CN113155963A - 一种适用于冲击回波法检测的传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于冲击回波法检测的传感器装置，包括传感器本体，传感器本体上方设有第一弹簧，第一弹簧上方设有按压第一弹簧的顶盖；第一弹簧设在中空设置的外壳内，外壳外周壁设有对外壳移动进行限位的限位块；顶盖与外壳的一端连接；传感器本体设置在中空设置的活动底座内；外壳的另一端套设在活动底座一端内，且外壳在活动底座内移动；外壳套设在活动底座的一端设有第一安装座，活动底座内设有第二安装座；弹性元件一端与第一安装座连接，弹性元件的另一端与第二安装座连接；第二安装座设有供传感器本体移动的移动孔。本发明能够进行手持、并且能抑制外界干扰，稳定采集冲击回波信号。

Description

一种适用于冲击回波法检测的传感器装置

技术领域

本发明属于混凝土结构无损检测技术领域，具体涉及一种适用于冲击回波法检测的传感器装置。

背景技术

冲击回波法是1983年由美国康奈尔大学与国家标准技术研究院率先提出的一种无损检测方法，主要用于混凝土质量无损检测。其基本原理是在混凝土表面通过尽量短时的机械冲击激发冲击弹性波信号，冲击弹性波信号传播到结构内部，被缺陷表面和构件底面反射回来，随后被介质表面的传感器和数据采集传输系统接收。由于冲击弹性波传播过程中会在构件表面、内部缺陷表面或底面边界之间来回反射产生瞬态共振，且缺陷和底部反射产生的瞬态共振频率不同，故通过傅立叶变换对传感器接收的信号进行频谱分析情况即可确定内部缺陷的位置和构件的厚度(如图1所示)。

实际测试时，单个的测点不足以体现混凝土结构整体情况，一般需在混凝土结构表面布置一个测区，测区内以等间距网格状的方式布置多个测点(如图2所示)。逐个测点进行冲击回波测试，然后结合所有测点的测试信号，进行综合分析和评价。

最初的研究为这种技术提供了理论基础并证实了该技术可用于混凝土板状结构物的缺陷检测。随着研究的不断深入，冲击回波法也得到进一步拓展。测试对象由板状扩展为圆柱、梁、弧形等，测试内容也由结构尺寸和缺陷扩展为孔道灌浆、隧道衬砌、装配式建筑、混凝土结合面等，同时也形成了一些相关的检测标准规范。

近年来，在混凝土结构无损检测中，冲击回波法的应用也得到进一步推广，应用范围涵盖了桥梁、水利、建筑、公路、隧道等工程领域。虽说将理论技术推广至实际应用已取得一定的成果，但在实际测试过程中还是存在一些局限性，限制了该技术的进一步应用和推广。

1)信号采集稳定性不佳

测试过程中通过传感器进行信号的采集接收，需要将传感器紧贴在测试表面。目前常规采用的是直接将传感器按在测点表面。采用人为按压方式时，由于不同的测试人员习惯不一样，按压力度大小也不一样，体现在测试中为传感器耦合效果不一样。由于传感器采集接收的信号一般都很微弱，实际测试中较小的变化也会对传感器的信号采集造成较大的影响(如图3和图4所示)。如果测试过程中因传感器耦合受外界因素的影响而导致测试信号不佳，可能会引起以下问题：

①同一测点采集信号一致性不佳，不利于在现场进行初步的分析判断；

②增加后期信号分析和处理的难度；

③部分测点测试结果无效、需要进行复测。

2)工作量大，测试效率低

如图2所示：目前在进行冲击回波测试时，首先需要完成整个测区内所有测点的信号采集。实际现场测试时测区内测点数量较多，且测试时需确保每个测点的数据真实有效，一般要求对当前测点采集3条数据，且3条曲线整体一致性较好。对于单个测点来说，如果测试过程中传感器耦合不稳定，则会造成信号采集的不稳定，从而影响采集信号一致性，即同一测点多次测试的信号存在较大差异，在此情况下，则需要对当前测点进行反复测试，对测试曲线进行判别筛选，直到测试曲线一致性满足测试要求，在原有基础上进一步加大了工作量，降低了测试的效率。不利于在现场对测试对象的实际情况作出快速的判断。

3)测试结果的有效性

作为一种基于应力波传播理论的检测方法，在进行冲击回波测试时，对于采集信号的质量要求较高。采集信号质量较好时，信号后续分析处理工作量小，测试结果能较大程度的反应测试对象的真实情况。如果受信号采集稳定性的影响，导致测区内某些测点的测试时传感器的耦合情况与其他测点并不统一，则会导致部分测点虽然有较好的信号一致性，但与其他测点测试的结果存在较大差异。对于这种情况，实际分析时容易将这些差异当作测试对象内部结构变化而造成的真实响应，从而引起误判，对分析结果有效性造成影响，严重的还会造成不必要的损失。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种适用于冲击回波法检测的传感器装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于冲击回波法检测的传感器装置，包括传感器本体，所述传感器本体上方设有第一弹簧，所述第一弹簧上方设有按压所述第一弹簧的顶盖；所述第一弹簧设在中空设置的外壳内，所述外壳外周壁设有对所述外壳移动进行限位的限位块；所述顶盖与所述外壳的一端连接；所述传感器本体设置在中空设置的活动底座内；所述外壳的另一端套设在所述活动底座一端内，且所述外壳在所述活动底座内移动；所述外壳套设在所述活动底座的一端设有第一安装座，所述活动底座内设有第二安装座；弹性元件一端与所述第一安装座连接，所述弹性元件的另一端与第二安装座连接；所述第二安装座设有供所述传感器本体移动的移动孔。

本传感器装置能够进行手持、并且能抑制外界干扰，稳定采集冲击回波信号。

本传感器装置的顶盖通过所述第一弹簧对所述传感器本体进行按压。手部对所述顶盖施加力，所述顶盖会对所述第一弹簧施加力，这导致了所述第一弹簧被压缩。所述第一弹簧压缩后会对所述传感器本体施加弹簧弹力。弹簧弹力的大小只与弹簧本身的劲度系数和弹簧形变大小有关。当所述第一弹簧压缩后的形变量每次都是固定值时，所述第一弹簧压缩后对所述传感器本体施加弹簧弹力也是固定值，避免了手直接按压所述传感器本体时按压力度大小不同，传感器耦合效果不同，进而导致信号采集稳定性不佳的情况发生。

所述外壳外周壁设有限位块，且所述顶盖与所述外壳的一端连接。当所述顶盖移动时，所述外壳会随着所述顶盖的移动而移动，所述外壳外周壁设有限位块，所述外壳在所述活动底座内移动，所述限位块移动至所述活动底座端口处时会被限位。

所述外壳套设在所述活动底座的一端设有第一安装座，所述活动底座内设有第二安装座，所述第一安装座与所述第二安装座之间设有弹性元件。当手部对所述顶盖施加力，所述外壳在所述活动底座内移动时，所述弹性元件也会被压缩。待所述限位块被限位后，手部对所述顶盖松动，所述弹性元件恢复原状，所述外壳也移动至未被手部按压之前的状态，所述顶盖也恢复至原位，等待下一次被按压。

通过上述内容可知，本传感器装置的顶盖每一次被按压时，施加给所述传感器本体的弹簧弹力都是固定的。相比现有的传感器耦合方式来说，本传感器装置在测试过程中，可提供稳定的耦合力，且该耦合力不受外界条件影响。在不同的测区、测点由不同的测试人员进行测试时，耦合情况都一样，即信号采集接收条件一样，以此来消除人为因素对传感器耦合效果的影响，保障测试过程的稳定性。

并且在采用本传感器装置进行测试时，在同一测点进行多锤的信号一致性较好，减少因信号一致性较差而进行反复测试的工作量，从而提高测试效率。

此外，在采用本装置进行测试时，同一测区内所有测点均处于同样的信号采集接收环境下，各个测点的采集信号真实有效，提升了测区内信号采集的质量。避免出现因人为造成的信号异常而引起的误判，保障了测试结果的有效性。

进一步的，所述第一安装座与所述第二安装座之间设有第一导向装置，所述外壳通过所述第一导向装置在所述活动底座内导向移动，且所述弹性元件通过所述第一导向装置进行导向移动。

进一步的，所述第一导向装置为导杆，所述第一安装座贯通设有第一通孔，所述导杆按照顺序穿过所述第一通孔、所述弹性元件，且所述导杆一端与所述第二安装座螺接。

所述导杆能够起到导向作用，当所述外壳在所述活动底座内移动时，所述导杆能够对所述外壳进行导向，防止所述外壳在移动过程中偏离。与此同时，所述导杆也能够为所述弹性元件提供导向作用，防止所述弹性元件在压缩时位置偏离。一根导杆，能够提供双重导向作用，节约了资源，减少了成本。

进一步的，所述第一弹簧与所述传感器本体之间设有传感器支座；所述传感器本体嵌入所述传感器支座一端，且所述传感器本体与所述传感器支座之间通过螺丝固定；所述传感器支座上方设有第二导向装置，所述第一弹簧通过所述第二导向装置进行导向移动；所述传感器支座外周壁设有第三安装座，所述第三安装座位于所述第一安装座上方，且所述第三安装座设有第二通孔，所述导杆位于所述第二通孔内。

所述第二导向装置具有导向作用，防止所述第一弹簧在压缩过程中位置偏离，确保所述第一弹簧在每一次下压的过程中情况一致，所述第一弹簧对所述传感器本体施加的弹力也是一致的。

进一步的，所述第一安装座与所述第三安装座之间设有具有弹性的第一垫片，所述第一垫片能够削减本传感器装置在测试过程中由于所述活动底座与外界接触时，外界扰动造成的振荡干扰。

进一步的，所述传感器支座与所述传感器本体之间设有具有弹性的第二垫片，所述第二垫片能够削减本传感器装置在测试过程中由于所述活动底座与外界接触时，外界扰动造成的振荡干扰。

进一步的，所述第二导向装置为中空设置的筒状结构，所述第一弹簧设置在所述第二导向装置内。

所述第二导向装置不仅能对所述第一弹簧进行导向，防止所述第一弹簧在压缩时发生位置偏离，并且所述第二导向装置还能为所述第一弹簧提供容纳空间。

进一步的，所述顶盖设有安装孔，所述安装孔内设有接头，内部连接线一端与所述接头连接，所述内部连接线另一端与所述传感器本体螺接。通过所述接头，本传感器装置能够与外部设备连接。

进一步的，所述顶盖上端呈圆弧状，这样能够保证手部按压的舒适度。

进一步的，所述顶盖与所述外壳的一端卡接设置，通过卡接设置的方式，所述顶盖不但能与所述外壳固定，当需要对所述第一弹簧进行更换时，还可以将所述顶盖从所述外壳中拔出，简单方便。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(一)本传感器装置在测试过程中，可提供稳定的耦合力，且该耦合力不受外界条件影响，在不同的测区、测点由不同的测试人员进行测试时，耦合情况都一样，即信号采集接收条件一样，以此来消除人为因素对传感器耦合效果的影响，保障测试过程的稳定性；(二)在采用本传感器装置进行测试时，在同一测点进行多锤的信号一致性较好，减少因信号一致性较差而进行反复测试的工作量，从而提高测试效率；(三)在采用本装置进行测试时，同一测区内所有测点均处于同样的信号采集接收环境下，各个测点的采集信号真实有效，提升了测区内信号采集的质量，避免出现因人为造成的信号异常而引起的误判，保障了测试结果的有效性。

附图说明

图1为冲击回波法原理示意图；

图2为现有传感器测试示意图；

图3为现有传感器按压力度轻时传感器耦合效果测试情况图；

图4为现有传感器按压力度重时传感器耦合效果测试情况图；

图5为本发明按压时传感器耦合效果测试情况图；

图6为本发明结构示意图；

图7为本发明顶盖按压前结构示意图；

图8为本发明顶盖按压后结构示意图；

图中：1、顶盖；2、接头；3、内部连接线；4、第一弹簧；5、外壳；6、传感器支座；7、第一垫片；8、传感器本体；9、第二垫片；10、弹性元件；11、导杆；12、活动底座；13、第一安装座；14、第二安装座；15、第三安装座；16、限位块。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参考图6、图7和图8，本实施例提供了一种适用于冲击回波法检测的传感器装置，包括传感器本体8，所述传感器本体8呈圆柱状设置。所述传感器本体8上方设有第一弹簧4，所述第一弹簧4上方设有按压所述第一弹簧4的顶盖1，所述第一弹簧4上端与所述顶盖1之间接触但是不连接。

所述第一弹簧4设在外壳5内，所述外壳5呈中空圆柱状设置，所述外壳5外周壁设有限位块16，所述限位块16与所述外壳5外周壁之间一体成型，且所述限位块16呈环状设置。所述顶盖1与所述外壳5的一端固定设置。

所述传感器本体8设置在活动底座12内，所述活动底座12呈中空圆柱状设置；所述外壳5的外径小于所述活动底座12的内径，所述限位块16的外径大于所述活动底座12的内径。所述外壳5的另一端套设在所述活动底座12一端内，且所述外壳5在所述活动底座12内移动，所述限位块16能够对所述外壳5的的移动进行限制。

所述外壳5套设在所述活动底座12的一端固设有第一安装座13，所述第一安装座13呈环状设置，其外周壁固定设置在所述外壳5的内侧壁处，所述第一安装座13的外径与所述外壳5一端的内径相同，且所述第一安装座13与所述外壳5一体成型。

所述活动底座12内侧壁固定设置有第二安装座14，所述活动底座12与所述第二安装座14一体成型。所述第二安装座14呈环状设置，且所述第二安装座14的外径与所述活动底座12的内径相同。

弹性元件10一端与所述第一安装座13连接，所述弹性元件10的另一端与第二安装座14连接。所述弹性元件10可为弹簧、橡胶等压缩后可恢复原状的构件。本实施例中，所述弹性元件10为弹簧。所述第二安装座14设有供所述传感器本体8移动的移动孔，所述移动孔呈圆形设置，所述传感器本体8设在所述移动孔内。所述顶盖1未按压之前，所述传感器本体8底端面比所述活动底座12底端面高。

如图7和图8所示：本传感器装置的所述顶盖1通过所述第一弹簧4对所述传感器本体8进行按压。手部对所述顶盖1施加力，所述顶盖1会对所述第一弹簧4施加力，这导致了所述第一弹簧4被压缩。所述第一弹簧4压缩后会对所述传感器本体8施加弹簧弹力。弹簧弹力的大小只与弹簧本身的劲度系数和弹簧形变大小有关。当所述第一弹簧4压缩后的形变量每次都是固定值时，所述第一弹簧4压缩后对所述传感器本体8施加弹簧弹力也是固定值，避免了手直接按压所述传感器本体8时按压力度大小不同，传感器耦合效果不同，进而导致信号采集稳定性不佳的情况发生。

所述外壳5外周壁设有限位块16，且所述顶盖1与所述外壳5的一端连接。当所述顶盖1移动时，所述外壳5会随着所述顶盖1的移动而移动，所述外壳5外周壁设有限位块16，所述外壳5在所述活动底座12内移动，所述限位块16移动至所述活动底座12端口处时会被限位。

所述外壳5套设在所述活动底座12的一端设有第一安装座13，所述活动底座12内设有第二安装座14，所述第一安装座13与所述第二安装座14之间设有弹性元件10。当手部对所述顶盖1施加力，所述外壳5在所述活动底座12内移动时，所述弹性元件10也会被压缩。待所述限位块16被限位后，手部对所述顶盖1松动，所述弹性元件10恢复原状，所述外壳5也移动至未被手部按压之前的状态，所述顶盖1也恢复至原位，等待下一次被按压。

通过上述内容可知，本传感器装置的顶盖1每一次被按压时，施加给所述传感器本体8的弹簧弹力都是固定的。如图5所示，相比现有的传感器耦合方式来说，本传感器装置在测试过程中，可提供稳定的耦合力，且该耦合力不受外界条件影响。在不同的测区、测点由不同的测试人员进行测试时，耦合情况都一样，即信号采集接收条件一样，以此来消除人为因素对传感器耦合效果的影响，保障测试过程的稳定性。

并且在采用本传感器装置进行测试时，在同一测点进行多锤的信号一致性较好，减少因信号一致性较差而进行反复测试的工作量，从而提高测试效率。

此外，在采用本装置进行测试时，同一测区内所有测点均处于同样的信号采集接收环境下，各个测点的采集信号真实有效，提升了测区内信号采集的质量。避免出现因人为造成的信号异常而引起的误判，保障了测试结果的有效性。

进一步的，所述第一安装座13与所述第二安装座14之间设有第一导向装置，所述外壳5通过所述第一导向装置在所述活动底座12内导向移动，且所述弹性元件10通过所述第一导向装置进行导向移动。

进一步的，所述第一安装座13与所述第二安装座14之间设有具有弹性的第一垫片7，所述第一垫片7的形状为环状。所述第一垫片7可为橡胶垫片、硅胶垫片。本实施例中，所述第一垫片7为橡胶垫片。所述第一垫片7能够削减本传感器装置在测试过程中由于所述活动底座12与外界接触时，外界扰动造成的振荡干扰。

进一步的，所述顶盖1设有安装孔，所述安装孔内设有接头2，内部连接线3一端与所述接头2连接，所述内部连接线3另一端与所述传感器本体8螺接。通过所述接头2，本传感器装置能够与外部设备连接。

进一步的，所述顶盖1上端呈圆弧状，这样能够保证手部按压的舒适度。

进一步的，所述顶盖1与所述外壳5的一端卡接设置，通过卡接设置的方式，所述顶盖1不但能与所述外壳5固定，当需要对所述第一弹簧4进行更换时，还可以将所述顶盖1从所述外壳5中拔出，简单方便。

实施例2

本实施例与实施例1相比，区别之处在于提供了一种第一导向装置结构。

具体结构如图6所示：所述第一导向装置为导杆11，所述第一安装座13贯通设有第一通孔，所述导杆11按照顺序穿过所述第一通孔、所述弹性元件10，且所述导杆11一端与所述第二安装座14螺接，所述导杆11为竖直杆。本实施例中，所述第一通孔的数量为三个。

所述导杆11能够起到导向作用，当所述外壳5在所述活动底座12内移动时，所述导杆11能够对所述外壳5进行导向，防止所述外壳5在移动过程中偏离。与此同时，所述导杆11也能够为所述弹性元件10提供导向作用，防止所述弹性元件10在压缩时位置偏离。一根导杆11，能够提供双重导向作用，节约了资源，减少了成本。

实施例3

本实施例与实施例2相比，区别之处在于提供了一种传感器支座6结构。

具体结构如图6所示：所述第一弹簧4与所述传感器本体8之间设有传感器支座6，所述传感器支座6呈中空圆柱状设置，其外周壁设有第三安装座15，所述第三安装座15同样为中空圆柱状设置。所述传感器本体8嵌入所述传感器支座6远离所述第三安装座15的一端内，且所述传感器本体8与所述传感器支座6之间通过横向螺丝固定，本实施例中，所述横向螺丝的数量为三个。所述传感器支座6上方设有第二导向装置，所述第一弹簧4通过所述第二导向装置进行导向移动；所述第三安装座15位于所述第一安装座13上方，且所述第三安装座15设有第二通孔，所述导杆11位于所述第二通孔内。

所述第二导向装置具有导向作用，防止所述第一弹簧4在压缩过程中位置偏离，确保所述第一弹簧4在每一次下压的过程中情况一致，所述第一弹簧4对所述传感器本体8施加的弹力也是一致的。

进一步的，所述传感器支座6与所述传感器本体8之间设有具有弹性的第二垫片9，所述第二垫片9的形状为环状。所述第一垫片7可为橡胶垫片、硅胶垫片。本实施例中，所述第一垫片7为橡胶垫片。所述第二垫片9能够削减本传感器装置在测试过程中由于所述活动底座12与外界接触时，外界扰动造成的振荡干扰。

实施例4

本实施例与实施例3相比，区别之处在于提供了一种第二导向装置结构。

具体结构如图6所示：所述第二导向装置为中空设置的筒状结构，所述第一弹簧4设置在所述第二导向装置内。

所述第二导向装置不仅能对所述第一弹簧4进行导向，防止所述第一弹簧4在压缩时发生位置偏离，并且所述第二导向装置还能为所述第一弹簧4提供容纳空间。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，包括传感器本体，所述传感器本体上方设有第一弹簧，所述第一弹簧上方设有按压所述第一弹簧的顶盖；所述第一弹簧设在中空设置的外壳内，所述外壳外周壁设有对所述外壳移动进行限位的限位块；所述顶盖与所述外壳的一端连接；所述传感器本体设在中空设置的活动底座内；所述外壳的另一端套设在所述活动底座一端内，且所述外壳在所述活动底座内移动；所述外壳套设在所述活动底座的一端设有第一安装座，所述活动底座内设有第二安装座；弹性元件一端与所述第一安装座连接，所述弹性元件的另一端与所述第二安装座连接；所述第二安装座设有供所述传感器本体移动的移动孔。

2.根据权利要求1所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述第一安装座与所述第二安装座之间设有第一导向装置，所述外壳通过所述第一导向装置在所述活动底座内导向移动，且所述弹性元件通过所述第一导向装置进行导向移动。

3.根据权利要求2所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述第一导向装置为导杆，所述第一安装座贯通设有第一通孔，所述导杆按照顺序穿过所述第一通孔、所述弹性元件，且所述导杆一端与所述第二安装座螺接。

4.根据权利要求3所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述第一弹簧与所述传感器本体之间设有传感器支座；所述传感器本体嵌入所述传感器支座一端，且所述传感器本体与所述传感器支座之间通过螺丝固定；所述传感器支座上方设有第二导向装置，所述第一弹簧通过所述第二导向装置进行导向移动；所述传感器支座外周壁设有第三安装座，所述第三安装座位于所述第一安装座上方，且所述第三安装座设有第二通孔，所述导杆位于所述第二通孔内。

5.根据权利要求4所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述第一安装座与所述第三安装座之间设有具有弹性的第一垫片。

6.根据权利要求4所述的一种适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述传感器支座与所述传感器本体之间设有具有弹性的第二垫片。

7.根据权利要求5所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述第二导向装置为中空设置的筒状结构，所述第一弹簧设置在所述第二导向装置内。

8.根据权利要求1所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述顶盖设有安装孔，所述安装孔内设有接头，内部连接线一端与所述接头连接，所述内部连接线另一端与所述传感器本体螺接。

9.根据权利要求1所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述顶盖上端呈圆弧状。

10.根据权利要求1所述的适用于冲击回波法检测的传感器装置，其特征在于，所述顶盖与所述外壳的一端卡接设置。

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