CN205840862U - 一种成孔成槽多参数综合检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种成孔成槽多参数综合检测装置。该装置的检测探头包括电机组件、探针组件、探头电路板和超声波换能器，电机组件的电机固定在轴承座上且电机的动力输出端与设于轴承座上方的第一齿轮轴连接，第一齿轮与探针组件的设于轴承座上方的第二齿轮啮合，带动探针组件中的丝杆运动，探头电路板中的控制单元接收地面主机的控制信号和向地面主机传输电机工作电流信号和倾角传感器检测到的倾角信号，电机工作电流的相对变化等效于探针所受压力的相对变化，超声波换能器设于腔体的侧壁上且通过电缆与地面主机连接。通过下放一次检测探头即可实现不同深度位置的孔径孔斜检测和沉渣厚度检测，提高了检测效率且测量结果准确可靠。

Description

一种成孔成槽多参数综合检测装置

技术领域

本实用新型涉及工程技术中钻孔灌注桩成孔或地下连续墙成槽施工质量检测技术领域，具体涉及一种成孔成槽多参数综合检测装置。

背景技术

钻孔灌注桩成孔的孔径、孔斜(垂直度)、孔深和沉渣厚度是评价桩孔施工质量的四个主要技术指标，《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》、《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》、天津地方规范《钻孔灌注桩成孔、地下连续墙成槽检测技术规程DB/T29-112-2010》和江苏省地方规范《钻孔灌注桩成孔、地下连续墙成槽质量检测技术规程DGJ32TJ 117-2011》等规范均对此作了明确规定。

其中，在现有技术中，孔径和孔斜通常采用一种检测设备进行检测，如超声波成孔检测设备，沉渣厚度采用另一种检测设备进行检测，如电参量法或测针测饼法沉渣厚度检测仪。在工程实际检测中，成孔施工完成后，先用成孔检测设备对孔径孔斜进行检测，然后再换用沉渣厚度检测设备检测孔底沉渣厚度。这样，要完成一次完整的成孔施工质量检测任务，需要准备多套不同设备，在检测过程中，不同设备之间的更换需耗费更多的时间，影响施工进度。

此外，现有的孔底沉渣厚度检测方法包括带倾角测量的测针测饼法，该方法采用倾角传感器实时测定探头的倾斜角度并上传到检测仪器，实时显示倾角-探针伸出长度曲线，从倾角曲线上寻找角度突然变大的拐点，拐点对应的探针伸出长度即为沉渣厚度，没有拐点出现即判定为沉渣厚度超出了探针检测范围。但是该方法存在如下不足：当沉渣表面很平整时，测针抵住硬岩并将探头顶起，若探头不明显倾斜，倾角曲线无明显变化拐点，此时会误判为沉渣厚度超出了探针检测范围；当沉渣表面很不平整时，探头起始倾斜角度就很大，探头在倾斜状态下工作时，测针稍遇阻力即会使探头倾斜角度更大，在倾角曲线上会误判为已经达到沉渣下表面。因而该方法测量结果既不可靠也不准确。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种既能提高成孔检测效率，又能提高孔径、孔斜和沉渣厚度检测准确性和可靠性的成孔成槽多参数综合检测装置。

一种成孔成槽多参数综合检测装置，包括检测探头、通过电缆与检测探头连接的地面电缆绞车、通过信号线与地面电缆绞车连接的地面主机；

检测探头包括密封腔体组件、电机组件、探针组件、探头电路板和超声波换能器；

密封腔体组件包括从下到上依次同轴设置的腔底盘、腔体、腔体盖；腔体盖的顶部设有用于固定电缆一端的固定孔，腔体盖与腔体的顶部密封连接；腔体的底部设有底部固定座，底部固定座的下侧通过动密封螺母与腔底盘密封连接；

电机组件包括轴承座、电机、第一齿轮；轴承座的两端通过连接件与腔体内壁固定；电机固定于轴承座上，且电机的动力输出端与设于轴承座上方的第一齿轮轴连接；

探针组件包括探针、牵引螺母、丝杆、第二齿轮、两个导向轴；探针设置在牵引螺母底部，探针依次穿过并伸出底部固定座、动密封螺母和腔底盘；牵引螺母与丝杆同轴套合；丝杆的轴承部固定在轴承座上，丝杆的顶部通过设于轴承座上方的第二齿轮与第一齿轮啮合；两根导向轴与丝杆平行设置，且导向轴的一端固定在轴承座上，导向轴的另一端固定在动密封螺母的限位孔内；牵引螺母两侧的限位凸起与两根导向轴滑动配合；

探头电路板的一端固定在腔体盖内侧，且探头电路板设于轴承座的另一侧；探头电路板包括控制单元、倾角传感器、电流A/D转换器、RS485接口、电源模块；电源模块分别与控制单元、电机电连接；电流A/D转换器一端与电机电连接，电流A/D转换器另一端与控制单元电连接；倾角传感器与控制单元电连接；控制单元通过与RS485接口电连接的电缆接收地面主机的控制信号和向地面主机传输倾角信号和电机工作电流信号；控制单元的输出端与电机的控制端电连接；其中，电机工作电流的相对变化等效于探针所受压力的相对变化；

超声波换能器设于腔体的侧壁上，且超声波换能器通过电缆的信号线与地面主机电连接。

采用本实用新型的成孔成槽多参数综合检测装置，能在检测探头从孔口下放到孔底的过程中启动孔径孔斜检测功能，通过超声波换能器测定不同深度位置的孔径和孔斜，能在检测探头下放到孔底后启动沉渣厚度检测功能，通过同步测定检测探头的倾角和探针压力，两者相互验证，提高了沉渣下分界面判定的可靠性和准确性，进而实现了下放一次检测探头即可完成成孔成槽多参数检测功能，提高了检测效率和准确性。另外，通过探头倾角参量来判断探头的初始状态，并对探头初始状态做出调整，可保证探针垂直向下伸出，提高检测结果的准确性；将探针丝杆与电机平行设置，大大减小了探头的长度，有利于增大沉渣厚度检测的量程范围；将电机工作电流等效于探针所受压力，简化了探头结构，提高了探头工作可靠性和准确性。

附图说明

图1为本实用新型成孔成槽多参数综合检测装置的结构示意图；

图2为检测探头的结构示意图；

图3为图2中I处放大图；

图4为检测探头的剖面图；

图5为探头电路板的结构框图；

图6A为压力-探针伸出长度曲线；

图6B为倾角-探针伸出长度曲线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种成孔成槽多参数综合检测装置，如图1所示，包括：检测探头100、地面主机200和地面电缆绞车300，检测探头100通过电缆400与地面电缆绞车300连接，地面电缆绞车300通过信号线与地面主机200连接。

如图1至4所示，检测探头100包括密封腔体组件101、电机组件102、探针组件103、探头电路板104和超声波换能器105。具体的，密封腔体组件101包括从下到上依次同轴设置的腔底盘1011、腔体1012、腔体盖1014。腔体盖1014的顶部设有用于固定电缆400一端的固定孔1016。腔体盖1014与腔体1012的顶部密封连接。腔体1012的底部设有底部固定座1017，底部固定座1017的下侧通过动密封螺母1013与腔底盘1011密封连接。优选的，腔体盖1014的上方一侧设有与电缆400的防水插头连接的防水插座1015。

电机组件102包括轴承座1021、电机1022、第一齿轮1023。轴承座1021的两端通过连接件与腔体1012内壁固定。电机1022固定于轴承座1021上，且电机1022的动力输出端与设于轴承座上方的第一齿轮1023轴连接。

探针组件103包括探针1031、牵引螺母1032、限位开关触头1033、丝杆1034、上限位开关1035、下限位开关1036、下限位开关固定座1037、第二齿轮1038、两个导向轴1039。探针1031设置在牵引螺母1032底部，探针1031依次穿过并伸出底部固定座1017、动密封螺母1013和腔底盘1011。牵引螺母1032与丝杆1034同轴套合，且牵引螺母1032的上方设有限位开关触头1033。丝杆1034的轴承部固定在轴承座1021上，丝杆1034的顶部通过设于轴承座(1021)上方的第二齿轮1038与第一齿轮1023啮合。两根导向轴1039与丝杆1034同轴套合，且导向轴1039的一端固定在轴承座1021上，导向轴1039的另一端固定在动密封螺母1013的限位孔内。牵引螺母1032两侧的限位凸起与两根导向轴1039滑动配合。上限位开关1035的一端固定在轴承座1021底部。下限位开关固定座1037设于底部固定座1017同轴套合。下限位开关固定座1037上设有与上限位开关1035相对设置的下限位开关1036。

优选的，动密封螺母1013内设有压入式密封圈和压紧螺母，探针1031在密封圈内来回运动不漏水。具体的，探针1031与密封腔体组件101的动密封采用O型密封圈与唇形压入式密封圈结合方式，通过调节唇形压入式密封圈压紧螺母的松紧程度来调节动密封的等级，提高密封腔体组件101的防水性能。唇形压入式密封圈前端的O型密封圈作为第一层密封既可增强防水性能，又可阻挡泥浆细沙对唇形密封圈的损伤，提高动密封的防水效果和使用寿命。

探头电路板104的一端固定在腔体盖1014内侧，且探头电路板104设于轴承座1021的另一侧。如图5所示，探头电路板104包括控制单元1041、倾角传感器1042、电流A/D转换器1043、RS485接口1044、电源模块1045。电源模块1045分别与控制单元1041、电机1022电连接。电流A/D转换器1043的一端与电机1022电连接，电流A/D转换器1043另一端与控制单元1041电连接。倾角传感器1042与控制单元1041电连接。控制单元1041通过与RS485接口电连接的电缆400接收地面主机200的控制信号和向地面主机200传输实时测定的倾角信号和电机工作电流信号。其中，RS485接口通过RS485双绞线与防水插座1015电连接。控制单元1041与上限位开关1035、下限位开关1036电连接。控制单元1041的输出端与电机1022的控制端电连接。当限位开关触头1033触碰下限位开关1036或上限位开关1035时，控制单元1041控制电机1022停止工作。控制单元1041通过控制电机1022工作控制探针以恒定速度V伸出，同时控制单元1041记录电机开始工作到探针触碰下限位开关1036之间的时间，即探针伸出时间T。探针伸出长度即为恒定速度V乘以探针伸出时间T。由于探针受到阻力后，电机的输出功率增大，与此对应的，电机的输入功率也增大，电机的工作电流也增大，因此，探针所受压力通过测定探头电机工作电流得到，也就是说，电机工作电流的相对变化等效于探针所受压力的相对变化。地面主机200实时显示压力-探针伸出长度曲线和倾角-探针伸出长度曲线。根据图6A、6B分别所示的压力-探针伸出长度曲线、倾角-探针伸出长度曲线，当探针伸出长度为94mm时，倾角和压力突变，则判定沉渣厚度为94mm。

超声波换能器105设置在腔体1012的侧壁上。超声波换能器通过电缆400的信号线与地面主机200电连接。如图2所示，超声波换能器105为多个，多个超声波换能器105沿腔体1012侧壁底部同一周向成对设置，或沿腔体1012侧壁底部不同高度的周向成对设置。

其中，地面电缆绞车既可为电动绞车，也可为手动绞车。电缆绞车带有电缆下放深度检测功能和下限位功能。探头下放到孔底沉渣表面后电缆松弛，触动电缆绞车的下限位开关，电缆绞车停止电缆下放。

使用本实用新型的压力-倾角式沉渣测厚仪进行沉渣厚度测量的具体步骤如下：

步骤(1)：将检测探头的防水插座连接到与电缆绞车连接的电缆的防水插头上，电缆绞车通过信号线与地面主机连接；并设置地面主机参数。

其中，地面主机参数包括但不限于：设计孔深、设计孔径、超声波发射功率、探针最大运动行程。

步骤(2)：地面主机控制电缆绞车下放检测探头，并记录检测探头下放深度。

步骤(3)：在探头下放过程中，地面主机按照设定的深度间隔或时间间隔自动控制超声波换能器沿水平方向发射超声波，超声波换能器同步接收同侧孔壁反射回的超声波信号，并转换成电信号，通过电缆传输至地面主机。

其中，地面主机根据反射的超声波信号实时调整超声波换能器通道的信号增益，衰减噪声，增强孔壁的反射信号。

步骤(4)：地面主机对电信号进行显示、存储、分析和处理，确定孔壁反射信号返回时间，计算该侧超声波换能器与同侧孔壁的距离。

具体的，地面主机对电信号进行程控放大、数字滤波、对数放大等预处理过程，将经A/D转换后的数字信号进行显示、存储、分析和处理。地面主机根据回波波形确定孔壁反射信号返回时间，计算该侧超声波换能器与同侧孔壁的距离。

步骤(5)：探头上的多个超声波换能器在同一深度位置依次完成一次超声波换能器与同侧孔壁的距离测定后，计算所述深度位置的孔径和孔斜，直至检测探头到达孔底。

具体的，当探头到达孔底，电缆绞车下限位开关动作，探头停止下放，下行孔径检测结束。

步骤(6)：判断是否检测沉渣厚度；如果是，转入步骤(7)；如果否，转入步骤(10)。

步骤(7)：地面主机向检测探头的控制单元发送启动测量信号，并开始记录探针伸出时间；控制单元接收启动信号后控制检测探头内的电机工作，使探针以恒定速度伸出；控制单元实时监测检测探头的倾角和电机工作电流，并传输至地面主机。

步骤(8)：地面主机实时显示探头压力-探针伸出长度曲线和倾角-探针伸出长度曲线；其中，电机工作电流的相对变化等效于探针所受压力的相对变化；探针伸出长度等于探针伸出时间乘以恒定速度。

步骤(9)：探针抵达沉渣底部的硬岩层时，探针伸出受阻并将检测探头慢慢顶起，电机负载骤然增大，电机工作电流也突然增大，检测探头的倾角也开始增大，地面主机的探头压力-探针伸出长度曲线和倾角-探针伸出长度曲线出现拐点；同时出现的拐点处对应的探针伸出长度即为沉渣厚度。

步骤(10)：参数检测结束。

进一步的，沉渣厚度检测完成后，收回探针，收回探针的具体过程如下：

步骤(A)：探针继续伸出，直至到达探针运动最大行程，检测探头的限位开关触头触碰下限位开关动作，控制单元控制电机停止工作，地面主机停止记录探针伸出时间并向控制单元发送停止测量信号；

步骤(B)：控制单元接收停止测量信号，控制电机反转，探针回收；限位开关触碰上限位开关动作，控制单元控制电机停止工作。

优选的，在执行步骤(7)之前进行探头倾角校正步骤；探头倾角校正步骤过程如下：

步骤(a)：检测探头通过电缆绞车下放到孔底沉渣表面，检测探头的倾角传感器实时检测检测探头的倾角并传输至检测探头的控制单元，控制单元将倾角传输至地面主机；

步骤(b)：地面主机判断倾角是否大于预设的探头倾角阈值，如果是，慢慢上提检测探头，直至检测探头的倾角小于探头倾角阈值，电缆绞车停止提升；如果否，转入步骤(7)。

优选的，当步骤(6)判断为不检测沉渣厚度时，执行如下步骤：

步骤(6.1)：判断提升检测探头时是否同步进行孔径和孔斜测量；如果是，转入步骤(6.2)；如果否，提升检测探头至孔口，转入步骤(10)；

步骤(6.2)：在探头提升过程中，地面主机按照设定的深度间隔或时间间隔自动控制超声波换能器沿水平方向发射超声波，超声波换能器同步接收同侧孔壁反射回的超声波信号，并转换成电信号，通过电缆传输至地面主机；

步骤(6.3)：地面主机对电信号进行显示、存储、分析和处理，确定孔壁反射信号返回时间，计算该侧超声波换能器与同侧孔壁的距离；

步骤(6.4)：探头上的多个超声波换能器在同一深度位置依次完成一次超声波换能器与同侧孔壁的距离测定后，计算所述深度位置的孔径和孔斜，直至检测探头到达孔口。

应当理解的，采用本实用新型的成孔成槽多参数综合检测装置既可测沉渣厚度，也可测孔径孔斜。

采用本实用新型的成孔成槽多参数综合检测装置，能在检测探头从孔口下放到孔底的过程中启动孔径孔斜检测功能，通过超声波换能器测定不同深度位置的孔径和孔斜，能在检测探头下放到孔底后启动沉渣厚度检测功能，通过同步测定检测探头的倾角和探针压力，两者相互验证，提高了沉渣下分界面判定的可靠性和准确性，进而实现了下放一次检测探头即可完成成孔成槽多参数检测功能，提高了检测效率和准确性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种成孔成槽多参数综合检测装置，包括检测探头(100)、通过电缆(400)与检测探头(100)连接的地面电缆绞车(300)、通过信号线与地面电缆绞车(300)连接的地面主机(200)；其特征在于，

检测探头(100)包括密封腔体组件(101)、电机组件(102)、探针组件(103)、探头电路板(104)和超声波换能器(105)；

密封腔体组件(101)包括从下到上依次同轴设置的腔底盘(1011)、腔体(1012)、腔体盖(1014)；腔体盖(1014)的顶部设有用于固定电缆(400)一端的固定孔(1016)，腔体盖(1014)与腔体(1012)的顶部密封连接；腔体(1012)的底部设有底部固定座(1017)，底部固定座(1017)的下侧通过动密封螺母(1013)与腔底盘(1011)密封连接；

电机组件(102)包括轴承座(1021)、电机(1022)、第一齿轮(1023)；轴承座(1021)的两端通过连接件与腔体(1012)内壁固定；电机(1022)固定于轴承座(1021)上，且电机(1022)的动力输出端与设于轴承座(1021)上方的第一齿轮(1023)轴连接；

探针组件(103)包括探针(1031)、牵引螺母(1032)、丝杆(1034)、第二齿轮(1038)、两个导向轴(1039)；探针(1031)设置在牵引螺母(1032)底部，探针(1031)依次穿过并伸出底部固定座(1017)、动密封螺母(1013)和腔底盘(1011)；牵引螺母(1032)与丝杆(1034)同轴套合；丝杆(1034)的轴承部固定在轴承座(1021)上，丝杆(1034)的顶部通过设于轴承座(1021)上方的第二齿轮(1038)与第一齿轮(1023)啮合；两根导向轴(1039)与丝杆(1034)平行设置，且导向轴(1039)的一端固定在轴承座(1021)上，导向轴(1039)的另一端固定在动密封螺母(1013)的限位孔内；牵引螺母(1032)两侧的限位凸起与两根导向轴(1039)滑动配合；

探头电路板(104)的一端固定在腔体盖(1014)内侧，且探头电路板(104)设于轴承座(1021)的另一侧；探头电路板(104)包括控制单元(1041)、倾角传感器(1042)、电流A/D转换器(1043)、RS485接口(1044)、电源模块(1045)；电源模块(1045)分别与控制单元(1041)、电机(1022)电连接；电流A/D转换器(1043)一端与电机(1022)电连接，电流A/D转换器(1043)另一端与控制单元(1041)电连接；倾角传感器(1042)与控制单元(1041)电连接；控制单元(1041)通过与RS485接口(1044)电连接的电缆(400)接收地面主机(200)的控制信号和向地面主机(200)传输倾角信号和电机工作电流信号；控制单元(1041)的输出端与电机(1022)的控制端电连接；其中，电机工作电流的相对变化等效于探针所受压力的相对变化；

超声波换能器(105)设于腔体(1012)的侧壁上，且超声波换能器(105)通过电缆(400)的信号线与地面主机(200)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种成孔成槽多参数综合检测装置，其特征在于，超声波换能器(105)具有多个，多个超声波换能器(105)沿腔体(1012)侧壁底部同一周向或不同高度周向成对设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种成孔成槽多参数综合检测装置，其特征在于，所述探针组件(103)还包括限位开关触头(1033)、上限位开关(1035)、下限位开关(1036)、下限位开关固定座(1037)，限位开关触头(1033)设于牵引螺母(1032)的上方；上限位开关(1035)的一端固定在轴承座(1021)底部；下限位开关固定座(1037)与底部固定座(1017)同轴套合，下限位开关固定座(1037)上设有与上限位开关(1035)相对设置的下限位开关(1036)；上限位开关(1035)、下限位开关(1036)与控制单元(1041)的输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的一种成孔成槽多参数综合检测装置，其特征在于，所述动密封螺母(1013)内设有压入式密封圈和压紧螺母。

5.根据权利要求1或2所述的一种成孔成槽多参数综合检测装置，其特征在于，所述腔体盖(1014)的上方一侧设有与电缆(400)的防水插头连接的防水插座(1015)。