本技術屬于無損檢測，更具體地，涉及磁致伸縮導波換能器及其檢測公路立柱內(nèi)覆土深度的方法。

背景技術：

1、高速公路護欄系統(tǒng)中有眾多埋設的鋼管立柱，其為車輛提供支撐，在交通事故中起到至關重要的緩沖作用。然而，不合格的施工做法可能導致這些護欄鋼管的埋深不足，從而削弱了它們的保護功能，危及過往車輛的安全。這就需要對立柱埋地深度進行批量檢測。傳統(tǒng)方法通常使用拔樁測試和彈性波方法進行檢測；但前者是一種破壞性和勞動密集型的方法，缺乏效率，而后者由于使用長波長的低頻彈性波，容易產(chǎn)生反射重疊和顯著的測量誤差。

2、近年來，導波技術在各種管道系統(tǒng)的檢測中得到了日益廣泛的應用，但現(xiàn)有的立柱超聲導波檢測技術還不夠成熟，存在諸多問題：(1)在土壤附著條件對于導波傳播速度的影響方面研究不夠深入，難以準確計算立柱的埋地深度；(2)對于立柱長度的檢測過程而言，導波端部響應信號的信號幅值、導波飛行時間、土壤附著情況和埋地長度呈現(xiàn)復雜的非線性關系，通過單一的飛行時間無法準確的計算立柱的長度。因此有必要提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)大批量立柱檢測，并準確地計算立柱埋地深度的導波裝置和方法，從而為立柱的埋地深度檢測提供一種有效處理方案。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的缺陷，本技術的目的在于提供磁致伸縮導波換能器及其檢測公路立柱內(nèi)覆土深度的方法，旨在解決無法對公路立柱埋地深度實現(xiàn)大批量檢測和準確檢測的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本技術的一個方面，本技術提供的一種磁致伸縮導波換能器，包括：空心圓柱骨架以及嵌裝在所述空心圓柱骨架內(nèi)且與空心圓柱骨架同軸設置的環(huán)形開口線圈和環(huán)形磁化器陣列，所述空心圓柱骨架包括兩個空心半圓柱骨架，兩個空心半圓柱骨架的一端可翻轉連接，另一端可開閉連接；所述環(huán)形開口線圈包括位于外圈的第一線圈和位于內(nèi)圈的第二線圈，所述第一線圈和第二線圈在兩個空心半圓柱骨架的開閉連接處均設置有開口，且第一線圈和第二線圈的開口端沿徑向連通以形成閉合回路；所述環(huán)形磁化器陣列包括多組磁化器陣列，各組磁化器陣列均勻間隔排布，且位于所述第一線圈和第二線圈之間。

3、通過本技術所構思的以上技術方案，與現(xiàn)有技術相比，由于磁致伸縮導波換能器能翻轉開合，在不影響檢測效果的同時大大提升了磁致伸縮導波換能器安裝拆卸的便利性，減少了人力與時間的浪費，適用于公路立柱長度的大批量快速檢測。

4、進一步的，所述環(huán)形開口線圈的軸向?qū)挾葹閷РúㄩL的一半。能實現(xiàn)環(huán)形線圈空間布置與導波波長相匹配，換能器陣列的激發(fā)強度最高的效果，若進一步增加環(huán)形線圈寬度，激勵產(chǎn)生的導波會進一步發(fā)生相消干涉，使得激勵強度下降。

5、更進一步的，所述環(huán)形開口線圈的軸向?qū)挾葹?0mm～40mm。能實現(xiàn)使開口環(huán)形線圈產(chǎn)生最佳的激勵強度的效果。

6、進一步的，所述磁化器陣列的數(shù)量至少為8組。

7、進一步的，所述磁化器陣列包含多塊沿空心圓柱骨架的軸向?qū)盈B設置的永磁體。能實現(xiàn)確保導波的全周向均勻激勵，若少于該數(shù)量，則軸向磁場強度較小且分布不均勻，不適用于磁致伸縮導波的激勵。

8、進一步的，所述磁化器陣列采用釹鐵硼材料，且剩余磁通密度大于1t。能實現(xiàn)使磁化器陣列具備最佳的磁性能的效果。

9、進一步的，所述永磁體的數(shù)量為4個～6個，長度為30mm～60mm，高度為20mm～25mm，厚度為8mm～10mm。能實現(xiàn)使磁化器陣列的厚度沿空心中空骨架的軸向隨永磁體的數(shù)量多少來調(diào)整，實現(xiàn)最佳的空間利用率，同時還能具備最佳的磁性能。

10、進一步的，所述環(huán)形開口線圈的導線直徑為0.1mm～0.3mm，且其提離距離不超過3mm。能實現(xiàn)提高線圈的靈敏度，獲得更優(yōu)化的磁場均勻性和強度的效果。

11、進一步的，所述磁化器陣列靠近環(huán)形開口線圈的表面上設置有多層泡沫銅，所述多層泡沫銅的厚度不低于1mm。能使磁化器陣列不受外界磁場的影響，維持其磁性能的穩(wěn)定。

12、根據(jù)本技術的另一個方面，還提供一種如前任意一項所述的磁致伸縮超聲導波換能器檢測公路立柱內(nèi)覆土深度的方法，包括以下步驟：

13、s1在多個已知立柱的裸露段設置所述磁致伸縮超聲導波換能器，獲取各個已知立柱的外覆土頂面對應回波的飛行時間、內(nèi)覆土頂面對應回波的飛行時間以及各已知立柱的底面對應回波的飛行時間；

14、s2基于各個已知立柱的外覆土頂面與內(nèi)覆土表面的高度差、內(nèi)覆土埋地深度、外覆土頂面距離磁致伸縮超聲導波換能器的距離，以及步驟s1獲取的多組飛行時間，利用數(shù)據(jù)擬合方法擬合出立柱內(nèi)覆土埋地深度的計算公式：

15、

16、其中，k為擬合獲得的導波波速變化系數(shù)，t1為立柱外覆土頂面對應回波的飛行時間，t2為內(nèi)覆土頂面對應回波的飛行時間，t3為立柱底面對應回波的飛行時間，l1為外覆土頂面與內(nèi)覆土表面的高度差l1，l2為內(nèi)覆土埋地深度，l3為外覆土頂面距離磁致伸縮超聲導波換能器的距離；

17、s3在待測立柱的裸露段設置所述磁致伸縮超聲導波換能器，獲取所述待測立柱的外覆土頂面對應回波的飛行時間、內(nèi)覆土頂面對應回波的飛行時間以及待測立柱底面對應回波的飛行時間；

18、s4基于所述待測立柱的外覆土頂面與內(nèi)覆土表面的高度差、待測立柱的外覆土頂面與磁致伸縮超聲導波換能器間的距離以及步驟s3獲取的三個飛行時間，利用所述計算公式獲取待測立柱的內(nèi)覆土埋地深度。

19、本技術提供的利用磁致伸縮導波換能器檢測公路立柱內(nèi)覆土深度的方法，建立了立柱內(nèi)覆土段長度與各截面飛行時間的函數(shù)關系，解決了現(xiàn)有技術中導波端部響應信號的信號幅值與飛行時間與土壤附著情況與埋地長度呈現(xiàn)復雜的非線性關系，難以精確計算立柱覆土深度的技術難題。

20、總體而言，通過本技術所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，主要具備以下的技術優(yōu)點：

21、1.本技術提供的磁致伸縮導波換能器，將空心圓柱骨架設計為可翻轉開合式的設計，同時多個磁化器陣列均勻間隔排布成環(huán)形磁化器陣列，還將環(huán)形開口線圈設計為內(nèi)外兩圈相互連通形成閉合回路的線圈，一個線圈位于環(huán)形磁化陣列外側，另一個線圈位于環(huán)形磁化陣列內(nèi)側，兩個線圈相對端在兩個空心半圓柱骨架的開閉連接處沿徑向連通形成閉合回路，環(huán)形開口線圈由于具有開口，因此能跟隨兩個空心半圓柱骨架相對翻轉開合，實現(xiàn)不影響磁致伸縮導波換能器檢測效果的同時大大提升了安裝拆卸的便利性效果，減少了人力與時間的浪費，適用于公路立柱長度的大批量快速檢測。

22、2.本技術中多個永磁體構成一體化的磁化器陣列，磁化器陣列的磁極沿空心圓柱骨架的軸向方向，能提供軸向偏置磁場，通過包繞在磁化器陣列外圍的環(huán)形開口線圈加載交變電流信號產(chǎn)生軸向交流磁場，實現(xiàn)了管道縱向?qū)Рǖ脑鰪娕c全周向激發(fā)；同時通過對磁致伸縮導波換能器中線圈和磁化器陣列的參數(shù)的設計，如將磁致伸縮超聲導波換能器中磁化器陣列的數(shù)目設計為不少于8、永磁體的數(shù)量為4～6個、永磁體長度、高度和厚度、環(huán)形線圈寬度為導波波長一半等，可進一步提高縱向?qū)Рǖ募ぐl(fā)效率，確保導波的全周向均勻激勵。

23、3.本技術提供的公路立柱長度超聲導波檢測方法，通過導波相關性分析與小波變換濾波方法克服了在背景噪聲與波形變形影響下回波的飛行時間難以精確提取的問題，降低了接收信號的處理難度，并通過數(shù)據(jù)擬合的方式得到立柱埋地深度的計算方程；利用不同覆土情況下波速差異信息，基于導波信號實現(xiàn)了對立柱埋地深度的準確計算，解決了現(xiàn)有技術中導波端部響應信號的信號幅值與飛行時間與土壤附著情況與埋地長度呈現(xiàn)復雜的非線性關系的技術難題，為公路護欄立柱的準確檢測提供了一種切實可行的操作方案。