CN112432751B - 一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,包括移动架以及分别设置在移动架上的激振冲击加载器和非接触式结构激发振动回波采集装置;激振冲击加载器用于间歇性地撞击在结构表面以实现对结构表面的动力加载;非接触式结构激发振动波采集装置包括水射流模块和水压传感器,水射流模块用于指向结构表面喷射形成水柱,水压传感器设置在水射流模块内部的水流中,水柱用于传递结构激发振动回波,水压传感器用于实现水结构激发振动的压力传递。该检测装置可通过移动架的移动来带动激振冲击加载器和非接触式结构激发振动回波采集装置实现在结构表面的持续整体移动,便于实现快速、高精度地获取结构内部几何信息和结构力学信息的效果。
Description
技术领域
本发明涉及缺陷无损探测技术领域,特别涉及一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置。
背景技术
岩体和混凝土等材料,经常会出现表面几何信息与内部几何信息不一致的现象,与表面信息相比,内部信息更能准确、全面地表达材料的性能和状态。而目前室内和现场试验加卸载到破坏的过程中,由于采集仪器的限制,只能获得对象的表面信息,对其内部的几何力学信息,缺乏高精度、快速的获取仪器及方法。只能得到试样的最终破坏状态,但是无法判断内部准确的结构几何变化和结构力学特性变化,比如内部裂缝的出现次序、延展与时间的关系、尖端应力状态的随时间的变化等。
目前已有的激振波探测技术,采用小型爆炸或空气炮等手段激发微型激振波,需要钻孔布置激振及接收装置,成本较高,准备时间长,难以与其它设备进行集成。同时,激振波的波源需要相对较高的能量,在传播过程中波速相对较慢,易受环境影响而极大地降低精度,并且已有的电磁激振方法难于达到快速移动式结构应力场探测所需激振能量。
综上所述,现有技术存在的主要问题是:
1、激振波的波源需要相对较高的能量,并且已有的电磁激振方法难于达到快速移动式结构应力场探测所需激振能量。
2、目前已有的激振波探测技术,需要钻孔布置激振及接收装置,而且回波的采集大部分都是采用接触式采集。
3、目前已有的探测设备也难以与其他设备进行集成,如与电磁波、超声波等设备。
因此,有必要研究设计出一种能够提供移动式动力检测激振方式以及非接触式采集回波的检测装置,以达到高效、无损且高精度地获取其内部结构几何特征和结构力学状态的目的。
发明内容
本发明的目的在于至少解决背景技术中提出的问题之一,提供一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,该检测装置可以达到快速移动式探测所需的激振能量,并且可以实现回波的非接触式采集,进而达到快速、高精度地获取结构内部结构几何信息和结构力学信息的效果。
本发明所采用的技术方案是:一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,包括:
移动架以及分别设置在移动架上的激振冲击加载器和非接触式结构激发振动回波采集装置;
所述激振冲击加载器用于间歇性地撞击在结构表面以实现对结构表面的动力加载,用于结构几何缺陷和结构力学特性参数探测;
所述非接触式结构激发振动波采集装置包括水射流模块和水压传感器,所述水射流模块用于指向所述结构表面喷射形成水柱,所述水压传感器设置在所述水射流模块内部的水流中,所述水柱用于传递结构激发振动回波,所述水压传感器用于实现水结构激发振动的压力传递。
本发明至少具有以下有益效果:该检测装置可通过移动架的移动来带动激振冲击加载器和非接触式结构激发振动回波采集装置的移动。在移动过程中,激振冲击加载器可间歇性地撞击在结构表面以实现对结构表面的动力加载,从而激发结构振动。由于激振冲击加载器为间歇性地指向结构表面移动,基本不会干扰检测装置的整体移动;并且非接触式结构激发振动波采集装置通过喷射形成水柱来传递结构激发振动回波,使得非接触式结构激发振动波采集装置实现非接触式采集回波。该检测装置可实现在结构表面的持续整体移动,便于实现快速、高精度地获取结构内部几何信息和结构力学信息的效果。
作为上述技术方案的改进,所述激振冲击加载器包括动力加载机构、复位弹性件以及冲击头,所述动力加载机构安装在所述移动架上,所述动力加载机构包括往复移动的驱动部,所述驱动部指向所述冲击头往复移动并间歇性的撞击在所述冲击头上,所述复位弹性件提供弹力使得所述冲击头复位。
作为上述技术方案的改进,所述激振冲击加载器还包括激振动力传感器,所述激振动力传感器设置在所述冲击头上以记录激振荷载的大小和频率。
作为上述技术方案的改进,动力加载机构为液压缸,所述液压缸的活塞杆指向所述冲击头往复移动,位于所述活塞杆两侧的液压缸内腔分别连接有油压控制系统。
进一步地,所述水射流模块包括水流喷射控制系统,所述水射流模块与所述移动架之间设置有力平衡调节弹性件。
作为上述技术方案的改进,所述水射流模块还包括喷头,所述喷头的开口设置成由小到大指向至所述结构表面。
作为上述技术方案的改进,所述水压传感器位于所述喷头内,所述水压传感器设置成流线形。
进一步地,所述移动架包括系统底盘以及分别设置在系统底盘上的激振器移动底盘以及射流器移动底盘,所述激振器移动底盘以及射流器移动底盘均通过球形铰链连接在所述系统底盘上,所述激振器移动底盘和所述射流器移动底盘的底部均设置有用于与所述结构表面接触的滚动轮,所述激振冲击加载器设置在所述激振器移动底盘上,所述非接触式结构激发振动波采集装置设置在所述射流器移动底盘上。
作为上述技术方案的改进,所述移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置还包括施压机构,所述施压机构作用于所述系统底盘并提供指向所述结构表面的作用力,使得所述滚轮与所述结构表面保持紧贴。
作为上述技术方案的改进,所述激振器移动底盘上的激振冲击加载器至少为一个;所述射流器移动底盘上的非接触式结构激发振动波采集装置至少为一个。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明:
图1为本发明实施例一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置的工作状态示意图,其中激振冲击加载器和非接触式结构激发振动波采集装置的数量均为一个;
图2为发明实施例一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置的工作状态示意图,其中激振冲击加载器的数量为一个,非接触式结构激发振动波采集装置的数量为三个;
图3为激振冲击加载器的剖面结构示意图;
图4为非接触式结构激发振动波采集装置的剖面结构示意图,;
图5为油压控制系统的原理图;
图6为水流喷射控制系统的原理图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例,本发明之较佳实施例在附图中示出,附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述,使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案,但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右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,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,若干的含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参照图1,本发明实施例提供一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,该检测装置主要包括移动架100以及分别设置在移动架100上的激振冲击加载器200和非接触式结构激发振动回波采集装置300。
其中,移动架100连接有驱动机构(图中未示出),驱动机构用于驱动移动架100移动,进而移动架100带动激振冲击加载器200和非接触式结构激发振动回波采集装置300移动,以实现岩体和混凝土等结构材料内部缺陷的探测以及采集用于动力参力分析的动力信号。
具体地,该检测装置中的激振冲击加载器200用于间歇性地撞击在结构表面400以实现对结构表面400的动力加载。需要理解的是,振冲击加载器间歇性地撞击在结构表面400的工作方式,使得振冲击加载器可以实现在移动状态下的动力加载而激发结构表面振动以产生激振波500,检测装置的移动并不会妨碍到振冲击加载器对结构表面400实施动力的加载。
同时,非接触式结构激发振动波采集装置跟随移动以实现激振回波的非接触式采集。具体地,非接触式结构激发振动波采集装置包括水射流模块310和水压传感器320,水射流模块310用于指向结构表面400喷射形成水柱340,水压传感器320设置在水射流模块310内部的水流中,水柱340用于传递结构激发振动回波600,水压传感器320用于实现水结构激发振动的压力传递。
该检测装置可通过移动架100的移动来带动激振冲击加载器200和非接触式结构激发振动回波采集装置300的移动。在移动过程中,激振冲击加载器200可间歇性地撞击在结构表面400以实现对结构表面400的动力加载,从而激发结构振动。由于激振冲击加载器200为间歇性地指向结构表面400移动,基本不会干扰检测装置的整体移动;并且非接触式结构激发振动波采集装置通过喷射形成水柱340来传递结构激发振动回波600,使得非接触式结构激发振动波采集装置实现非接触式采集回波。该检测装置可实现在结构表面400的持续整体移动,便于实现快速、高精度地获取结构内部几何信息以及结构力学信息的效果。
同时,该检测装置的能使能量损失达到最小,且可以实现和其他设备进行集成,可以弥补国内外快速、高精度地获取内部几何力学信息仪器和方法的空白。
参照图3,激振冲击加载器200包括动力加载机构、复位弹性件230以及冲击头220。动力加载机构安装在移动架100上,动力加载机构包括往复移动的驱动部,驱动部指向冲击头220往复移动并间歇性的撞击在冲击头220上,驱动部通过往复移动并与冲击头220发生撞击来实现冲击头220的间歇性撞击在结构表面400,进而实现对结构表面400的动力加载。为了确保冲击头220的快速回弹,尽可能的减少冲击头220与结构表面400的接触时间,以确保检测装置整体移动的平稳性,复位弹性件230提供弹力使得冲击头220复位。
需要理解的是,此处的驱动部需要设置为在施加给冲击头220载荷后短时间内迅速反向移动,避免冲击头220在复位弹性件230的作用下不能及时复位。一旦驱动部不能及时的反向移动,冲击头220可能会受到驱动部的阻碍,导致无法及时复位,增长与结构表面400的接触时长。
本实施例中,复位弹性件230为套装在冲击头220外周的弹簧,冲击头220外周形成轴肩并通过轴肩与弹簧相互作用。
优选地,冲击头220底部设置有球形结构221,并通过球形结构221由上至下移动撞击结构表面400以施加载荷,尽可能的减少了冲击头220与结构表面400的接触面积,便于实现移动加载。
本实施例中,动力加载机构为液压缸210,液压缸210的活塞杆211指向冲击头220往复移动,位于活塞杆211两侧的液压缸2内腔分别连接有油压控制系统250。为了实现活塞杆211的加载大小控制以及加载的频率控制,油压控制系统250具体包括溢流阀和电磁换向阀。其中,通过溢流阀控制进油压力调节以实现荷载大小的控制,通过电磁换向阀的换向时间调节以实现加载频率的控制。具体地,液压缸210缸体的两端分别设置有连接头212,两个连接头212分别与活塞杆211两侧的液压缸210的内腔连通,油压控制系统250通过连接头212与液压缸210连通以实现活塞杆211的运动控制。作为优选,激振冲击加载器200还包括激振动力传感器240,激振动力传感器240设置在冲击头220上以记录激振荷载的大小和频率,从而有利于得到精准的检测结果。
参照图4,水射流模块310包括水流喷射控制系统312,水流喷射控制系统312用于调节水流的流量,进而实现水射流模块310喷射出水柱340的控制。当水柱340发生变化时,为了确保射流形成稳定、连续的水柱340,并保证对结构振动特性信息的连续采集,水射流模块310与移动架100之间设置有力平衡调节弹性件330。具体地,力平衡调节弹性件330一端与移动架100固定安装,另一端与水射流模块310固定安装。当通过水流喷射控制系统312实现水射流模块310内的流量的调节控制时,水柱340的高度或宽度跟随发生变化,此时水柱340作用在结构表面400的反冲力也跟随变化。整个水射流模块310受到的反冲力打破了之前的受力平衡。这时力平衡调节弹性件330发生形变,使得水射流模块310再次达到受力平衡,进而确保了流形成稳定、连续的水柱340。本实施例中,平衡调节弹性件为压缩弹簧。
优选地,继续参照图4,水射流模块310还包括喷头311,喷头311的开口设置成由小到大指向至结构表面400。如此一来所形成的水柱340越靠近结构表面400,其宽度越宽,开口整体形成外扩的流线形,有利于覆盖更广的结构表面400,便于更完整的接收结构激发振动回波600。
进一步优选,继续参照图4,水压传感器320位于喷头311内,水压传感器320设置成流线形,以减小射流阻力。
参照图5和图6,该油压控制系统250主要包括储液箱、液压泵、压力表、单向阀、溢流阀、二位四通换向阀等组成。该油压控制系统250通过二位四通换向阀分别与液压缸210缸体上的两个连接头212连接。通过该油压控制系统250可实现油压大小的调节以及换向时间的调节,进而方便实现动力加载的大小调节以及频率调节。区别于油压控制系统250,水流喷射控制系统312无需设置二位四通换向阀,经水流喷射控制系统312喷射出来的水直接通过单向阀后连通至喷头311,进而喷出形成水柱340。通过水流喷射控制系统312可实现喷射水压以及水流量的控制,进而方便实现水柱340高度的调节控制。
继续参照图1,本实施例中,移动架100包括系统底盘110以及分别设置在系统底盘110上的激振器移动底盘120以及射流器移动底盘130,激振器移动底盘120以及射流器移动底盘130均通过球形铰链150连接在系统底盘110上,激振器移动底盘120和射流器移动底盘130的底部均设置有用于与结构表面400接触的滚动轮,激振冲击加载器200设置在激振器移动底盘120上,非接触式结构激发振动波采集装置设置在射流器移动底盘130上。如此一来,当检测装置移动在凹凸起伏的结构表面400上时,激振器移动底盘120以及射流器移动底盘130会适应性的发生转动,进而确保检测装置可顺畅地进行移动状态下的结构动力检测。
优选地,为了更进一步的确保整个检测装置的检测稳定性和高精度,移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置还包括施压机构(图中为示出,仅以施加在系统底盘110上的一个作用力来指代),施压机构作用于系统底盘110并提供指向结构表面400的作用力,使得滚轮140与结构表面400保持紧贴。
可以理解的是,该施压机构可以是刚性机构,也可以是柔性机构。同时该施压机构施加的力可以是恒定的力,也可以是变力。具体以能够提供压力使得滚轮140与结构表面400保持紧贴为准。
本实施例中,施压机构为一个压缩机构,该压缩机构安装在系统底盘110上,持续提供一个指向结构表面400的压力。
参照图2,为了适应被测结构的实际探测位置,激振器移动底盘120上的激振冲击加载器200设置为一个;射流器移动底盘130上的非接触式结构激发振动波采集装置设置为三个。
需要说明的是,其激振器移动底盘120上的激振冲击加载器200以及射流器移动底盘130上的非接触式结构激发振动波采集装置的数量可以结合实际需求确定。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明不限于上述实施方式,在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于,包括:移动架以及分别设置在移动架上的激振冲击加载器和非接触式结构激发振动回波采集装置;
所述激振冲击加载器用于间歇性地撞击在结构表面以实现对结构表面的动力加载,用于结构几何缺陷和结构力学特性参数探测;
所述非接触式结构激发振动波采集装置包括水射流模块和水压传感器,所述水射流模块用于指向所述结构表面喷射形成水柱,所述水压传感器设置在所述水射流模块内部的水流中,所述水柱用于传递结构激发振动回波,所述水压传感器用于实现水结构激发振动的压力传递;
所述移动架包括系统底盘以及分别设置在系统底盘上的激振器移动底盘以及射流器移动底盘,所述激振器移动底盘以及射流器移动底盘均通过球形铰链连接在所述系统底盘上,所述激振器移动底盘和所述射流器移动底盘的底部均设置有用于与所述结构表面接触的滚动轮,所述激振冲击加载器设置在所述激振器移动底盘上,所述非接触式结构激发振动波采集装置设置在所述射流器移动底盘上;
所述水射流模块包括水流喷射控制系统,所述水射流模块与所述移动架之间设置有力平衡调节弹性件。
2.根据权利要求1所述的移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于:所述激振冲击加载器包括动力加载机构、复位弹性件以及冲击头,所述动力加载机构安装在所述移动架上,所述动力加载机构包括往复移动的驱动部,所述驱动部指向所述冲击头往复移动并间歇性的撞击在所述冲击头上,所述复位弹性件提供弹力使得所述冲击头复位。
3.根据权利要求2所述的移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于:所述激振冲击加载器还包括激振动力传感器,所述激振动力传感器设置在所述冲击头上以记录激振荷载的大小和频率。
4.根据权利要求2或3所述的移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于:动力加载机构为液压缸,所述液压缸的活塞杆指向所述冲击头往复移动,位于所述活塞杆两侧的液压缸内腔分别连接有油压控制系统。
5.根据权利要求1所述的移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于:所述水射流模块还包括喷头,所述喷头的开口设置成由小到大指向至所述结构表面。
6.根据权利要求5所述的移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于:所述水压传感器位于所述喷头内,所述水压传感器设置成流线形。
7.根据权利要求1所述的移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于:所述移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置还包括施压机构,所述施压机构作用于所述系统底盘并提供指向所述结构表面的作用力,使得所述滚动轮与所述结构表面保持紧贴。
8.根据权利要求7所述的移动式动力检测的激振及其波射流传输检测装置,其特征在于:所述激振器移动底盘上的激振冲击加载器至少为一个;所述射流器移动底盘上的非接触式结构激发振动波采集装置至少为一个。
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