一种冲击回波法移动式快速检测装置

摘要

本发明属于土木工程的结构无损检测技术领域，提供了一种冲击回波法移动式快速检测装置，连接杆、连接支架、两个橡胶轮子和两个轴承组成检测装置的骨架；编码器连接一个橡胶轮子记录移动距离；连接到电机的钢球通过电机带动旋转，当钢球与混凝土面接触时实现对混凝土表面的敲击；利用麦克风夹具固定麦克风，保证麦克风靠近钢球并对着混凝土地面以记录钢球敲击后泄漏到空气中的振动信号；用编码器数据线连接编码器和数据采集仪，用麦克风数据线连接麦克风和数据采集仪；利用数据采集仪采集编码器和麦克风记录到的信号；用采集仪电源线连接电池与数据采集仪，用电机电源线连接电池与电机；通过多个检测装置的并联使用形成检测装置阵列。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程的结构无损检测技术领域，涉及一种冲击回波法移动式快速检测装置。

背景技术

随着土木工程设施的日趋老化，结构性能逐渐退化、耐久性不断降低，结构的使用安全受到严重影响。混凝土结构受施工质量、雨水侵蚀、混凝土碳化、温度变化和钢筋锈蚀等不利因素影响，很容易出现锈胀裂缝、蜂窝和空洞等隐蔽病害。冲击回波法是土木工程中一种常见的无损检测方法，可以检测混凝土结构的厚度、内部裂缝和空洞等隐蔽病害。冲击回波法检测多采用一个小钢球敲击混凝土表面作为冲击源以产生纵波，纵波向混凝土内部传播，在传播过程中遇到缺陷或反射界面时发生反射，反射纵波会在反射面和敲击面之间来回反射形成瞬态共振，将传感器耦合在冲击点附近的混凝土表面上接收由反射波引起的混凝土表面垂直方向的振动，对振动信号进行傅里叶变换将传感器记录到的时域信号转化为频域信号，分析频谱图中的频率峰值可判定反射体是否为病害并估计混凝土结构内部反射体的位置。

冲击回波法是一种检测混凝土隐蔽病害的有效方法，但是检测的速度较慢。因为，冲击回波法的检测方式是人工手持小钢球敲击混凝土表面产生冲击源后用混凝土表面耦合传感器记录反射波引起的振动信号。当检测要覆盖整个混凝土结构时，检测的面积大，上千个检测点需要大量的人力来完成小钢球的敲击和传感器与混凝土表面的有效耦合。可见冲击回波法的检测速度主要受人工手持钢球产生冲击波源和传感器耦合的影响。因此，发展一种冲击回波法移动式快速检测装置成为了实现快速检测混凝土结构病害的重要保障。移动式快速检测装置由自动冲击源和空气耦合传感器组成，其特点包括：1)能够产生和手持小钢球锤击的方式相同类型的波和相近的频率范围；2)能够基于空气耦合效应利用麦克风记录从混凝土表面泄漏到空气中的瞬态共振的频率；3)能够在检测混凝土表面快速地移动以覆盖大面积结构。

发明内容

本发明提供一种冲击回波法移动式快速检测，其目的是为冲击回波法提供一个高效检测手段，解决目前冲击回波法检测速度慢、难以快速覆盖整个结构的问题。

本发明的技术方案如下：

冲击回波法的自动冲击源和空气耦合检测装置，主要包括以下组成部分：橡胶轮子、轴承、编码器、麦克风、麦克风夹具、电机、钢球、数据采集仪、电池、电线、连接杆、连接支架。主要技术方案为：连接杆、连接支架、两个橡胶轮子和两个轴承组成检测装置的骨架；编码器连接一个橡胶轮子记录移动距离；连接到电机的钢球通过电机带动旋转，当钢球与混凝土面接触时实现对混凝土表面的敲击；利用麦克风夹具固定麦克风，保证麦克风靠近钢球并对着混凝土地面以记录钢球敲击后泄漏到空气中的振动信号；用编码器数据线连接编码器和数据采集仪，用麦克风数据线连接麦克风和数据采集仪；利用数据采集仪采集编码器和麦克风记录到的信号；用采集仪电源线连接电池与数据采集仪，用电机电源线连接电池与电机；通过多个检测装置的并联使用形成检测装置阵列。

通过调整电机的转速可以实现不同频率的敲击，确保覆盖不同的检测深度；通过麦克风记录从混凝土表面泄漏到空气中的振动，实现对病害区域的瞬态共振的精确辨识；通过编码器记录检测点的相对坐标，建立检测结果和被检测结构空间位置的对应关系，实现对病害区域的快速定位；通过多个检测装置的并联使用形成检测装置阵列，通过对多点的同步检测实现全结构的快速覆盖，如采用车牵引串联的装置实现对整桥桥梁混凝土桥板的快速检测。

本发明的有益效果：本发明的冲击回波法移动式快速检测装置可以通过旋转钢球实现冲击源的自动化；可以利用麦克风实现检测信号的无接触接收；可以快速、灵活地在混凝土表面移动以连续采集信号保证高效检测；可以通过并联多个装置实现对多点的同步检测；该装置为工程技术人员在现场检测在役混凝土结构隐蔽病害，进而评估结构使用安全提供了有力的工具。

附图说明：

图1是自动冲击源和空气耦合传感检测装置整体结构示意图；

图2是多个装置并联的结构示意图。

图中：1-橡胶轮子；2-编码器；3-编码器数据线；4-麦克风；5-麦克风夹具；6-麦克风数据线；7-钢球；8-钢丝；9-电机；10-电机电源线；11-数据采集仪电源线；12-数据采集仪；13-电池；14-轴承；15-连接支架；16-连接杆。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式。

一种冲击回波法移动式快速检测装置，包括橡胶轮子1、编码器2、编码器数据线3、麦克风4、麦克风夹具5、麦克风数据线6、钢球7、钢丝8、电机9、电机电源线10、数据采集仪电源线11、数据采集仪12、电池13、轴承14、连接支架15和连接杆16；其特征在于：连接杆16、连接支架15、两个橡胶轮子1和两个轴承14组成检测装置的骨架，连接杆16和连接支架15一体连接，连接支架15两端通过轴承14连接橡胶轮子1；编码器2安装在一橡胶轮子1上，用于记录冲击回波法移动式快速检测装置的移动距离；电机9安装在连接支架15上，与电机9连接的钢球7通过电机9带动旋转，当钢球7与混凝土面接触时实现对混凝土表面的敲击；麦克风夹具5安装在连接支架15上，利用麦克风夹具5固定麦克风4，保证麦克风4靠近钢球7并对着混凝土地面以记录钢球7敲击后泄漏到空气中的振动信号；用编码器数据线3连接编码器2和数据采集仪12；用麦克风数据线6连接麦克风4和数据采集仪12；利用数据采集仪12采集编码器2和麦克风4记录到的信号；用数据采集仪电源线11连接电池13与数据采集仪12，用电机电源线10连接电池13与电机9；通过多个检测装置的并联使用形成检测装置阵列。

步骤1：根据实际工程中混凝土的厚度选取钢球尺寸(厚度和钢球尺寸成正比关系)，根据扫描装置的移动速度和检测点的密度确定电机的旋转速度；

步骤2：将待检测的混凝土结构表面划分成等间距的网格，并在混凝土表面标注；

步骤3：确认数据采集仪正常工作后，沿着标注的网格依次行进覆盖整个结构。