CN2723960Y - 混凝土裂缝测深仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混凝土裂缝测深仪，它涉及建筑工程质量检测仪器领域中混凝土构件裂缝深度测试仪器。它由发射和接收换能器、电子开关、程控放大器、缓冲缓存器、模数转换器、发射控制器、选择控制器、电源等部件组成。本实用新型不需测定混凝土的声速及跨裂缝的声时，它采用多个发射和接收换能器依次发射和接收多个声波信号，及利用测点的相位变化直接计算测定出被测裂缝的深度。本实用新型还具有测量误差小精度高，现场测试效率高，测试方法及操作简单，体积小，性能稳定可靠等优点，特别适合作混凝土构件裂缝深度鉴定的测试设备。

Description

混凝土裂缝测深仪

技术领域

本实用新型涉及建筑工程质量检测仪器领域中的一种混凝土裂缝测深仪，特别适用于作建筑物中混凝土构件裂缝深度鉴定测试装置。

背景技术

建筑物中的混凝土构件，在受力状态下，或受温度变化的影响，有时会产生裂缝，裂缝深度直接影响着建筑物的使用功能和安全性，因此需要测定其深度。目前测定裂缝深度主要是采用超声波法，这种方法分两个步骤：

1.测定混凝土的声速：在没有裂缝处，把发射和接收换能器安置在混凝土构件表面两点上，两点间距设为L，测定两点间声时为t_c，则声速v＝L/t_c。

2.测定跨裂缝时的声时：发射和接收换能器分别置于以裂缝为对称的两侧，发射和接收换能器间距L_i取100、150、200、250、300、350、400、500mm等若干点，分别测定不同L_i的声时t_c，则裂缝深度按下式计算：

$h_{\mathrm{ci}}=L_i/2\sqrt{{(t_{\mathrm{ci}}.v/L_i)}^2-1}---\left(1\right)$ $h_{\mathrm{cm}}=1/n\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ci}}---\left(2\right)$

式(1)、(2)中：h_ci：为第i点计算的裂缝深度(mm)；

              L_i：为第i点测试时收发换能器距离(mm)；

              t_ci：为第i点测试时的声时(μS)；

              V：为声速(mm/μS)；

              h_cm：为各测点计算裂缝深度的平均值(mm)；

              n：为测点数。

将各测距L_i与h_cm相比较，凡测距L_i小于h_cm和大于3h_cm，应剔除该测距计算的h_ci，然后取余下的h_ci的平均值作为裂缝深度值。

从背景技术测定裂缝深度过程可以看出，在测试过程中，收发换能器逐点移动，测定n个测距。使得测试过程复杂。确定裂缝深度时需要没有裂缝处的声速，由于混凝土材料的非均质性，可能影响精度，同时用平均值作为裂缝深度，说明这种方法每次计算的深度会产生较大的误差。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，而提供一种具有多个发射和接收换能器、依次进行发射和接收声波信号完成测试、及利用测点的相位变化测定裂缝深度的混凝土裂缝测深仪，且本实用新型还具有测量精度高误差小，现场测试效率高，测试方法及操作简单，体积小，性能稳定可靠等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：它由1至20路发射换能器1-1至1-20、1至20路接收换能器2-1至2-20、收发两组电子开关3、4、程控放大器5、缓冲器6、模数转换器7、缓存器8、选择控制器9、发射控制器10、显示器11、存储器12、电源13组成。其中1至20路发射换能器(1-1)至(1-20)各入端分别与发射组电子开关3各出端1脚并接，1至20路接收换能器(2-1)至(2-20)各出端分别与接收组电子开关4各入端1脚并联，电子开关4出端2脚依次串接程控放大器5、缓冲器6、模数转换器7、缓存器8各入出端1、2脚后与选择控制器9入端9脚连接，选择控制器9出端1至8脚分别与电子开关4、程控放大器5、缓冲器6、模数转换器7、存储器12、显示器11、发射控制器10、电子开关3各入端3脚并接，发射控制器10出端1脚与电子开关3入端2脚连接，电源13出端+V₁、+V₂电压端与各部件相应电源端并接。

本实用新型电子开关3由电子开关集成块U₅、晶体管T₁至T₁₀构成，电子开关4由电子开关集成块U₂构成，发射控制器10由单稳态电路U₁、电源模块U₃、锁存器U₄、晶体管T₁₁、二极管D₂、D₃、可控硅D₁、继电器K₁构成，其中电子开关集成块U₂入端19脚至26脚、10脚、11脚分别串接电阻R1至R10后与接受换能器2入端1至10脚并接、其入端14、15、16、17、18脚分别与锁存器U₄入端9脚、6脚、5脚、2脚、12脚并接、其入端1、27脚与电源13出端+V₁电压端连接，其入端28脚与程控放大器5入端1脚连接、其入端13脚接地端；电阻排R₂₇入端1至9脚分别与电子开关集成块U₂入端10、26、25、24、23、22、21、20、19脚并接，入端10脚接地端；电阻R₁₆一端与电子开关集成块U₂入端11脚并接、另一端接地端，接受换能器2入端11至20脚接地端，锁存器U₄入端3、4、7、8、13、11脚分别与选择控制器9入端7、6、5、4、3、2、脚并接、其入端20脚与电源13出端+V₂电压端连接、其入端1、10脚接地端；晶体管T₁至T₁₀各集电极分别与发射换能器1各入端1至10脚并接、各发射级分别与地端并接、各基极分别串联电阻R₁₁、R₁₃、R₁₅、R₁₇、R₁₉、R₂₁至R₂₅后与电子开关集成块U₅各入端9、8、7、6、5、4、3、2、23、22脚并接；电子开关集成块U₅入端10、11、13、14脚分别与选择控制器9入端13、12、10、11脚并接、起2入端1、24脚分别与电源13出端+V₁、+V₂电压端并接、其入端12、15脚与地端并接；单稳态电路U₁入端14脚串联电容C₁后与起入端15脚、电阻R₁₂一端并接16脚与电阻R₁₂另一端并接后再与电源13出端+V₂电压端并接、起入端13脚串联电阻R₁₄后与电阻R₁₈一端和可控硅D1控制极并接、其入端2脚与电位器W₁中心端连接，其入端3脚与电源13出端+V₂电压端连接、其入端8脚及电位器W₁一入端与地端并接；电位器W₁另一端与选择控制器9入端8脚连接，可控硅D₁一入端接地端、另一端与电阻R₂₀一端、电容C₂一端并接；电容C₂另一端与发射换能器1入端11至20脚并接，电阻R₂₀另一端一路串接电容C₃后接地端、另一路串接二极管D₂后与电源模块U₃入端3脚连接；电源模块U₃入端2脚接地端、入端1脚与继电器K₁定触点连接；继电器K₁动触点和其线圈一端与电源13出端+V₂电压端及二极管D₃负极并联、继电器K₁线圈另一端与二极管D₃正极、晶体管T₁₁集电极并接；晶体管T₁₁基极串联电阻R₂₆后与选择控制器9入端9脚连接、其发射极接地端。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型采用发射换能器1、接收换能器2直接根据不同测点的相位变化测定混凝土的裂缝深度，不需测定混凝土的声速和跨裂缝的声时，避免了测量这两个参数产生的计算裂缝深度的误差，因此测试误差小，精度高。

2.本实用新型在测试时由于采用多个发射换能器1和接收换能器2进行依次发射和接收，使测试工作一次完成，提高了现场测试效率，而且测试裂缝深度方法简单，操作使用简便。

3.本实用新型测试仪器采用集成电路制作，因此体积小，性能稳定可靠，测试结果可以直接显示。

附图说明

图1是本实用新型的电原理方框图。

图2是本实用新型的电子开关3、电子开关4、发射控制器10实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1、图2，本实用新型它由1至20路发射换能器1-1至1-20、1至20路接收换能器2-1至2-20、收发两组电子开关3、4、程控放大器5、缓冲器6、模数转换器7、缓存器8、选择控制器9、发射控制器10、显示器11、存储器12、电源13组成。如图1所示，除发射换能器1、接收换能器2外，其余电路部件组装成本实用新型的控制测试记录仪，其主要功能是依次给发射换能器1提供发射脉冲信号电压，发射换能器1在脉冲信号电压作用下把电信号转换发出声波震动信号在混凝土中传播，接收换能器2接收来自发射换能器1的声波信号，及把声波信号转换成电信号，输入控制测试记录仪，依次记录显示、储存震动波形数据，进行初至波相位分析，完成测点信号变化的数据计算，直接由显示器11显示出测试结果。实施例本实用新型程控放大器5、缓冲器6、模数转换器7、缓存器8、选择控制器9、存储器12均采用市售相应的集成电路模块制作，显示器11采用市售通用的液晶显示器制作。

本实用新型发射换能器1和接收换能器2均采用直径为8mm的压电陶瓷片制作成收发相同声波换能器，实施例制作时把1至20个发射换能器(1-1)至(1-20)固定为一排，把1至20个接收换能器(1-1)至(1-20)固定为另一排，为便于计算结果，每个发射或接收换能器之间间距为10mm，且通过多芯电缆分别与控制测试记录仪中的收发电子开关3、4并联。

本实用新型电子开关3、4作用是对1至20路发射和接收换能器1或者2进行程序发送或接收时进行发射通道切换或接收信号通道切换，电子开关3由电子开关集成U₅、晶体管T₁至T₁₀构成，电子开关4由电子开关4集成块U₂构成。发射控制器10作用是提供程序发送测深脉冲及控制信号，它由单稳态电路U₁、电源模块U₃、锁存器U₄、晶体管T₁₁、二极管D₂、D₃可控硅D₁、继电器K₁组成。图2是本实用新型电子开关3、4、发射控制器10实施例的电原理接线图，且按其连接线路。实施例发射换能器1、接收换能器2均采用10路部件制作，电子开关集成块U₅作用在选择控制器9逻辑信号控制下，输出发射通道切换信号，输入晶体管T₁至T₁₀，晶体管T₁至T₁₀作用进行发射通道切换程序输出发射测量信号至发射换能器1，发射换能器1发射传感信号。实施例电子开关集成块U₅采用市售CD4067型开关集成块制作，晶体管T₁至T₁₀采用市售GT60M型IGBT晶体管制作。电子开关集成块U₂作用程序接收由接收换能器2输入的测量传感信号，然后输入程控放大器5对接收传感信号进行程序放大，实施例它采用市售ADG506型开关集成块制作。单稳态电路U₁作用产生发射脉冲。电源模块U₃作用产生发射高电压，完成直流高压转换，可控硅D₁作用由电源模块U₃转换的高电压输入可控硅D₁后产生高压脉冲输入单稳态电路U₁产生测深发射脉冲，再通过电子开关U₃完成程序发送。实施例电源模块U₃采用市售5S1000型电源集成块制作，单稳态电路U₁采用市售74LS123型集成电路制作，可控硅D₁采用市售BCR12型双向可控硅制作。晶体管T₁₁、继电器K₁作用完成电源模块U₃高压电源通断的控制，实施例晶体管T₁₁采用市售2N5551型三极管制作，继电器K₁采用市售通用的单触点微型继电器制作。二极管D₂、D₃作用起线路状态控制及保护功能，实施例采用市售2CK型二极管制作。

本实用新型电源13作用提供各级部件直流工作电压，实施例采用市售通用的模块电源自制而成，其输出+V₁端电压为+5V电压，输出+V₂电压为+12V，本实用新型电路中采用的电阻R器件、电容C器件均采用市售通用电阻、电容器件制作。

本实用新型简要工作原理如下：测试时，把n个发射换能器1依次安置在被测裂缝一侧，把n个接收换能器2依次安置在被测裂缝另一侧，换能器相互之间间距为ΔL，当发射换能器1发射声波震动信号，声波震动信号向下传播到裂缝底部再向上传输，然后由接收换能器2接收，n个发射或接收换能器依次发射或接收信号过程由控制测试记录仪自动控制完成。通过n个接收换能器2接收了n条波型曲线，由于接收换能器2间距为ΔL，则第i个(i＝1、2、3…n)接收换能器2距裂缝中心距离为iΔL。当接收换能器2距离小于裂缝深度h_c时，初至波形向上起跳(设为正相位)，当接收换能器2至裂缝距离大于裂缝深度h_c时，初至波形向下起跳(设为负相位)。则当第i接收换能器2接收的初至波形为正相位，第i+1个换能器的初至波形为负相位时，裂缝距离h_c＝(i+i+1)ΔL/2，以上裂缝深度的h_c的判断计算过程，一是可以通过人工去观察起跳波形的反相位置，计算裂缝深度，二是通过仪器自动进行相关分析，即以第1个接收换能器2接收的波形为标准，用第i+1至第n个接收换能器接收的波形分别与第1个进行相关，当为正关时，小于裂缝深度，当为负关时，大于裂缝深度，如第i个波形为正相关，第i+1个为负相关，则裂缝深度h_c根据公式计算，h_c＝(i+i+1)ΔL/2。整个数据处理器由选择控制器9完成，并由显示器11显示计算测量结果。

本实用新型安装结构如下：把本实用新型图1中除发射和接收换能器1、2外，其余电路部件按图1图2连接线路安装在一块长×宽为180×150mm印制板上，印制板安装在一个尺寸长×宽×高为210×180×80mm的机箱内，在机箱的前面板上安装发射和接收换能器1、2接线电缆插座，通过电缆线与发射换能器1和接收换能器2连接，前面板上还安装显示器11的显示屏及操作控制按键，在后面板安装电源输入插座，组装成本实用新型。

Claims (2)

1、一种由程控放大器(5)、缓冲器(6)、模数转换器(7)、缓存器(8)、选择控制器(9)、显示器(11)、存储器(12)、电源(13)组成的混凝土裂缝测深仪，其特征在于还有1至20路发射换能器(1-1)至(1-20)、1至20路接收换能器(2-1)至(2-20)、收发两组电子开关(3)、(4)、发射控制器(10)组成，其中1至20路发射换能器(1-1)至(1-20)各入端分别与发射电子开关(3)各出端1脚并接，1至20路接收换能器(2-1)至(2-20)各出端分别与接收电子开关(4)各入端1脚并联，电子开关(4)出端2脚依次串接程控放大器(5)、缓冲器(6)、模数转换器(7)、缓存器(8)各入出端1、2脚后与选择控制器(9)入端9脚连接，选择控制器(9)出端1至8脚分别与电子开关(4)、程控放大器(5)、缓冲器(6)、模数转换器(7)、存储器(12)、显示器(11)、发射控制器(10)、电子开关(3)各入端3脚并接，发射控制器(10)出端1脚与电子开关(3)入端2脚连接，电源(13)出端+V₁、+V₂电压端与各部件相应电源端并接。

2、根据权利要求1所述的一种混凝土裂缝测测仪，其特征在于电子开关(3)由电子开关集成块(U₅)、晶体管(T₁至T₁₀)构成，电子开关(4)由电子开关集成块(U₂)构成，发射控制器(10)由单稳态电路(U₁)、电源模块(U₃)、锁存器(U₄)、晶体管(T₁₁)、二极管(D₂)、(D₃)、可控硅(D₁)、继电器(K₁)构成，其中电子开关集成块(U₂)入端19脚至26脚、10脚、11脚分别串接电阻R1至R10后与接收换能器(2)入端1至10脚并接、其入端14、15、16、17、18脚分别与锁存器(U₄)入端9脚、6脚、5脚、2脚、12脚并接、其入端1、27脚与电源(13)出端+V₁电压端连接，其入端28脚与程控放大器(5)入端1脚连接、其入端13脚接地端；电阻排R₂₇入端1至9脚分别与电子开关集成块(U₂)入端10、26、25、24、23、22、21、20、19脚并接，入端10脚接地端；电阻R₁₆一端与电子开关集成块(U₂)入端11脚并接、另一端接地端，接收换能器(2)入端11至20脚接地端，锁存器(U₄)入端3、4、7、8、13、11脚分别与选择控制器(9)入端7、6、5、4、3、2脚并接、其入端20脚与电源(13)出端+V₂电压端连接、其入端1、10脚接地端；晶体管(T₁至T₁₀)各集电极分别与发射换能器(1)各入端1至10脚并接、各发射极分别与地端并接、各基极分别串接电阻R₁₁、R₁₃、R₁₅、R₁₇、R₁₉、R₂₁至R₂₅后与电子开关集成块(U₅)各入端9、8、7、6、5、4、3、2、23、22脚并接；电子开关集成块(U₅)入端10、11、13、14脚分别与选择控制器(9)入端13、12、10、11脚并接、其入端1、24脚分别与电源(13)出端+V₁、+V₂电压端并接、其入端12、15脚与地端并接；单稳态电路(U₁)入端14脚串接电容C₁后与其入端15脚、电阻R₁₂一端并接、其入端16脚与电阻R₁₂另一端并接后再与电源(13)出端+V₂电压端并接、其入端13脚串接电阻R₁₄后与电阻R₁₈一端和可控硅(D₁)控制极并接、其入端2脚与电位器W₁中心端连接，其入端3脚与电源(13)出端+V₂电压端连接、其入端8脚及电位器W₁一入端与地端并接；电位器W₁另一入端与选择控制器(9)入端8脚连接，可控硅(D₁)一入端接地端、另一入端与电阻R₂₀一端、电容C₂一端并接；电容C₂另一端与发射换能器(1)入端11至20脚并接，电阻R₂₀另一端一路串接电容C₃后接地端、另一路串接二极管(D₂)后与电源模块(U₃)入端3脚连接；电源模块(U₃)入端2脚接地端、入端1脚与继电器(K₁)定触点连接；继电器(K₁)动触点和其线圈一端与电源(13)出端+V₂电压端及二极管(D₃)负极并接、继电器(K₁)线圈另一端与二极管(D₃)正极、晶体管(T₁₁)集电极并接；晶体管(T₁₁)基极串接电阻R₂₆后与选择控制器(9)入端9脚连接、其发射极接地端。

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