基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法，采用的裝置包括圓管形壓電智能骨料、信號發(fā)生器、信號放大器和信號采集器；圓管形壓電智能骨料采用超高性能混凝土進(jìn)行澆注并事先預(yù)埋于待檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，檢測時，信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖電壓信號先經(jīng)由信號放大器進(jìn)行放大，再傳輸給圓管形壓電智能骨料，使該圓管形壓電智能骨料沿徑向振動，在待檢測混凝土整個平面內(nèi)產(chǎn)生縱波，該脈沖信號傳輸?shù)饺毕萏帟r會產(chǎn)生反射脈沖信號；圓管形壓電智能骨料接收由待檢測混凝土內(nèi)部缺陷處反射的脈沖信號進(jìn)行缺陷的定位。本發(fā)明在整個檢測平面內(nèi)360度方向發(fā)射等幅值超聲脈沖信號，并利用混凝土內(nèi)部缺陷反射的脈沖信號進(jìn)行缺陷的定位。
【專利說明】
基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及土木工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測領(lǐng)域，具體是基于圓管形壓電智能骨料的混凝 土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，常用的混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測方法包括超聲波法、地質(zhì)雷達(dá)法、X射線法、紅外 成像法、聲發(fā)射法等，這些方法雖然可以快速檢測和定位混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷，但是這些 方法往往是一種事后檢測方法，不能實現(xiàn)混凝土內(nèi)部缺陷的在線定位檢測。
[0003] 近年來，基于壓電陶瓷的智能骨料技術(shù)雖然可以實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)長期在線健康監(jiān) 測，但是由于這些智能骨料多采用長方形或方形壓電陶瓷作為信號的激發(fā)元件，其產(chǎn)生的 應(yīng)力波具有極強(qiáng)的方向性，往往只能沿直線傳播，導(dǎo)致該方法難以全面掌握整個監(jiān)測區(qū)域 的缺陷情況，且這種監(jiān)測技術(shù)往往只能判斷結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，不能確定缺陷的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方 法，在整個檢測平面內(nèi)360度方向發(fā)射等幅值超聲脈沖信號，并利用混凝土內(nèi)部缺陷反射的 脈沖信號進(jìn)行缺陷的定位。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法，采用的裝置包括圓管形壓 電智能骨料、信號發(fā)生器、信號放大器和信號采集器;圓管形壓電智能骨料事先預(yù)埋于待檢 測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，檢測時，信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖電壓信號先經(jīng)由信號放大器進(jìn)行 放大，再傳輸給圓管形壓電智能骨料，使該圓管形壓電智能骨料沿徑向振動，在待檢測混凝 土整個平面內(nèi)產(chǎn)生縱波，該脈沖信號傳輸?shù)饺毕萏帟r會產(chǎn)生反射脈沖信號；圓管形壓電智 能骨料接收由待檢測混凝土內(nèi)部缺陷處反射的脈沖信號，并傳輸至信號采集器，利用混凝 土缺陷反射的脈沖信號進(jìn)行缺陷的定位。
[0006] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述圓管形壓電智能骨料由內(nèi)至外依次為超高性能混 凝土、圓管形壓電陶瓷和超高性能混凝土;且圓管形壓電陶瓷內(nèi)、外環(huán)上分別焊接了用于傳 輸信號的屏蔽電纜，焊接完屏蔽電纜后其表內(nèi)、外表面均勻涂覆絕緣膠。
[0007] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述圓管形壓電智能骨料利用超高性能混凝土將圓管 形壓電陶瓷饒注成直徑為15_20mm、高為10-20mm的圓柱形。
[0008] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:預(yù)埋于待檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所有圓管形壓電智能 骨料軸線互相平行、分布于同一平面內(nèi)。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:預(yù)埋于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的圓管形壓電智能骨料中一個 圓管形壓電智能骨料作為信號激發(fā)元件，用于在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生脈沖信號；其它圓管形壓 電智能骨料作為信號接收元件，用于接收在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸后的脈沖信號。
[0010] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：由信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖電壓信號經(jīng)信號放大器 放大后通過屏蔽電纜傳輸給作為信號激發(fā)元件的圓管形壓電智能骨料，使該圓管形壓電智 能骨料沿徑向振動，并在信號激發(fā)元件所在的平面內(nèi)產(chǎn)生360度方向的等幅值縱波。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:作為信號接收元件的圓管形壓電智能骨料接收由信號 激發(fā)元件處直接傳輸過來的脈沖信號與由混凝土內(nèi)部缺陷處反射的脈沖信號。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明采用圓管形壓電智能骨料在整個檢測平面內(nèi)360度方向發(fā)射等幅值超聲脈沖信 號，并利用混凝土內(nèi)部缺陷反射的脈沖信號進(jìn)行缺陷的定位。圓管形壓電智能骨料內(nèi)部密 實性好、強(qiáng)度高，超聲信號衰減小、傳輸距離遠(yuǎn)。本發(fā)明可以快速檢測和在線定位混凝土結(jié) 構(gòu)的內(nèi)部缺陷，能判斷結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，能準(zhǔn)確確定缺陷的位置。
【附圖說明】
[0013] 圖1是圓管形壓電智能骨料在待檢測混凝土結(jié)構(gòu)布置示意圖； 圖2是從圓管形壓電智能骨料激發(fā)元件處發(fā)出脈沖信號傳播示意圖； 圖3是圓管形壓電陶瓷振動示意圖； 圖4是圖3的俯視圖； 圖5是圓管形壓電智能骨料示意圖； 圖6是圖5是俯視圖； 圖7是信號處理示意圖； 圖8是利用缺陷的反射脈沖信號進(jìn)行缺陷定位原理圖； 圖中：1_圓管形壓電陶瓷;2-超高性能混凝土;3-屏蔽電纜;4-圓管形壓電智能骨料;5-待檢測混凝土。
【具體實施方式】
[0014] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的 實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015] 實施例1 本發(fā)明實施例中，一種基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法，包 括圓管形壓電智能骨料4、信號發(fā)生器、信號放大器和信號采集器。
[0016] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明事先在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋已封裝好的圓管形壓電智能 骨料4,將其中的一個圓管形壓電智能骨料4作為信號激發(fā)元件向檢測平面內(nèi)360度方向發(fā) 射等幅值超聲脈沖信號，其它圓管形壓電智能骨料4作為信號接收元件，接收由從作為信號 激發(fā)元件的圓管形壓電智能骨料4處直接傳輸過來的脈沖信號及由混凝土內(nèi)部缺陷反射過 來的脈沖信號，最后利用混凝土結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生的反射信號進(jìn)行缺陷的定位。
[0017] 本發(fā)明中的圓管形壓電智能骨料4采用圓管形壓電陶瓷1作為信號轉(zhuǎn)換元件，如圖 3-4所示，圓管形壓電陶瓷1可以產(chǎn)生沿徑向的等幅值振動或?qū)⒄駝游灰妻D(zhuǎn)化為電信號輸 出。
[0018] 如圖5-6所示，本發(fā)明中的圓管形壓電智能骨料4采用超高性能混凝土 2進(jìn)行澆注， 圓管形壓電智能骨料4內(nèi)部密實性好、強(qiáng)度高，超聲信號衰減小、傳輸距離遠(yuǎn)。圓管形壓電智 能骨料4制作步驟如下： 首先，在圓管形壓電陶瓷1內(nèi)、外環(huán)上分別焊接了屏蔽電纜3用于信號的傳輸;然后，圓 管形壓電陶瓷1焊接完屏蔽電纜3后其表內(nèi)、外表面均勻涂覆絕緣膠，使其完全絕緣； 最后，利用超高性能混凝土2將圓管形壓電陶瓷1饒注成直徑為15-20_、高為10-20_ 的圓柱形。
[0019] 如圖1所示，預(yù)埋圓管形壓電智能骨料4時，應(yīng)保證智能圓管形壓電智能骨料4軸線 互相平行且圓管形壓電智能骨料4均分布于同一平面內(nèi)。
[0020] 檢測時，可隨機(jī)選取其中的某一個圓管形壓電智能骨料4作為信號激發(fā)元件，在待 檢測混凝土 5內(nèi)部產(chǎn)生脈沖信號，其它圓管形壓電智能骨料4作為信號接收元件用于接收在 待檢測混凝土 5結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸后的脈沖信號。
[0021] 檢測時，信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖電壓信號先經(jīng)由信號放大器進(jìn)行放大，再通 過屏蔽電纜3傳輸給作為信號激發(fā)元件的圓管形壓電智能骨料4,使該圓管形壓電智能骨料 4沿徑向振動，最終在待檢測混凝土 5整個平面內(nèi)產(chǎn)生縱波，該脈沖信號傳輸?shù)饺毕萏帟r會 產(chǎn)生反射脈沖信號。作為信號接收元件的圓管形壓電智能骨料4可以接收由信號激發(fā)元件 處直接傳輸過來的脈沖信號也可以接收由待檢測混凝土 5內(nèi)部缺陷處反射的脈沖信號。
[0022] 當(dāng)結(jié)構(gòu)無缺陷時，按照上述步驟在待檢測混凝土5內(nèi)部激發(fā)脈沖信號并記錄下第i 個圓管形壓電智能骨料4接收到的脈沖信號切;當(dāng)待檢測混凝土5結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后， 再次重復(fù)上述操作，并記錄下此時第i個圓管形壓電智能骨料4所接收到的脈沖信號 <(辦。
[0023] 利用記錄下的n個脈沖信號計算得到縱波在待檢測混凝土 5內(nèi)傳輸?shù)乃俣?br>，其中（#，丹)為激發(fā)用圓管形壓電智能骨料4坐標(biāo)，（ 5，於)為第i個接收用圓管形壓電智能骨料4的坐標(biāo)遘為縱波達(dá)到第i個圓管形壓電智能骨 料4的時間。
[0024] 如圖7,將記錄下的兩個脈沖信號ifC〇和if?作差運算，= 可 得到經(jīng)缺陷反射后的脈沖信號6(0,由咕0可確定脈沖信號由激發(fā)元件T經(jīng)缺陷D反射后達(dá) 到接收元件Si的傳播時間#，并可得到激發(fā)元件T、缺陷D及接收元件Si間的距離為 2崎=_'|+:網(wǎng)；11^。
[0025] 如圖8,定位時以激發(fā)元件T和接收元件Si為橢圓的兩個焦點、以2今為長軸作橢圓， 多個橢圓的交點即為缺陷的位置。
[0026] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0027] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包 含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員
【主權(quán)項】
1. 基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法，采用的裝置包括圓管形 壓電智能骨料、信號發(fā)生器、信號放大器和信號采集器;其特征在于，圓管形壓電智能骨料 事先預(yù)埋于待檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，檢測時，信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖電壓信號先經(jīng)由 信號放大器進(jìn)行放大，再傳輸給圓管形壓電智能骨料，使該圓管形壓電智能骨料沿徑向振 動，在待檢測混凝土整個平面內(nèi)產(chǎn)生縱波，該脈沖信號傳輸?shù)饺毕萏帟r會產(chǎn)生反射脈沖信 號；圓管形壓電智能骨料接收由待檢測混凝土內(nèi)部缺陷處反射的脈沖信號，并傳輸至信號 采集器，利用混凝土缺陷反射的脈沖信號進(jìn)行缺陷的定位。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法， 其特征在于，所述圓管形壓電智能骨料由內(nèi)至外依次為超高性能混凝土、圓管形壓電陶瓷 和超高性能混凝土;且圓管形壓電陶瓷內(nèi)、外環(huán)上分別焊接了用于傳輸信號的屏蔽電纜，焊 接完屏蔽電纜后其表內(nèi)、外表面均勻涂覆絕緣膠。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法， 其特征在于，所述圓管形壓電智能骨料利用超高性能混凝土將圓管形壓電陶瓷澆注成直徑 為15_20mm、高為10_20mm的圓柱形。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法， 其特征在于，預(yù)埋于待檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所有圓管形壓電智能骨料軸線互相平行、分 布于同一平面內(nèi)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方 法，其特征在于，預(yù)埋于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的圓管形壓電智能骨料中一個圓管形壓電智能骨 料作為信號激發(fā)元件，用于在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生脈沖信號；其它圓管形壓電智能骨料作為信 號接收元件，用于接收在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸后的脈沖信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法， 其特征在于，由信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖電壓信號經(jīng)信號放大器放大后通過屏蔽電纜傳 輸給作為信號激發(fā)元件的圓管形壓電智能骨料，使該圓管形壓電智能骨料沿徑向振動，并 在信號激發(fā)元件所在的平面內(nèi)產(chǎn)生360度方向的等幅值縱波。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓管形壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷在線定位方法， 其特征在于，作為信號接收元件的圓管形壓電智能骨料接收由信號激發(fā)元件處直接傳輸過 來的脈沖信號與由混凝土內(nèi)部缺陷處反射的脈沖信號。
【文檔編號】G01N29/34GK105891331SQ201610203541
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】魯光濤, 李友榮, 王濤, 邵俊華, 尹本進(jìn)
【申請人】武漢科技大學(xué)