CN203365393U - 声测换能器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种声测换能器。包括：薄壁无缝钢管、固定在所述薄壁无缝钢管内壁的底部的预压弹簧、固定在预压弹簧上的预压底板、设置在预压底板上的压电陶瓷管、设置在压电陶瓷管上的压电陶瓷管信号输出线、与压电陶瓷管信号输出线相连的前置放大器、设置在压电陶瓷管与薄壁无缝钢管之间的透声填充层、设置在压电陶瓷管顶部的压电陶瓷管预压上卡板、设置在前置放大器上的前置放大器输出线、与前置放大器输出线相连的、贯穿电缆护套及电缆锁紧卡条的信号输出电缆、用于密封的第二环氧树脂密封体及用于密封的第一环氧树脂密封体。应用本实用新型声测换能器，可显著减少预埋声测管钢材使用量、降低声波透射法检测费用。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波检测，尤其涉及一种声测换能器。
背景技术
为确保桥梁基桩、抗滑桩等的施工质量，国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）和《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2008）规定了采用声波透射法对桥梁基桩、抗滑桩等的完整性进行质量检测，判定桩身缺陷、位置和桩身完整性类别。
其中，声波透射法检测是指在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测的方法；而声波透射法检测中用于发射并接收声波的器件为声测换能器，且声测换能器安置于预埋声测管内。
声测换能器是利用陶瓷的压电效应将超声波产生的机械振动变为电信号或在电场驱动下产生机械振动从而发出超声波的器件，而其中，利用陶瓷的压电效应制成的元件称为压电元件。
当电信号频率接近压电片的固有频率时，压电元件靠逆压电效应产生机械谐振，谐振频率主要决定于压电元件的尺寸和形状。现有声测换能器中采用的压电元件大多使用不同数量的压电陶瓷圆片组合形成一个长圆柱体，由于压电陶瓷圆片的机电转换效能低，为保证声测换能器必要的机电转换灵敏度和主频，需采用直径较大的压电陶瓷圆片，进而，导致声测换能器的直径较大，用于安置声测换能器的预埋声测管也需采用较大直径。在主频为30～60kHz条件下，现有声测换能器的直径均在25～36mm之间，需采用外径为60mm，内径为53mm，壁厚为3.5mm的直径较大的2″钢管作为预埋声测管，预埋声测管钢材使用量大，声波透射法检测费用高。
实用新型内容
本实用新型实施例提供的一种声测换能器，可显著减少预埋声测管钢材使用量、降低声波透射法检测费用。
为达到上述目的，本实用新型实施例提供了一种声测换能器，其特征在于，包括：信号输出电缆、电缆护套、电缆锁紧卡条、第一环氧树脂密封体、第二环氧树脂密封体、前置放大器输出线、前置放大器、压电陶瓷管信号输出线、压电陶瓷管预压上卡板、压电陶瓷管、透声填充层、薄壁无缝钢管、预压底板以及预压弹簧；其中，
所述预压弹簧固定在所述薄壁无缝钢管内壁的底部，所述预压底板固定在所述预压弹簧上，所述预压底板上设置有所述压电陶瓷管，所述压电陶瓷管上设置的所述压电陶瓷管信号输出线连接至所述前置放大器，在所述压电陶瓷管与所述薄壁无缝钢管之间，设置有所述透声填充层，所述压电陶瓷管的顶部，设置有所述压电陶瓷管预压上卡板，所述压电陶瓷管预压上卡板上，设置有所述前置放大器，设置在所述前置放大器上的所述前置放大器输出线，连接至所述信号输出电缆；
所述第二环氧树脂密封体位于所述前置放大器上，将所述前置放大器与所述信号输出电缆的连接处、所述前置放大器、所述压电陶瓷管信号输出线、所述压电陶瓷管预压上卡板、所述压电陶瓷管、所述透声填充层、所述薄壁无缝钢管、所述预压底板以及所述预压弹簧密封于所述薄壁无缝钢管内；
所述信号输出电缆贯穿所述电缆护套及所述电缆锁紧卡条，所述电缆锁紧卡条将所述电缆护套固定在所述薄壁无缝钢管上；
所述第一环氧树脂密封体将所述信号输出电缆密封于所述薄壁无缝钢管内。
较佳地，所述电缆护套及所述电缆锁紧卡条的中心分别开设有与信号输出电缆具有相同直径的通孔。
较佳地，所述信号输出电缆从所述电缆护套及所述电缆锁紧卡条的通孔中穿过，一端延伸出声测换能器，另一端延伸至所述薄壁无缝钢管内。
较佳地，所述延伸至所述薄壁无缝钢管内的信号输出电缆的另一端，与所述前置放大器通过所述前置放大器输出线相连。
较佳地，所述电缆锁紧卡条的直径与薄壁无缝钢管的管口直径相同。
较佳地，所述压电陶瓷管预压上卡板的中心开设有通孔，压电陶瓷管上设置的压电陶瓷管信号输出线通过通孔连接到前置放大器。
较佳地，所述压电陶瓷管内部为空心圆柱形结构。
较佳地，进一步包括：螺纹连接头以及配重块，其中，
所述配重块位于所述声测换能器的底部，所述薄壁无缝钢管外壁的底部中心开设有螺纹孔，所述螺纹连接头通过螺纹孔将配重块与薄壁无缝钢管连接。
较佳地，所述配重块两侧开设有用于卡放橡胶扶正器的扶正器装配卡槽。
较佳地，所述声测换能器的外径为19mm，总长度为205mm，压电陶瓷管长度为100mm。
由上述技术方案可见，本实用新型实施例提供的一种声测换能器，采用小直径圆柱形管状结构的压电陶瓷管作为压电元件，减小了换能器的直径，进而，可以采用直径较小的钢管制作预埋声测管，减小预埋声测管钢材使用量、降低声波透射法检测费用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。
图1为本实用新型实施例声测换能器结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
现有声测换能器中采用的压电陶瓷圆片的机电转换效能低，为保证声测换能器必要的机电转换灵敏度和主频，需采用直径较大的压电陶瓷圆片，进而，声测换能器的直径较大，用于安置声测换能器的预埋声测管也需采用较大直径，导致预埋声测管钢材使用量大，声波透射法检测费用高。
基于上述现有技术的不足，本实用新型实施例提供了一种声测换能器，采用小直径圆柱形管状结构的压电陶瓷管作为压电元件，机电转换效能高，可减小换能器的直径并增加换能器的主频，进而，可以采用直径较小的钢管制作预埋声测管，减小预埋声测管钢材使用量、降低声波透射法检测费用。
图1为本实用新型实施例声测换能器结构示意图。参见图1，该声测换能器包括：信号输出电缆1、电缆护套2、电缆锁紧卡条3、第一环氧树脂密封体4、第二环氧树脂密封体5、前置放大器输出线6、前置放大器7、压电陶瓷管信号输出线8、压电陶瓷管预压上卡板9、压电陶瓷管10、透声填充层11、薄壁无缝钢管12、预压底板13、预压弹簧14、螺纹连接头15、配重块16、扶正器装配卡槽17。其中，
薄壁无缝钢管12外壁的底部中心通过螺纹连接头15与配重块16相连；
预压弹簧14固定在薄壁无缝钢管12内壁的底部，预压底板13固定在预压弹簧14上，预压底板13上设置有压电陶瓷管10，压电陶瓷管10上设置的压电陶瓷管信号输出线8连接至前置放大器7，在压电陶瓷管10与薄壁无缝钢管12之间，设置有透声填充层11，压电陶瓷管10的顶部，设置有压电陶瓷管预压上卡板9，压电陶瓷管预压上卡板9上，设置有前置放大器7，前置放大器7上的前置放大器输出线6，连接至信号输出电缆1；
第二环氧树脂密封体5位于前置放大器7上，将前置放大器7与信号输出电缆1的连接处、前置放大器7、压电陶瓷管信号输出线8、压电陶瓷管预压上卡板9、压电陶瓷管10、透声填充层11、薄壁无缝钢管12、预压底板13以及预压弹簧14密封于薄壁无缝钢管12内；
信号输出电缆1贯穿电缆护套2及电缆锁紧卡条3，电缆锁紧卡条3将电缆护套2固定在薄壁无缝钢管12上；
第一环氧树脂密封体4将信号输出电缆1密封于薄壁无缝钢管12内。
本实用新型中，电缆护套2及电缆锁紧卡条3的中心分别开设有与信号输出电缆1具有相同直径的通孔，信号输出电缆1从电缆护套2及电缆锁紧卡条3的通孔中穿过，一端延伸出声测换能器，另一端延伸至薄壁无缝钢管12内，与前置放大器7通过前置放大器输出线6相连；
前置放大器输出线6，用于将前置放大器7输出信号连接到信号输出电缆1。
较佳地，信号输出电缆1中延伸出声测换能器的一端，可以用于连接声波检测仪。
其中，将信号输出电缆1贯穿电缆护套2，目的在于保护电缆，避免磨损及破坏；电缆锁紧卡条3的直径与薄壁无缝钢管12的管口直径相同，用于固定信号输出电缆1。
本实用新型中，压电陶瓷管预压上卡板9的中心开设有通孔，压电陶瓷管10内部为空心圆柱形结构，这样，压电陶瓷管信号输出线8可安置于压电陶瓷管10内部，贯穿压电陶瓷管预压上卡板9的通孔，将压电陶瓷管信号连接到前置放大器7；其中，压电陶瓷管预压上卡板9用于使压电陶瓷管10保持预压；压电陶瓷管10用于将径向振动波转换成电信号，或将电信号转换成径向振动波。
位于薄壁无缝钢管12内壁底部的预压底板13和预压弹簧用于保持压电陶瓷管10的预压。
薄壁无缝钢管12外壁的底部中心开设有螺纹孔，螺纹连接头15通过螺纹孔将配重块16与薄壁无缝钢管12连接；其中，配重块16能增加声测换能器的重量，在实际应用中，使声测换能器能够克服水的浮力，顺利放入充满水的预埋声测管中。
较佳地，配重块两侧开设有扶正器装配卡槽17，用于卡放橡胶扶正器，保证声测换能器在预埋声测管中央。
本实用新型实施例声测换能器可以作为声波透射法检测的接收端，称为接收换能器；当声测换能器作为接收换能器时，在接收到发射换能器传播来的声波振动波后，振动波经薄壁无缝钢管12和透声填充层11传播到压电陶瓷管10；压电陶瓷管10产生径向振动，并将径向振动转变成电信号；电信号经压电陶瓷管信号输出线8输入至前置放大器7；前置放大器7将电信号放大后，经前置放大器输出线6和信号输出电缆1连接到声波检测仪；
其中，所述发射换能器为本实用新型实施例声测换能器的变型，即，延伸至薄壁无缝钢管12内的信号输出电缆1的另一端，不与前置放大器7通过前置放大器输出线6相连，而是与压电陶瓷管10通过压电陶瓷管信号输出线8相连；
将发射换能器连接到声波检测仪之后，可以通过信号输出电缆1接收声波检测仪产生的高压电信号，并将接收的高压电信号经压电陶瓷管信号输出线8施加到压电陶瓷管10上，压电陶瓷管10产生径向振动波，经透声填充层11和薄壁无缝钢管12向外发射声波振动波。
本实用新型中，声测换能器的外径仅为19mm，其主频达到80～90kHz，可以内置50倍的放大器，发射耐压大于1000V，总长度为205mm，压电陶瓷管长度为100mm，使用温度范围为-5℃～45℃。因此可以采用外径为42.25mm，内径为35.75mm，壁厚为3.25mm的1.25″钢管，相比现有技术采用的2″钢管，可节省35.6%的钢材使用量，降低了声波透射法检测费用。以桩径1.5m、桩长50.0m、每根桩3根声测管、8根桩的一个铁路桥梁承台为例，共可节省钢材约4104kg，经济效益明显。
本实用新型的声测换能器适用于桩径≤1.8m、预埋声测管不小于1.25″钢管（外径42.25mm，内径35.75mm,壁厚3.25mm）的铁路、公路、市政等桥梁基桩和抗滑桩的声波透射法检测，应用范围广。
显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种声测换能器，其特征在于，包括：信号输出电缆、电缆护套、电缆锁紧卡条、第一环氧树脂密封体、第二环氧树脂密封体、前置放大器输出线、前置放大器、压电陶瓷管信号输出线、压电陶瓷管预压上卡板、压电陶瓷管、透声填充层、薄壁无缝钢管、预压底板以及预压弹簧；其中，
所述预压弹簧固定在所述薄壁无缝钢管内壁的底部，所述预压底板固定在所述预压弹簧上，所述预压底板上设置有所述压电陶瓷管，所述压电陶瓷管上设置的所述压电陶瓷管信号输出线连接至所述前置放大器，在所述压电陶瓷管与所述薄壁无缝钢管之间，设置有所述透声填充层，所述压电陶瓷管的顶部，设置有所述压电陶瓷管预压上卡板，所述压电陶瓷管预压上卡板上，设置有所述前置放大器，设置在所述前置放大器上的所述前置放大器输出线，连接至所述信号输出电缆；
所述第二环氧树脂密封体位于所述前置放大器上，将所述前置放大器与所述信号输出电缆的连接处、所述前置放大器、所述压电陶瓷管信号输出线、所述压电陶瓷管预压上卡板、所述压电陶瓷管、所述透声填充层、所述薄壁无缝钢管、所述预压底板以及所述预压弹簧密封于所述薄壁无缝钢管内；
所述信号输出电缆贯穿所述电缆护套及所述电缆锁紧卡条，所述电缆锁紧卡条将所述电缆护套固定在所述薄壁无缝钢管上；
所述第一环氧树脂密封体将所述信号输出电缆密封于所述薄壁无缝钢管内。
2.根据权利要求1所述的声测换能器，其特征在于，所述电缆护套及所述电缆锁紧卡条的中心分别开设有与信号输出电缆具有相同直径的通孔。
3.根据权利要求2所述的声测换能器，其特征在于，所述信号输出电缆从所述电缆护套及所述电缆锁紧卡条的通孔中穿过，一端延伸出声测换能器，另一端延伸至所述薄壁无缝钢管内。
4.根据权利要求3所述的声测换能器，其特征在于，所述延伸至所述薄壁无缝钢管内的信号输出电缆的另一端，与所述前置放大器通过所述前置放大器输出线相连。
5.根据权利要求4所述的声测换能器，其特征在于，所述电缆锁紧卡条的直径与薄壁无缝钢管的管口直径相同。
6.根据权利要求1所述的声测换能器，其特征在于，所述压电陶瓷管预压上卡板的中心开设有通孔，压电陶瓷管上设置的压电陶瓷管信号输出线通过通孔连接到前置放大器。
7.根据权利要求1所述的声测换能器，其特征在于，所述压电陶瓷管内部为空心圆柱形结构。
8.根据权利要求1至7任一项所述的声测换能器，其特征在于，进一步包括：螺纹连接头以及配重块，其中，
所述配重块位于所述声测换能器的底部，所述薄壁无缝钢管外壁的底部中心开设有螺纹孔，所述螺纹连接头通过螺纹孔将配重块与薄壁无缝钢管连接。
9.根据权利要求8所述的声测换能器，其特征在于，所述配重块两侧开设有用于卡放橡胶扶正器的扶正器装配卡槽。
10.根据权利要求8所述的声测换能器，其特征在于，所述声测换能器的外径为19mm，总长度为205mm，压电陶瓷管长度为100mm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104034803A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-09-10 | 福建省建筑科学研究院 | 主被动波导监测桥梁拉吊索损伤的传感装置及其监测方法 |
| CN105490227A (zh) * | 2016-02-20 | 2016-04-13 | 周栋 | 电缆保护管的连接器 |
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2013
- 2013-07-08 CN CN 201320404030 patent/CN203365393U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN104034803A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-09-10 | 福建省建筑科学研究院 | 主被动波导监测桥梁拉吊索损伤的传感装置及其监测方法 |
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