，所述超声波发收换能器的长度为200-280mm。

4.一种权利要求1所述的超声波零声时测试工装的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将超声波零声时测试工装置于清水中，将三个超声波发收换能器分别竖直地插入上面板的V型阵列的顶角处和第一测试列与第二测试列上的安装孔内，形成等边三角形分布，下面板支撑超声波发收换能器；

S2.启动超声波发收换能器开始测试，超声波传播的第一路径为：发射换能器发出超声波声波信号在水中呈直线路径传播到接收换能器，超声波传播的第二路径为：发射换能器发出超声波声波信号传播到上面板或下面板，然后沿着上面板或下面板传播到接收换能器；超声波在聚四氟乙烯板中的传播速度在1420～1424m/s，水温范围在20°～80°内时超声波在水中的传播速度在1483m/s～1554m/s，且第二路径大于第一路径，因此超声波接收换能器先接收到超声波在水中直线传播的声时；

S3.将顶角处的超声波发收换能器保持固定，另外两个超声波发收换能器的安装间距以100mm的间距逐次加大，按S2的方法分别测量超声波发收换能器在不同安装间距上对应的声时。

Images