一种小型双通道冲击应力波无损检测系统

摘要

本发明公开了一种小型双通道冲击应力波无损检测系统，包括冲击器、第一加速度传感器和第二加速度传感器、小型双通道冲击应力波检测器和信号处理器；冲击器安装在待测混凝土构件上；第一加速度传感器和第二加速度传感器设置在冲击器附近或在待检测混凝土构件的缺陷附近，第一加速度传感器和第二加速度传感器的一端与待测混凝土构件的表面抵接，另一端与小型双通道冲击应力波检测器电连接；小型双通道冲击应力波检测器与信号处理器电连接。本发明能够有效减小冲击应力波检测系统体积，提高了系统的适用性与检测效率，提高检测结果的准确性。

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，更具体的说是涉及一种小型双通道冲击应力波无损检测系统。

背景技术

混凝土的质量对建筑中已经成型的结构稳定和寿命有着重要影响，同时影响到工程造价的高低。混凝土质量问题所导致的工程变更的情况普遍发生，同时很多工程事故问题是由混凝土质量引起。可见，混凝土的质量控制在整个工程质量控制的作用尤为明显。及时对混凝土内部缺陷进行检测，是混凝土工程质量得到最直接、最可靠的控制手段。针对混凝土检测问题，大量的无损检测方法应运而生。行业内典型的无损检测方法有：超声波法、探地雷达法以及冲击应力波检测法。然而，超声波法受混凝土结构内部钢筋网影响较大，且金属波纹管对超声波有屏蔽作用导致无法检测金属管道内部的灌浆密实度。同样，探地雷达法也在较大程度上受金属材质影响导致检测结果不佳。冲击应力波检测技术是无损检测领域一门新兴技术，同时能很好地解决上述问题，其特点是操作简单，消耗的能量小，使用范围广，并已经广泛应用在混凝土无损检测、桩基无损检测领域。

虽然冲击应力波检测系统已经进入工程应用，同时该检测方法已形成一些行业及地方标准，但是，在实际的工程应用依然存在一些问题。如：

a)由于系统各个功能模块对电源参数要求不同，连接加速度传感器的信号调理器通常需要单独的电池供电。尤其当系统连接两个传感器时，降低了系统的长时间的工作能力，因此降低了系统的适用性。b)国内外行业标准要求系统具备接入两个加速度传感器的能力，但是随着接入传感器数量的增加，各个功能单元的供电和耦合的复杂度也随之增加，使得系统的适用性也降低，一定层度上限制了该技术的广泛应用。c)现有的冲击应力波系统通常体积较大，给复杂检测条件下的检测应用带来不便。

因此，如何提供一种小型双通道冲击应力波无损检测系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型双通道冲击应力波无损检测系统，能够有效减小冲击应力波检测系统体积，提高了系统的适用性与检测效率，提高检测结果的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型双通道冲击应力波无损检测系统，包括：冲击器、第一加速度传感器和第二加速度传感器、小型双通道冲击应力波检测器和信号处理器；所述冲击器安装在所述待测混凝土构件上；所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器设置在所述冲击器附近或在待检测混凝土构件的缺陷附近，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器的一端与待测混凝土构件的表面抵接，另一端与所述小型双通道冲击应力波检测器电连接；所述小型双通道冲击应力波检测器与所述信号处理器电连接。

优选的，所述第一加速度传感器与所述待测混凝土构件以及第二加速度传感器与所述待测混凝土构件之间的缝隙内均填充有耦合剂。

优选的，所述小型双通道冲击应力波检测器包括数据采集卡和信号调理器，其中，所述信号调理器通过第一BNC插座与第一加速度传感器连接，通过第二BNC插座与第二加速度传感器连接；所述信号调理器采用双排插针与所述数据采集卡相连。

优选的，所述信号调理器，用于为第一加速度传感器和第二加速度传感器提供恒流，并接收第一加速度传感器和第二加速度传感器测量的冲击应力波信号，并将冲击应力波信号发给所述数据采集卡转换成数字信号。

优选的，所述信号调理器通过双刀单掷控制电路的闭合，通过第一单刀单掷开关和第二单刀单掷开关分别控制两个通道的信号增益档位的选择，闭合时增益为1倍，断开时增益为10倍；当被检测的信号较弱选择增益10倍，信号较强时选择信号增益1倍。

优选的，所述数据采集卡设置有USB端口，所述USB端口为所述数据采集卡与所述信号调理器的供提供5V电源，所述USB端口通过USB连接线与所述信号处理器相连，用于数据采集卡与信号处理器之间的数据通信。

优选的，双排插针中的第一排插针连接USB端口与地线，第二排插针为所述信号调理器的两个通道的输出，与所述数据采集卡的两个模拟输入通道相连进行数字转换。

优选的，信号处理器采用笔记本电脑、平板电脑或工控机。

优选的，所述冲击器包括冲击架、冲击源和弹性连接件，所述冲击架安装在待测混凝土构件上，所述冲击源通过弹性连接件连接在所述冲击架上。

优选的，冲击源为一组钢球，该组钢球的直径大小不等，取值范围为2～10毫米。

本发明的有益效果在于：

本发明信号调理器采用低功耗和USB供电的设计方式，并与数据采集卡共用一个USB端口；数据采集卡与信号调理器采用双排插针的连接方式，使得信号调理器在外壳内不需单独固定。该系统具有适用性高、体积小和便携性好等优点，能够有效减小冲击应力波检测系统体积。本系统可同时连接两个加速度传感器，可以检测更多的缺陷类型，适用更多的检测场景，因此可进一步提高系统适用性以及检测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图。

图2附图为本发明小型双通道冲击应力波检测器的内部结构示意图。

图3附图为本发明小型双通道冲击应力波检测器内部结构的侧视图。

其中，图中：

11-冲击器；12-冲击源；20-小型双通道冲击应力波检测器；21-第一BNC插座；22-第二BNC插座；23-外壳；24-第一单刀单掷开关；25-第二单刀单掷开关；26-双刀单掷；27-信号调理器；28-数据采集卡；31-待测混凝土构件；32-缺陷；41-第一加速度传感器；42-第二加速度传感器；51-信号处理器；52-USB连接线；231-USB端口；271-第一排插针；272-第二排插针。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-3，本发明提供了一种小型双通道冲击应力波无损检测系统，包括：冲击器11、第一加速度传感器41和第二加速度传感器42、小型双通道冲击应力波检测器20和信号处理器51；冲击器11安装在待测混凝土构件31上；第一加速度传感器41和第二加速度传感器42设置在冲击器11附近或在待检测混凝土构件的缺陷32附近，第一加速度传感器41和第二加速度传感器42的一端与待测混凝土构件31的表面抵接，另一端与小型双通道冲击应力波检测器20电连接；小型双通道冲击应力波检测器20与信号处理器51电连接。小型双通道冲击应力波检测器20用于为第一加速度传感器41和第二加速度传感器42提供恒流，接收第一加速度传感器41和第二加速度传感器42测量的冲击应力波数据，以及将接收到的冲击应力波数据发送给信号处理器51。

本实施例中，第一加速度传感器41与待测混凝土构件31以及第二加速度传感器42与待测混凝土构件31之间的缝隙内均填充有耦合剂。通过耦合剂能够排除第一加速度传感器41和第二加速度传感器42与待测混凝土之间缝隙中的空气，以提高检测结果的准确性。

本实施例中，小型双通道冲击应力波检测器20包括数据采集卡28和信号调理器27，其中，信号调理器27通过第一BNC插座21与第一加速度传感器41连接，通过第二BNC插座22与第二加速度传感器42连接；信号调理器27采用双排插针与数据采集卡28相连。

本实施例中，信号调理器27，用于为第一加速度传感器41和第二加速度传感器42提供恒流，并接收第一加速度传感器41和第二加速度传感器42测量的冲击应力波信号，并将冲击应力波信号发给数据采集卡28转换成数字信号。

本实施例中，信号调理器27的两个通道均设计在同一块电路板上，信号调理器27两个输出端口分别与数据采集卡28的两个模拟输入通道连接，信号调理器27通过双刀单掷26控制电路的闭合，通过第一单刀单掷开关24和第二单刀单掷开关25分别控制两个通道的信号增益档位的选择，闭合时增益为1倍，断开时增益为10倍；当被检测的信号较弱选择增益10倍，信号较强时选择信号增益1倍。通过冲击应力波检测器前端的信号的总开关与增益调节开关，分别调整信号的开关与增益档位的选择，具有使用简单灵活的特点。信号调理器27的两个通道均设计在同一块电路板上的方式，根据数据采集卡28的插针连接口的位置进行紧凑设计，具有体积小、固定方式灵活的特点。采用第一排插针271和第二排插针272两个排针的固定方式与数据采集卡28连接方式，免去外连导线传输测量信号的方式，具有较强的抗干扰能力。

本实施例中，数据采集卡28设置有USB端口231，USB端口231为数据采集卡28与信号调理器27的供提供5V电源，USB端口231通过USB连接线52与信号处理器51相连，用于数据采集卡28与信号处理器51之间的数据通信。数据采集卡28与信号调理器27共用一个USB端口231供电；信号调理器27为双通道工作模式，即可同时连接两个加速度传感器进行应力波数据测量。

本实施例中，双排插针中的第一排插针271连接USB端口231与地线，第二排插针272为信号调理器27的两个通道的输出，与数据采集卡28的两个模拟输入通道相连进行数字转换。数据采集卡28直接与外壳23固定。将信号调理器27与数据采集卡28统一封装到一个外壳23内，由于信号调理器27与数据采集卡28采用两个双排插针的固定方式，在外壳23内封装时只需固定数据采集卡28即可，因此系统封装具有简单便捷的特点。

本实施例中，信号处理器51采用笔记本电脑、平板电脑或工控机，用于接收并处理冲击应力波数据，得到待测混凝土构件31的相关参数。

冲击器11包括冲击架、冲击源12和弹性连接件，冲击架安装在待测混凝土构件31上，冲击源12通过弹性连接件连接在冲击架上。在弹性连接件的作用下，将连接的冲击源12撞击待测混凝土构件31的表面，以产生冲击应力波。冲击源12为一组钢球，该组钢球的直径大小不等，取值范围为2～10毫米。

本发明信号调理器采用低功耗和USB供电的设计方式，并与数据采集卡共用一个USB端口，大大提高了系统的灵活性与适用性；信号调理器的两个通道均设计在同一块电路板上，使得信号调理器尺寸远小于数据采集卡尺寸；数据采集卡与信号调理器采用双排插针的连接方式，使得信号调理器在外壳内不需单独固定。本系统可同时连接两个加速度传感器，可以检测更多的缺陷类型，适用更多的检测场景，因此可进一步提高系统适用性以及检测结果的准确性。本发明实例中的冲击应力波检测系统考虑实际应用需求进行有针对性地小型化设计，整体封装后能够有效减小冲击应力波检测系统体积，实际使用时可直接单手携带或放在小口袋内，具有携带方便、使用灵活、适用性强的优点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。