專利名稱：混凝土灌注樁質(zhì)量檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波檢測儀器，尤其涉及檢測混凝土灌注樁澆注質(zhì)量的超聲波檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，混凝土灌注樁跨孔超聲波CT檢測儀(或稱速度CT檢測儀)采用單發(fā)單收工作方式，即在一孔內(nèi)固定點發(fā)射超聲波，在另一孔一定深度范圍內(nèi)按一定間隔逐點接收超聲波，測量波的初至?xí)r間，通過專用CT軟件獲得孔間剖面的速度重建圖像(稱之為速度CT)，以此了解樁體是否存在諸如夾泥、斷樁、擴頸、縮頸、空洞、離析等缺陷。目前速度CT檢測儀器用在混凝土灌注樁工程質(zhì)量檢測中主要存在以下問題(1)灌注樁所用的混凝土材料是典型的具有粘滯性的復(fù)合材料，在澆注過程中形成的各種缺陷不但在速度上有所不同，而且對超聲波呈現(xiàn)出不同程度的的吸收衰減作用，這種吸收衰減作用主要體現(xiàn)在接收波形信號的幅度變化和頻譜變化上。有些缺陷，象離析、蜂窩狀氣孔、樁頭低強區(qū)等，聲波速度變化不大，特別是在缺陷范圍較小時，檢測精度相對較低，采用速度CT有時會漏檢。
(2)這種檢測儀器，采用單道接收逐點移動測量方式，測量效率低，還容易產(chǎn)生移動深度誤差從而出現(xiàn)虛假異常。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服速度CT儀存在的不足，本發(fā)明提供一種滿足CT測量方式的檢測精度高、測量效率高的混凝土灌注樁質(zhì)量檢測系統(tǒng)。
本項發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置、深度計數(shù)編碼器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中(1)超聲波發(fā)射裝置是由超聲波發(fā)生器和置于灌注樁導(dǎo)管中的發(fā)射頭組成的超聲波發(fā)射源。
(2)超聲波接受裝置是由多個超聲波換能器等間隔串接固定在管殼中，形成的接收換能器組，一次發(fā)射多道同時接收，使之滿足CT測量要求且保持接收信號良好的一致性。
(3)深度計數(shù)編碼器用來控制換能器組在導(dǎo)管中的準確位置，以保證測量精度和提高檢測效率。要求做到深度最小分辨力達到2mm，測量時換能器的提升或下降速度最高可達5m/s而不丟失數(shù)據(jù)。
(4)數(shù)據(jù)采集裝置是由I/O接口電路、同步電路、放大衰減電路、多通道A/D采集板組成。用于采集超聲波信號，經(jīng)放大、衰減、A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，輸出到工業(yè)控制微機系統(tǒng)進行處理。
(5)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)執(zhí)行以下過程根據(jù)設(shè)定的初至閾值和分析時間窗的區(qū)間，自動識別，讀取初至?xí)r間ti，同時進行快速傅氏變換(FFT)，計算形心頻率fs和方差σS2，形成走時數(shù)據(jù)文件和形心頻率數(shù)據(jù)文件，再由目前常用的ART或SIRT算法進行速度層析成像反演和衰減層析成像反演，形成反演結(jié)果數(shù)據(jù)文件，進行圖形顯示或存儲打印。
本發(fā)明的有益效果是(1)由于采用了多通道CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將目前的單發(fā)單收跨孔測量方式成為單發(fā)多收跨孔CT測量方式，一次可測出多個點，并由孔口深度計數(shù)編碼器自動控制深度，測量效率大大提高，可在10分鐘內(nèi)完成一對100m長的樁內(nèi)CT檢測。
(2)采用波速CT和衰減CT相結(jié)合對水泥混凝土工程質(zhì)量進行綜合評定，提高了粘滯性復(fù)合材料的質(zhì)量檢測精度，大大優(yōu)于單一參數(shù)的質(zhì)量評定方法。
(3)由于基于入射波頻譜和接收波頻譜參量的衰減CT，消除了幾何擴散和透射波、反射波以及發(fā)射和接收耦合條件對計算衰減量的影響，對聲波速度變化不大的缺陷如離析、蜂窩狀氣孔、柱頭低強區(qū)等都能比較靈敏地檢測出來。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)原理框圖。
圖2是速度與頻譜CT處理程序流程圖具體實施方式
參照圖1、圖2，說明本發(fā)明實施例的系統(tǒng)組成和工作原理過程。
圖1中，工業(yè)微機系統(tǒng)6用于數(shù)據(jù)處理和處理結(jié)果的顯示打印。超聲波發(fā)射機3產(chǎn)生高壓脈沖，激勵發(fā)射換能器1產(chǎn)生超聲波，超聲波發(fā)射換能器1放入混凝土樁的預(yù)埋導(dǎo)管A中，向樁體介質(zhì)輻射超聲波，在本實施例中用四個接收換能器間隔10cm組裝在管殼中，構(gòu)成超聲波換能器組2，用繩放入另一混凝土樁的預(yù)埋導(dǎo)管B中接收超聲波；并在孔口安置由滑輪控制的深度編碼器4，將換能器的提升深度坐標生成坐標文件存入微機系統(tǒng)5。
本實施例設(shè)計了多通道信號采集器5，它由I/O接口電路、同步電路、放大衰減電路、多通道A/D采集板組成。其中一路I/O接口電路用于微機系統(tǒng)6向超聲波發(fā)射機3發(fā)送發(fā)射指令，與此同時觸發(fā)同步電路產(chǎn)生同步信號，同時多通道A/D采集板開始采樣，另一路I/O接口電路用于微機系統(tǒng)6向程控放大衰減電路發(fā)出接收指令，每個程控放大衰減電路接收到換能器組的多路信號后經(jīng)放大、衰減處理輸送給多通道A/D采集板，經(jīng)多通道A/D采集板形成數(shù)字信號，由微機系統(tǒng)6以數(shù)據(jù)文件存入存儲器，供CT處理軟件調(diào)用。
微機系統(tǒng)6處理過程如圖2所示，首先讀取存儲測點數(shù)據(jù)，判斷坐標文件是否正確。正確時，設(shè)定自動識別初至閾值和分析時間窗的區(qū)間，讀取初至?xí)r間ti，進行快速傅氏變換，計算形心頻率fs和方差σS2，計算時設(shè)入射波頻譜為S(f)，接收信號頻譜為R(f)，則入射波頻譜的形心頻率fS和方差σS2分別為fS=∫0∞fS(f)df∫0∞S(f)df,]]>σS2=∫0∞(f-fS)2S(f)df∫0∞S(f)df]]>接收信號頻譜的形心頻率為fR=∫0∞fR(f)df·∫0∞R(f)df]]>介質(zhì)吸收衰減系數(shù)α0滿足如下關(guān)系∫ljα0dl=(fS-fR)/σS2]]>上式即為由頻譜參數(shù)進行衰減層析成像的基本公式。形成走時數(shù)據(jù)文件和形心頻率數(shù)據(jù)文件；再由目前常用的ART(代數(shù)重建算法)或SIRT(聯(lián)合迭代重建算法)進行速度層析成像反演和衰減層析成像反演，形成反演結(jié)果數(shù)據(jù)文件，進行圖形顯示或存儲打印。
在本實施例中超聲波發(fā)射換能器為柱狀增壓式壓電晶體超聲波傳感器，可根據(jù)測試精度要求，采用不同主頻的傳感器。
一體化超聲波換能器組是由多個柱狀增壓式壓電晶體超聲波傳感器按固定間隔組合在一起，實現(xiàn)高效CT方式測量。
多通道A/D采集板采用KS2024型多道24位、20M采集速率數(shù)字采集卡。
孔口深度編碼器安裝在孔口滑輪中，由光電計數(shù)器和相應(yīng)電路組成，控制換能器組在導(dǎo)管中準確位置。
權(quán)利要求
1.一種混凝土灌注樁質(zhì)量檢測系統(tǒng)，它包括超聲波發(fā)射裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于還包括超聲波接受裝置、數(shù)據(jù)采集器和深度計數(shù)編碼器，其中(1)超聲波接受裝置是由多個超聲波換能器等間隔串接固定在管殼中，形成的接收換能器組，一次發(fā)射多道同時接收，使之滿足CT測量要求且保持接收信號良好的一致性；(2)數(shù)據(jù)采集裝置是由I/O接口電路、同步電路、放大衰減電路、多通道A/D采集板所組成，用于采集超聲波信號，經(jīng)放大、衰減、A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，輸出到工業(yè)控制微機系統(tǒng)進行處理；(3)深度計數(shù)編碼器，深度計數(shù)編碼器用來控制換能器組在導(dǎo)管中的準確位置，以保證測量精度和提高檢測效率。要求做到深度最小分辨力達到2mm，測量時換能器的提升或下降速度最高可達5m/s而不丟失數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的混凝土灌注樁質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的初至閾值和分析時間窗的區(qū)間，自動識別，讀取初至?xí)r間ti，進行快速傅氏變換，計算形心頻率fs和方差σS2，形成走時數(shù)據(jù)文件和形心頻率數(shù)據(jù)文件，再由目前常用的ART或SIRT算法進行速度層析成像反演和衰減層析成像反演，形成反演結(jié)果數(shù)據(jù)文件，進行圖形顯示或存儲打印。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土灌注樁質(zhì)量檢測系統(tǒng)，它包括超聲波發(fā)射裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于還包括超聲波接受裝置、數(shù)據(jù)采集器和深度計數(shù)編碼器，其中超聲波接受裝置是由多個超聲波換能器形成的接收換能器組；數(shù)據(jù)采集裝置是由I/O接口電路、同步電路、放大衰減電路、多通道A/D采集板所組成；深度計數(shù)編碼器用來控制換能器組在導(dǎo)管中的準確位置，以保證測量精度和提高檢測效率。其積極效果是，測量效率高，提高了粘滯性復(fù)合材料的質(zhì)量檢測精度，消除了幾何擴散和透射波、反射波以及發(fā)射和接收耦合條件對計算衰減量的影響，對聲波速度變化不大的缺陷能比較靈敏地檢測出來。
文檔編號G01N29/04GK1696686SQ20051004355
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月15日
發(fā)明者于師建, 劉春生 申請人:山東科技大學(xué)