CN112326790A - 一种超声波成孔检测探头装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波成孔检测探头装置，包括电缆线、控制单元、电子罗盘、陀螺仪、加速度计、声波发射接收单元，声波发射接收单元包括多个超声波发射接收单元。本发明还公开了一种超声波成孔检测探头控制方法，控制单元实时读取电子罗盘、陀螺仪、加速度计数据，确定装置摆动位置、空间姿态和超声波发射接收单元的空间指向，控制完成发射接收超声波的检测过程，得到孔壁反射点。控制单元读取加速度计数据，判断检测过程中是否触碰孔壁，确定触碰时间，计算触碰孔壁点。根据孔壁反射点和触碰孔壁点，计算钻孔中心点和钻孔直径，最终得到钻孔的倾斜角和钻孔的倾斜方位角。检测过程中无需抑制探头装置的摆动，极大的简化了对地面绞车的要求。

Description

一种超声波成孔检测探头装置及其检测方法

技术领域

本发明属于岩土工程检测领域中的应用超声波法检测灌注桩成孔质量的技术领域，具体涉及一种超声波成孔检测探头装置，还涉及一种超声波成孔检测探头装置的检测方法。

背景技术

现有技术中，成孔检测有两种技术路线，一种基于机械接触法，一种基于超声波法。

机械接触法成孔检测仪通常采用的检测方法为：计算机控制绞车收放在成孔泥浆中的接触式检测装置，接触式检测装置的核心构件是多个可向外展开的类似于雨伞伞骨的机械臂，机械臂展开角度与某种电位器输出相关，计算机通过读取电位器的输出值换算接触式传感器多个机械臂向外伸展的角度，进而换算出成孔的等效直径。传统的机械接触法成孔检测仪最重要的缺陷是不能检测成孔的倾斜度，而成孔倾斜度检测是成孔检测中的一个必不可少的检测项目。专利号2012102475720《可实现钻孔三维成像的检测装置及其方法》提出了一种在接触式传感器中增加磁阻传感器检测方位角、增加加速度计检测倾斜角的技术方法，以实现检测成孔孔径时，同时检测成孔倾斜度。这种方法存在一些问题：首先，每个机械臂与孔壁的具体接触点的接触性状有很强的随机性，这是岩土材料离散性导致的，提升传感器时多个机械臂与孔壁接触摩擦过程十分复杂，无法保证倾斜角的检测精度；其次，机械臂张开的力度过小，不足以影响传感器跟随孔壁倾斜，机械臂张开的力度过大，机械臂与成孔孔壁接触时受到接触性状随机性的影响很大。专利申请号CN201410244920.8《带有电子罗盘的地下连续墙质量检测装置及其方法》涉及一种使用电子罗盘指示方向，进而修正实际方位的机械接触法检测装置。

超声波成孔检测通常采用的检测方法为：计算机控制绞车收放放置在成孔泥浆中的探头装置，同时计算机控制探头装置向四周发射超声波并接收钻孔孔壁的反射波，通过反射位置计算得到成孔孔径，不同深度同一方向反射位置的变化可以反映成孔的倾斜度。超声波成孔检测过程中收放探头装置时，要确保探头装置始终处在一条铅锤线上，且不能发生扭转，即探头装置中的超声波传感器面对的方向不能发生改变。

超声波成孔检测的原理是反射波法，检测装置的超声波发射接收部分并不复杂，检测装置的复杂性是要求检测过程中确保探头装置“始终处在一条铅锤线上”、确保探头装置“不发生扭转”等特定要求带来的。确保探头装置“始终处在一条铅锤线上”，实际上是保证探头装置被放置在钻孔任意深度H处时探头装置的平面坐标不变，“不能发生扭转”实际上是保证检测的四个方向不变，带来的好处是(在假定钻孔截面是圆形的前提下)钻孔截面圆心平面坐标和半径的计算十分简单，钻孔截面圆心平面坐标随着深度的变化就可以反映桩孔的倾斜。

实际检测过程中，灌注桩的成孔往往有数十米甚至上百米深，放置在孔中的探头装置与电缆线构成一个摆系统，孔内电缆线长度相当于摆长，探头装置为摆端重物，收放电缆线时有多种因素会导致这个摆系统受到扰动发生摆动。例如，缠绕在绞车线轮上的电缆线长期受到弯曲作用处于平衡的自然弯曲状态，检测过程中从绞车放出电缆线时，电缆线处于铅锤拉直状态，这是一个克服电缆线弯曲状态建立新平衡的动态过程，会导致一定的摆动。再如，探头装置本身重心偏差，升降过程中受到的阻力不均衡，上方孔口电缆悬挂装置刚性不足，甚至有时由于检测过于仓促，成孔结束后清孔导致的泥浆尚未完全静止，等等，都可能带来复杂的扰动，导致探头装置摆动和扭转，见图1a。

为了克服上述因素导致的探头装置摆动和扭转，现有的技术采用的方法是增加两根定位钢丝约束摆动，示意图见图1b。定位钢丝装置成为现有超声波成孔检测装置的不可缺少的部分，定位钢丝装置导致超声波成孔检测装置的整体复杂性增加、体积增加、重量增加，通常超声波成孔检测装置的尺寸为米量级，重量为百公斤量级。但是增加定位钢丝仅仅是增加了约束，并不能完全抑制探头装置的摆动和扭转。一些厂家在增加定位钢丝的同时，还在探头装置上设计腹板，增加摆动或扭转时的阻力、加快摆动和扭转能量衰减，表明这些厂家也认识到仅靠定位钢丝装置并不能完全抑制探头装置的摆动或扭转，检测实践中探头装置的摆动或扭转的影响不容忽视。

现有技术中由于必须考虑抑制探头装置的摆动或扭转，导致绞车往往需要同时收放多根电缆线和定位钢丝，带来诸多同步问题，导致绞车结构复杂，且衍生出诸多维护性问题。一些检测中，检测设备的探头装置在钻机上，放入钻孔检测，其实质是钻机在这里起到绞车的作用，相当于为了抑制摆动和扭转，采用一种更复杂的绞车。

专利申请号CN201610983056.2《钻孔桩成孔质量检测装置及方法》涉及一种使用三维姿态传感器检测探头装置的倾斜姿态，进而修正实际的反射间距的技术。采用声波反射法原理进行成孔质量检测时，通常探头装置总是处于自然悬吊状态时的摆动或扭转状态，对应的倾斜角可以忽略，当探头装置到达成孔孔底时发生倾斜，或由于孔斜导致探头装置与孔壁发生接触时发生倾斜，必须进行修正。该技术并不涉及探头装置发生摆动或扭转问题的处置技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种超声波成孔检测探头装置，还提供一种超声波成孔检测探头装置的检测方法，在检测过程中无需抑制探头摆动和扭转，实时探测探头摆动和扭转状况，控制检测过程，得到检测结果，可以极大的简化对地面绞车的要求。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

定义附着在大地的空间坐标系XYZ，为简化描述，定义X轴、Y轴为水平方向，X轴垂直于Y轴，Z轴为垂直方向。定义附着在超声波成孔检测探头装置S上的装置坐标系uvw，u轴、v轴、w轴相对于超声波成孔检测探头装置S固定不变，为简化描述，定义u轴、v轴为水平方向，u轴垂直于v轴，w轴为垂直方向。

实际检测中，超声波成孔检测探头装置S摆动的角度不大，但是由于检测深度可以达到数十米甚至上百米，摆幅不能忽略，此时可以将超声波成孔检测探头装置S的装置坐标系uvw设定为u轴、v轴为水平方向，u轴垂直于v轴，w轴为垂直方向，w轴与空间坐标系XYZ中的Z轴平行。超声波成孔检测探头装置S在空间坐标系XYZ中某个深度位置Zj的摆动可以分解为装置坐标系uvw原点在空间坐标系XYZ水平面Z＝Zj上的平移和装置坐标系uvw的u轴、v轴围绕装置坐标系uvw中的w轴(平行于空间坐标系XYZ中Z轴)的旋转。

一种超声波成孔检测探头装置，包括探头壳体，还包括设置在探头壳体上的控制单元P、电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A和声波发射接收单元UT，声波发射接收单元UT包括M个周向设置在探头本体上的超声波发射接收单元SH1～SHM，M≥6。原理框图见图2。

在某个确定深度的检测过程中，电缆线L的长度相当于摆长，超声波成孔检测探头装置S相当于摆端质点，整个摆动系统的摆动角度不大，超声波成孔检测探头装置S近似为铅锤状态，摆动轨迹近似限定在一个水平面上。由于摆动角度不大，摆动幅度与电缆线L的长度成正比，随着检测深度的增加，摆动幅度不可忽略。

电缆线L与控制单元P连接。用于承重，提供电源，传输信号。

控制单元P与电缆线L连接，与电子罗盘DC连接，与陀螺仪G连接，与加速度计A连接，与声波发射接收单元UT连接。

电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A固定安装在超声波成孔检测探头装置S上，电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A的安装位置和三个轴的指向在装置坐标系uvw中是固定的，是装置的出厂规格参数，用于根据电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A的数据，计算超声波成孔检测探头装置S在空间坐标系XYZ中的坐标和姿态。设置电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A三个轴与装置坐标系uvw的三个轴平行可以简化计算。

电子罗盘DC与控制单元P连接。控制单元P读取电子罗盘DC数据，计算超声波成孔检测探头装置S的M个超声波发射接收单元SH1～SHM的指向。

陀螺仪G与控制单元P连接。控制单元P读取陀螺仪G数据，得到超声波成孔检测探头装置S的空间位置和姿态。

加速度计A与控制单元P连接。控制单元P读取加速度A数据，校正陀螺仪G数据，判断超声波成孔检测探头装置S的是否触碰孔壁，记录触碰孔壁的时间，结合陀螺仪G数据，计算触碰孔壁点坐标。

在计算超声波发射接收单元的指向时，可以依据电子罗盘DC确定的磁极方向和加速度计A确定的铅锤重力方向，对陀螺仪G数据得到超声波成孔检测探头装置S的空间位置和姿态进行校正。

声波发射接收单元UT与控制单元P连接。控制单元P控制声波发射接收单元UT的M个超声波发射接收单元SH1～SHM分别向M个方向发射声波并接收反射声波。

M个超声波发射接收单元SH1～SHM指向均为水平方向，在水平方向宜等角分布。考虑到超声波发射接收有一定的盲区，反射距离小于盲区时难以分辨反射波信号，当超声波成孔检测探头装置S，由于摆动或由于孔斜，过于接近孔壁时，会出现某几个方向与孔壁的距离进入盲区的现象，参见图3。在某个深度位置Zj处，为了计算钻孔中心位置X、Y和钻孔半径R，必须至少在三个方向上获取准确的孔壁反射点数据，超声波成孔检测探头装置S应有不少于6个超声波发射接收单元。

一种超声波成孔检测探头装置的检测方法，其步骤如下：

步骤1、设定初始状态；

步骤1.1、设定N+1个待检测深度位置Zj，0≤j≤N，超声波成孔检测探头装置S放置在初始检测位置，记录初始检测位置的空间坐标X0、Y0、Z0；

超声波成孔检测探头装置S是检测设备的一部分，由地面控制仪器控制绞车，通过收放电缆线L，将超声波成孔检测探头装置S放置在初始位置，初始位置的初始空间坐标X0、Y0、Z0由现场采用其他方式实际测量输入，初始位置宜选在地面钻孔孔口中心位置。

检测深度范围H，可以设定等间隔的检测，检测深度间隔dZ，此时预设的N+1个检测深度位置为：Zj＝Z0+j*dZ，0≤j≤N，N＝H/dZ。也可以预先设定N+1个任意的待检测深度位置，初始时，j＝0，检测深度位置为Z0，该检测深度位置的检测完成后，依次进行Z1，Z2，……，ZN深度位置的检测。

步骤1.2、确定M个超声波发射接收单元SH1～SHM在装置坐标系uvw中的指向SH1uvw～SHMuvw，M≥6；

M个超声波发射接收单元SH1～SHM在装置坐标系uvw中的指向SH1uvw～SHM0uvw是装置的出厂规格参数，是检测程序的固化初始数据。

步骤1.3、将超声波成孔检测探头装置S放置在待检测深度位置Z0处，初始空间坐标X0、Y0、Z0，控制单元P读取电子罗盘DC的初始方位数据DC0，控制单元P读取陀螺仪G的初始姿态数据G0，初始数据G0包括初始空间位置和初始姿态；

电子罗盘DC的初始数据DC0和M个超声波发射接收单元SH1～SHM在装置坐标系uvw中的指向SH1uvw～SHMuvw用于计算初始时刻M个超声波发射接收单元SH1～SHM在空间坐标系XYZ中的指向。

陀螺仪G的初始数据G0与超声波成孔检测探头装置S初始检测位置的空间坐标X0、Y0、Z0关联，用于后期检测时，根据陀螺仪G的即时数据，计算超声波成孔检测探头装置S的即时空间坐标X、Y、Z和超声波成孔检测探头装置S围绕Z轴转动的角度，根据这个转动的角度也可计算M个超声波发射接收单元SH1～SHM在空间坐标系XYZ中的指向。在超声波成孔检测探头装置S摆动的角度不大的情况下，设定u轴、v轴为水平方向，w轴为垂直方向，w轴与空间坐标系XYZ中的Z轴平行，超声波成孔检测探头装置S的姿态可简化为装置坐标系uvw的u轴、v轴围绕装置坐标系uvw中的w轴(平行于空间坐标系XYZ中Z轴)的旋转角度。

步骤2、完成深度Zj处的超声波发射接收工作，计算孔壁反射点空间坐标，具体包括以下步骤；

步骤2.1、控制单元P读取电子罗盘DC的当前方位数据、陀螺仪G的当前姿态数据、加速度计A的当前加速度数据，计算在空间标系XYZ中超声波成孔检测探头装置S的当前空间坐标和第i个超声波发射接收单元SHi的当前空间指向；

由于实际检测时，超声波成孔检测探头装置S可能处于摆动中，且可能处于旋转中，应实时读取电子罗盘DC的当前方位数据、陀螺仪G的当前姿态数据、加速度计A的当前加速度数据，确定超声波成孔检测探头装置S的当前空间坐标，和第i个超声波发射接收单元SHi的当前空间指向。电子罗盘DC的当前方位数据、陀螺仪G的当前姿态数据、加速度计A当前加速度数据在计算超声波成孔检测探头装置S空间坐标和姿态时，可以依据磁极方向和铅锤重力方向进行校正。

步骤2.2、控制单元P控制第i个超声波发射接收单元SHi完成超声波发射与接收，得到孔壁反射点空间坐标；

步骤3、重复步骤2直至遍历所有的超声波发射接收单元，获得多个孔壁反射点空间坐标，根据加速度计A的当前加速度数据，判断超声波成孔检测探头装置S是否触碰孔壁，触碰孔壁时，记录触碰孔壁的时间，结合陀螺仪G获得当前姿态数据，计算触碰孔壁点空间坐标作为一个孔壁反射点空间坐标，根据上述获得的孔壁反射点空间坐标计算深度Zj处钻孔中心空间坐标和等效直径；

实际检测中，电缆线L与超声波成孔检测探头装置S构成摆系统，其固有频率和加速度值处在一定的范围，超声波成孔检测探头装置S触碰到孔壁时，加速度的方向、频率和幅度发生突变，可以读取加速度计A的当前加速度数据，判断超声波成孔检测探头装置S的是否触碰孔壁，记录触碰孔壁的时间，结合陀螺仪G的当前姿态数据，计算触碰孔壁点空间坐标，作为一个孔壁反射点空间坐标；

M个超声波发射接收单元可能有一些与孔壁距离小于盲区距离，不能识别出反射波，无法获得对应的孔壁反射点空间坐标，超声波发射接收单元与孔壁距离大于等于盲区距离时，超声波发射接收单元可以获得孔壁反射点空间坐标。计算深度Zj处钻孔中心坐标CXj、CYj、Zj和等效直径Dj，需要不少于3个有效的反射点坐标，设置M≥6可以确保获得不少于3个孔壁反射点空间坐标。

可以在孔壁反射点多于3个时，每三个孔壁反射点作为一组求取一个深度Zj处钻孔中心空间坐标CXj、CYj、Zj和等效直径Dj，不同组求取的深度Zj处钻孔中心空间坐标CXj、CYj、Zj和等效直径Dj求平均，亦可采用不同的加权方式求平均。

步骤4、将超声波成孔检测探头装置S放置到下一个待检测深度处，返回步骤2，直至遍历所有待检测深度位置，现场检测结束。

步骤5、根据所有深度的钻孔中心空间坐标CXj、CYj、Zj，0≤j≤N，计算钻孔孔斜数据。

步骤5中的计算，可根据所有深度的钻孔中心空间坐标CXj、CYj、Zj，在空间坐标系XYZ中，拟合计算钻孔中心变化的空间直线趋势线，该空间直线趋势线相对于Z轴的倾角即为钻孔的倾斜角，该空间直线趋势线在水平面上的方位角即为钻孔的倾斜方位角。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

不需在检测过程中抑制超声波成孔检测探头装置S的摆动和扭转，地面收放电缆线的绞车只需收放一根电缆线并计量电缆线长度即可，彻底杜绝了原有检测技术中，为抑制超声波成孔检测探头装置S的摆动和扭转，地面绞车同时收放多根电缆线时面临的同步控制问题，以及由于同步装置复杂带来的诸多维护问题，可以最大限度的简化整体检测装备。

附图说明

图1(a)：一根电缆线L与超声波成孔检测探头装置S组成的摆动系统。

图1(b)：一根电缆线L、两根定位钢丝Ls1、Ls2与超声波成孔检测探头装置S组成的摆动系统。

图2：超声波成孔检测探头装置S的原理框图。L：电缆线，P：控制单元，DC：电子罗盘，G：陀螺仪，A：加速度计，UT：声波发射接收单元，SH1～SHM：M个超声波发射接收单元，M≥6。

图3(a)：5个超声波发射接收单元盲区示意图。

图3(b)：6个超声波发射接收单元盲区示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：一种超声波成孔检测探头装置S，包括探头壳体，还包括设置在探头壳体上的控制单元P、电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A和声波发射接收单元UT，声波发射接收单元UT包括6个指向四周水平方向的超声波发射接收单元SH1～SH6，6个超声波发射接收单元在水平面上间隔60°等角分布。

电缆线L与控制单元P连接。用于承重，提供电源，传输信号。

控制单元P与电缆线L连接，与电子罗盘DC连接，与陀螺仪G连接，与加速度计A连接，与声波发射接收单元UT连接。

电子罗盘DC与控制单元P连接。控制单元P读取电子罗盘DC数据，获取超声波成孔检测探头装置S的空间指向，得到6个超声波发射接收单元SH1～SH6的指向。

陀螺仪G与控制单元P连接。控制单元P读取陀螺仪G数据，得到超声波成孔检测探头装置S的空间位置。

加速度计A与控制单元P连接。控制单元P读取加速度计A的三维加速度数据，校正陀螺仪G数据，判断超声波成孔检测探头装置S是否触碰孔壁，确定碰壁时间。

实施例2：一种超声波成孔检测探头装置的检测方法，利用实施例1所述的一种超声波成孔检测探头装置S，其步骤如下：

待检测钻孔直径1.5m，孔深H＝40m，检测间隔深度dZ＝0.05m，N＝H/dZ＝800,0≤j≤800。

定义空间坐标系XYZ，X轴为水平方向指向北磁极方向，Y轴为水平方向且垂直X轴，Z轴为垂直向下方向，空间坐标系XYZ的原点在地面钻孔孔口中心。定义附着在超声波成孔检测探头装置S上的装置坐标系uvw，为简化描述，定义u轴、v轴为水平方向，u轴垂直于v轴，w轴为垂直方向。超声波成孔检测探头装置S的电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A的三个轴与装置坐标系uvw的三个轴平行。

步骤1、确定初始状态；

步骤1.1、设定N+1个待检测深度位置Zj，0≤j≤N，记录在待检测深度位置Z0处，超声波成孔检测探头装置S的空间坐标作为初始空间坐标(X0、Y0、Z0)，本实施例中，N为800，801个待检测深度位置Zj，Zj＝0+j*0.05m，超声波成孔检测探头装置S初始位置设定在地面钻孔孔口中心，超声波成孔检测探头装置S的空间坐标作为初始空间坐标；

步骤1.2、确定各个超声波发射接收单元在装置坐标系uvw中的指向，6个超声波发射接收单元SH1～SH6在装置坐标系uvw中的指向SH1uvw～SH6uvw分别设定为0°、60°、120°、180°、240°、300°；

步骤1.3、超声波成孔检测探头装置S在待检测深度位置Z0处，控制单元P读取电子罗盘DC的初始方位数据DC0，控制单元P读取陀螺仪G的初始姿态数据G0；

第一次检测深度，j＝0，Z0＝0.00m。

步骤2、完成待检测深度Zj处的超声波发射接收工作，孔壁反射点空间坐标，具体包括以下步骤：

步骤2.1、控制单元P读取电子罗盘DC的当前方位数据、陀螺仪G的当前姿态数据、加速度计A的当前加速度数据，计算在空间标系XYZ中超声波成孔检测探头装置S的当前空间坐标和第i个超声波发射接收单元SHi的当前空间指向；

步骤2.2、控制单元P控制第i个超声波发射接收单元完成超声波发射与接收，得到孔壁反射点空间坐标；

由于超声波成孔检测探头装置S的摆动频率较低，完成一个确定深度位置Zj的6个方向的检测实际需要的时间非常短的，通常耗时小于100ms量级，该时段内不可能出现多次碰壁，没有必要随时判断超声波成孔检测探头装置S是否触碰孔壁，只需在步骤3结束时，根据步骤3中控制单元P持续读取的加速度计A数据，判断是否碰壁，确定碰壁时间，结合陀螺仪G数据，计算碰壁点坐标作为一个新增的反射点空间坐标。

步骤3、重复步骤2直至遍历所有的超声波发射接收单元，获得多个孔壁反射点空间坐标，根据加速度计A的当前加速度数据，判断超声波成孔检测探头装置S的是否触碰孔壁，触碰孔壁时，记录触碰孔壁的时间，结合陀螺仪G获得当前姿态数据，计算触碰孔壁点空间坐标作为一个孔壁反射点空间坐标；根据上述获得的孔壁反射点空间坐标计算深度Zj处钻孔中心空间坐标CXj、CYj、Zj和等效直径Dj；

选择每三个孔壁反射点作为一组求取一个深度Zj处钻孔中心空间坐标CXj、CYj、Zj和等效直径Dj，不同组求取的深度Zj处钻孔中心空间坐标CXj、CYj、Zj和等效直径Dj求平均。

步骤4、将超声波成孔检测探头装置S放置到下一个待检测深度处，返回步骤2直至遍历所有待检测深度位置，现场检测结束。

步骤5、根据801个深度位置的钻孔中心位置CXj、CYj、Zj，0≤j≤800，采用最小二乘法拟合计算钻孔中心的空间直线趋势线，该空间直线趋势线相对于Z轴的倾角即为钻孔的倾斜角，该空间直线趋势线在水平面上的方位角即为钻孔的倾斜方位角。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种超声波成孔检测探头装置，包括探头壳体，其特征在于，还包括设置在探头壳体上的控制单元P、电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A和声波发射接收单元UT，声波发射接收单元UT包括M个周向设置在探头壳体上的超声波发射接收单元SH1～SHM，M≥6，

电缆线L与控制单元P连接，

控制单元P还分别与电子罗盘DC、陀螺仪G、加速度计A和声波发射接收单元UT连接。

2.一种超声波成孔检测探头装置的检测方法，利用权利要求1所述的一种超声波成孔检测探头装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、设定N+1个待检测深度位置Zj，0≤j≤N，超声波成孔检测探头装置S放置在初始检测位置，记录初始检测位置的空间坐标X0、Y0、Z0；

确定各个超声波发射接收单元在装置坐标系uvw中的指向；

超声波成孔检测探头装置S在待检测深度位置Z0处，控制单元P读取电子罗盘DC的初始方位数据，控制单元P读取陀螺仪G的初始姿态数据；

步骤2、控制单元P读取电子罗盘DC的当前方位数据、陀螺仪G的当前姿态数据、加速度计A的当前加速度数据，计算在空间标系XYZ中超声波成孔检测探头装置S的当前空间坐标和第i个超声波发射接收单元SHi的当前空间指向；

控制单元P控制第i个超声波发射接收单元完成超声波发射与接收，计算获得孔壁反射点空间坐标；

步骤3、重复步骤2直至遍历所有的超声波发射接收单元，获得多个孔壁反射点空间坐标；根据上述获得的孔壁反射点空间坐标计算深度Zj处钻孔中心空间坐标和等效直径；

步骤4、将超声波成孔检测探头装置S放置到下一个待检测深度处，返回步骤2，直至遍历所有待检测深度位置；

步骤5、根据所有待检测深度处的钻孔中心空间坐标，计算钻孔孔斜数据。

3.根据权利要求2所述的一种超声波成孔检测探头装置的检测方法，其特征在于，所述的步骤3还包括以下步骤：根据加速度计A的当前加速度数据，判断超声波成孔检测探头装置S的是否触碰孔壁，触碰孔壁时，记录触碰孔壁的时间，结合陀螺仪G获得当前姿态数据，计算触碰孔壁点空间坐标作为一个孔壁反射点空间坐标。

4.根据权利要求2所述的一种超声波成孔检测探头装置的检测方法，其特征在于，所述的计算深度Zj处钻孔中心空间坐标和等效直径包括以下步骤：将深度Zj处的每三个孔壁反射点作为一组求取深度Zj处钻孔中心空间坐标和等效直径，不同组求取的深度Zj处钻孔中心空间坐标和等效直径Dj分别求平均，获得深度Zj处钻孔中心空间坐标和等效直径。

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