CN201754086U - 高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器 - Google Patents

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胡富翔
周进节
刘增华
邵宏
张慧昕
王泽林
何存富
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高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器属于无损检测领域，涉及超声波长度测量传感器。由长方体形的传感器外壳(2)、嵌于传感器外壳(2)下面的压电片(5)、嵌于传感器外壳(2)上面的射频插座(1)以及覆着在压电片(5)上下表面并与射频插座(1)连接的电极(3)组成。该传感器收发一体的，压电片与射频插座紧密设计在传感器外壳中；并且长方体形的传感器外壳与专用的夹具配合，使传感器与立柱实现简单、有效的接触，从而实现护栏立柱的快速高效的检测。

Description

高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器
技术领域
高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器属于无损检测领域，涉及超声波长度测量传感器，尤其涉及高速公路护栏立柱埋地深度检测的传感器。
背景技术
高速公路的交通安全防撞护栏起着有效降低车辆冲击力、减缓车速、防止车辆冲出路基的作用，钢立柱是护栏的主要承载部件。然而交通安全防撞设施钢立柱的施工是隐蔽工程，也是生命线工程，施工健康的好坏直接关系到护栏整体结构的安全运行。在我国，存在施工单位诚信度低，施工监理难以进行全过程有效监督的问题。因此，施工过程中偷工减料，有意缩短钢立柱埋置深度的事情时有发生，导致防撞护栏的防护作用大大降低，达不到设计要求，造成了工程质量缺陷。同时由于护栏立柱所处环境较恶劣，如水分、潮湿空气、雨水等液体渗入到地层中，经过长时间使用的护栏立柱将会发生局部腐蚀而导致立柱的腐蚀断裂。由于公路护栏立柱部分埋置于公路的路基中，可见其失效形式存在着很强的隐蔽性，对其进行有效的检测特别是埋地部分存在很大的困难。
国家标准目前采用方法是将立柱拔出检验，或者开挖，也有用敲击震动的人工方法。目前最为便捷的护栏立柱检测技术是超声导波无损检测新技术，而该检测技术中用的传感器主要是压电片环，粘贴压电片环的方法成本高、效率低，不能实现压电片的重复利用，该方法仅适合实验室的研究阶段，无法应用到实际工程中去。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够实际应用的高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器，主要用于高速公路护栏立柱埋地深度的检测，进而获得护栏立柱的埋地深度和护栏立柱基础土压实度，能够对处于不同介质环境中的护栏立柱进行经济、快捷和有效的检测。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为：设计一种高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器，包括有传感器外壳、压电片、射频插座以及覆着在压电片上下表面并与射频插座连接的电极。传感器外壳为长方体形，长方体上表面内嵌有射频插座，长方体下表面中心位置设有长条形压电片，其长度与下表面的长棱边等长，并且下表面的两长棱边设成倒角；电极与射频插座通过从传感器外壳内部穿过的导线连接；在压电片的下表面粘贴有保护层；并且，传感器外壳、压电片、保护层之间通过粘接剂连接。
所述的传感器外壳为不锈钢或其它与压电片声阻抗接近的硬质材料。
所述的用于压电片和传感器外壳以及保护层之间的粘接剂是环氧树脂618∶邻苯二甲酸二丁酯∶二乙烯三胺按重量比为4∶3∶3来配制的。
所述保护层为刚玉。
所述射频插座采用MMCX射频插座。
所述压电片采用长度伸缩型PZT-5A压电陶瓷片。
本实用新型的有益效果为：传感器收发一体，压电片与射频插座紧密设计在传感器外壳中；并且长方体形的传感器外壳与专用的夹具配合，使传感器与立柱实现简单、有效的接触，从而实现护栏立柱的快速高效的检测。
附图说明
图1是高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器一实施例的结构示意图。
图中：1、射频插座，2、传感器外壳，3、电极，4、保护层，5、压电片，6、引线，7、粘接剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步的详述，以下实施例只是描述性的不是限定性的，不能以此来限定本实用新型的保护范围。
由图1所示的实施例可知，它主要包括有压电片5，与压电片相连的电源引线6，传感器外壳2和保护层4。所述的压电片5为上下表面覆着电极3的PZT-5A压电陶瓷片，上表面电极通过引线6与安装在传感器外壳2中的射频插座1上的正极连接，其下表面电极3通过引线与安装在传感器外壳2中的射频插座1上的负极连接，在压电片5的下表面粘贴有保护层4。传感器外壳2的为立方体形，其下表面的长棱边倒角为斜面。
本实施例中主要器件的参数如下选择：
本传感器的设计是基于超声导波技术和常规的超声传感器技术，将这两种技术有机的结合起来，然后根据高速公路护栏立柱的特点，对传感器主要进行以下几个方面的选择：压电元件、传感器的背衬材料、探头频率和保护层。
1、压电元件的选择
根据超声导波在立柱中的传播特征以及要实现传感器收发一体的功能，同时考虑到本传感器低成本、高效率的检测特点。本实施例中的传感器采用PZT-5A型压电元件，工作模式为长度伸缩型或者厚度切变型压电片，并且采用长度伸缩型压电片，压电片5的尺寸为20mm×4mm×0.5mm(长×宽×高)。同时，所使用的压电片5进行不翻边处理。
2、传感器背衬材料的选择
由于压电片受到脉冲电信号的激励后，既向前方辐射声能，同时也向后方辐射声能。当压电片接收到立柱的端面回波信号时，该回波信号里夹杂有后向反射回来的干扰信号，这对检测带来了很大的困难，所以要加背衬材料消除后方的杂波干扰。同时背衬材料还可以大大减小压电片的二次压电效应，减小回波的持续时间，提高传感器的分辨力。由于不锈钢材料的声阻抗与PZT-5A的声阻抗非常接近，有利于后方辐射声波的吸收，所以本传感器的背衬材料选择为不锈钢材料，背衬层的制作按照图1的结构进行加工，同时该背衬层即作为传感器的外壳2。
3、探头频率的选择
根据护栏立柱的具体参数，计算出立柱的群速度频散曲线，在20kHz-200kHz范围内选择频散小、传播速度快的导波模态。选定特定的频率后，根据传感器的设计理论，设计出合适的超声导波传感器。
4、保护层的选择
由于压电片PZT-5A受到不均匀的压力后易碎，而且压电片表面的电极容易受到磨损。所以设计传感器时要注意对压电片的保护，同时要保证保护层表面的平整，传感器外壳的结构形式有利于实现压电片和保护层表面的平整。除此之外还要考虑保护层材料的选择，因为要使声波最大程度的进入立柱中，要减少声波经过保护层后的损失，就要实现阻抗匹配。本实施例选择长、宽、高分别为22mm×4mm×0.3mm的刚玉作为传感器的保护层4。
此外，本实施例中采用的粘接剂是环氧树脂618∶邻苯二甲酸二丁酯∶二乙烯三胺按重量比为4∶3∶3来配制的，电极引线采用Φ0.2的漆包线，射频插座(1)采用MMCX射频插座。
该传感器配合传感器专用夹具使用，可以快速高效的对高速公路护栏立柱进行检测，由于该传感器成本低，稳定性好而且可以重复利用，所以在实际的工程检测中可以得到很好的应用。

Claims (5)

1.高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器，包括有传感器外壳(2)、压电片(5)、射频插座(1)以及覆着在压电片(5)上下表面并与射频插座(1)连接的电极(3)，其特征在于：传感器外壳(2)为长方体形，长方体上表面内嵌有射频插座(1)，长方体下表面中心位置设有长条形压电片(5)，其长度与下表面的长棱边等长，并且下表面的两长棱边设成倒角；电极(3)与射频插座(1)通过从传感器外壳(2)内部穿过的导线连接；在压电片(5)的下表面粘贴有保护层(6)；并且，传感器外壳(2)、压电片(5)、保护层(6)之间通过粘接剂连接。
2.如权利要求1所述的高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器，其特征在于：所述的传感器外壳(2)为不锈钢材料。
3.如权利要求1或2所述的高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器，其特征在于：所述保护层(6)为刚玉。
4.如权利要求1或2所述的高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器，其特征在于：所述射频插座(1)采用MMCX射频插座。
5.如权利要求1或2所述的高速公路护栏立柱超声导波检测专用传感器，其特征在于：所述压电片(5)采用长度伸缩型PZT-5A压电陶瓷片。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105423967A (zh) * 2016-01-25 2016-03-23 国网浙江慈溪市供电公司 一种用于测量电线杆掩埋深度的手持式测量仪及其控制器
CN105509666A (zh) * 2015-12-01 2016-04-20 国网浙江省电力公司丽水供电公司 水泥杆埋深检测方法
CN108375356A (zh) * 2018-03-12 2018-08-07 交通运输部公路科学研究所 护栏的立柱长度确定方法、装置及计算机可读存储介质

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