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表面波施工质量快速无损检测仪

阅读：588发布：2021-02-24

IPRDB可以提供表面波施工质量快速无损检测仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种表面波施工质量快速无损检测仪。这是一种以新型无损检测理论为基础，把集成电路、电磁材料与微电子技术、微计算机技术、数理统计分析方法相结合为一体的新型快速无损检测仪器。采用该仪器进行施工质量检测与管理，完全不损伤结构物，仪器安装简便，检测速度快，可获得充分数据量，因而能对施工质量进行全面检测及评估，达到快速正确掌握施工质量和管理施工质量的目的。本发明所提供的仪器可用于土木工程中(如修筑水坝、公路、铁路、地基、机场、港湾等)，进行施工质量管理及评定。，下面是表面波施工质量快速无损检测仪专利的具体信息内容。

1.一种用于检测施工质量的表面波施工质量快速无损检测仪，它由组装在机箱内的发 射装置和接收装置组成，其特征是：发射装置由固定在机箱底板上的表面波激振器(1) 和振源检测传感器(4)及固定在机箱内的充电电池(6)和电路板上的功率放大器(2)、 程控波形发生器(3)、控制电路(5)组成，振源检测传感器(4)、表面波激振器(1)、 功率放大器(2)、程控波形发生器(3)通过电路顺序连接，功率放大器(2)通过电路分 别与控制电路(5)、充电电池(6)连接；接收装置由固定在机箱底板上的信号接收传感 器(11)及固定在机箱内的电路板上的自动增益控制低噪声高精度信号放大器(7)、自动 跟踪带通滤波器(8)、相关检测与计算机采集处理器(9)、直流电源变换器(13)和固定 在机箱面板上的读数显示器(10)、输出接口(12)组成，信号接收传感器(11)、自动增 益控制低噪声高精度信号放大器(7)、自动跟踪带通滤波器(8)、相关检测与计算机采集 处理器(9)通过电路顺序连接，相关检测与计算机采集处理器(9)的一个输出端与读数 显示器(10)通过电路连接，另一个输出端与输出接口(12)通过电路连接，充电电池(6) 与直流电源变换器(13)通过电路连接，直流电源变换器(13)的输出端分别与控制电路 (5)、程控波形发生器(3)、自动增益控制低噪声高精度信号放大器(7)、相关检测与计 算机采集处理器(9)、读数显示器(10)通过电路连接。

2.根据权利要求1所述的表面波施工质量快速无损检测仪，其特征是表面波激振器 (1)是一种电动式激振器，在底座(G)上固定一个励磁线圈(C)和一个振源检测传感 器(E)构成固定部件；重锤(A)与表面波激振器外壳(F)上部的弹簧片(D)固定连 接，永磁钢(B)吸附在重锤(A)上，悬挂在表面波激振器的外壳(F)内；外壳(F) 与底座(G)固定在一起，使永磁钢(B)插入励磁线圈(C)中。

3.根据权利要求1所述的表面波施工质量快速无损检测仪，其特征是程控波形发生器 (3)是一种采用数字频率合成技术设计的任意函数波形发生器，它由组装在电路板上的 地址计数器(IC1)、数字存储器(IC2)、D/A变换器(IC3)、缓冲滤波器(IC4)、时钟电 路(IC5)组成，计算机将预置频率通过端点MPU传递给时钟电路(IC5)，时钟电路(IC5)、 地址计数器(IC1)、存入了被量化的波形数据的数字存储器(IC2)、D/A变换器(IC3)、 缓冲滤波器(IC4)通过电路顺序连接，(IC2)中的波形数据在(IC1)地址计数器的引导 下，经(IC3)，D/A变换器将波形数字量变换成模拟电压，然后经(IC4)构成的缓冲滤 波器输出波形，产生的任意函数波形由(IC4)输出端接到OUTPUT端点上，波形频率由 (IC5)构成的时钟电路控制。

4.根据权利要求1所述的表面波施工质量快速无损检测仪，其特征是自动增益控制低 噪声高精度放大器(7)由组装在电路板上的阻抗变换器(IC1)、放大电路(IC2)、增益 控制电路(IC3)、控制器电路(IC4)、比较器(IC5)组成，传感器输出信号与阻抗变换 器(IC1)的输入端连接，阻抗变换器(IC1)、放大电路(IC2)、比较器(IC5)、控制器 电路(IC4)、增益控制电路(IC3)通过电路顺序连接，增益控制电路(IC3)通过电路与 放大电路(IC2)连接，(IC2)的增益由增益控制电路(IC3)控制，其控制基准是根据(IC2) 输出电压VO与设定控制电压VS在比较器(IC5)中进行比较后输出正负比较信号VR，通 过控制器电路(IC4)去改变增益控制电路(IC3)中的网络参数，自动增益控制低噪声高 精度放大器(7)的输出信号由放大电路(IC2)的输出端接到OUTPUT端点上。

5.根据权利要求1所述的表面波施工质量快速无损检测仪，其特征是自动跟踪带通滤 波器(8)由一个可预置中心频率的时钟发生器和一个滤波电路组成的中心频率可任意设 置的自动跟踪窄带滤波器；可预置中心频率的时钟发生器由缓冲器(IC1)和(IC2)，计 数器(IC3)、(IC4)、(IC5)和(IC6)，计数器(IC7)、(IC8)、(IC9)和(IC10)，锁相 电路(IC11)组成，面板上安装的二位高位代码开关和二位低位代码开关分别与缓冲器 (IC1)、(IC2)的输入端通过电路对应连接构成中心频率设置电路，缓冲器(IC1)、(IC2) 的输出端再与计数器(IC3)、(IC4)、(IC5)、(IC6)的输入端通过电路依次对应连接，并 且计数器(IC6)、(IC5)、(IC4)、(IC3)串联，作为预置、计数比较电路；由电阻(R1)、 电容(C1)、电容(C2)、非门(IC13)、(XTAL)组成的晶振电路的输出通过电路接到3 个计数器(IC8)、(IC9)、(IC10)串联构成的分频器的输入端，分频器输出与锁相电路 (IC11)的输入端通过电路连接，锁相电路(IC11)的输出端和计数器(IC7)的输入端连 接，经计数器(IC7)分频后，计数器(IC7)的输出端通过电路连接至计数器(IC6)的 输入端上，由计数器(IC6)、(IC5)、(IC4)、(IC3)进行计数比较后去控制(IC11)的 输入端，(IC11)的输出端接至由滤波器集成电路(IC12)、电阻(R6)～(R12)、二个可 调电阻(W1)和(W2)组成的滤波电路的输入端上，作为选频时钟，滤波电路的输出端 接到OUTPUT端点上，自动增益控制低噪声高精度放大器(7)的输出端通过INPUT端点 与滤波电路输入端连接，实现了对输入表面波信号设置中心频率进行自动跟踪窄带滤波。

6.根据权利要求1所述的表面波施工质量快速无损检测仪，其特征是相关检测与计算 机采集处理器(9)，由组装在电路板上的相关检测器(PC1)、计算机采集处理器(PC2)、 检测参数设定控制器(PC3)和固定在机箱面板上的读数显示器(10)组成，二个表面波 输入信号分别通过端点IN1和IN2与相关检测器(PC1)的输入端连接，相关检测器(PC1)、 计算机采集处理器(PC2)、读数显示器(10)通过电路顺序连接，计算机采集处理器(PC2) 与检测参数设定控制器(PC3)通过电路连接，二个表面波输入信号经由相关检测器(PC1) 测定其波形相位差后，其数值由(PC2)读入计算机内，对数据进行存储、统计计算后由 存储器保持并由显示器(10)读数显示，仪器预设参数通过(PC2)先读入后再将其数码 送到检测参数设定控制器(PC3)中，对仪器工作参数进行设定控制。

说明书全文

本发明涉及一种表面波施工质量快速无损检测仪，可用于 土木工程施工质量管理中，对现场施工质量进行检测与评定。

在土木工程施工中，如修筑水坝、公路、铁路、地基、机 场、港湾等，常用土石材料及混凝土进行施工。在施工中为检 测及管理施工质量，目前采用的主要方法是用挖坑取样(对土 石料碾压施工)及钻孔取芯(对混凝土施工)来测试其施工后 的力学参数(如密度、抗压强度等)，评定施工质量。

但是，以上方法存在主要问题是对在大面积施工作业面上 的取样率很低，抽样检测数据不能正确代表工程施工质量，再 加上实施这类方法要花费较多人力及时间，劳动强度大，获得 测试结果周期长、误差大，不能达到快速正确掌握施工质量及 管理施工质量的目的，因此，上述方法距现代化施工管理要求 差距很大。

表面波施工质量快速无损检测仪是采用新的检测原理及高新 磁电技术研制成功的科技产品，用这种仪器进行施工质量检测 时，无需钻孔及挖坑，完全不损伤结构物，检测速度快，数据 量充分，能对施工质量进行全面检测及评估，从而解决了现代 化施工质量管理中的重大难题。

本发明已通过技术鉴定，其样机称大体积混凝土深部质量 无损扫描检测仪已获实用新型专利(专利号91200278、 6)，为使其更臻完善，我们又在原有基础上进行了功能扩展 ，结构改进，性能提高，从而完成了可用于土木工程施工质量 管理中的一种新型快速无损检测仪。

本发明仪器的检测原理是表面波无损检测理论：当在半无 限弹性介质表面进行垂直激振时，在介质中产生的表面波垂直 于材料表面振动，沿结构表面传播，其垂直波动深度范围与发射 频率，表面波速度，具有如下关系：

VR＝2fD    D＝1/2

式中VR：表面波速度(M/S)        f：表面波振动频率( C/S)

    D：传播平均深度(M)         λ：波长(M)

根据实验及研究证明，表面波速度VR与材料密度、强度等 力学参数存在良好相关性，因而通过现场检测得到施工工程材 料中表面波传播速度，即可推算材料力学性能，对施工质量进行 检测与评定。

如图1所示，本发明的检测仪由发射装置及接收装置组成 。在发射装置中组装有表面波激振器(1)、功率放大器(2) 、程控波形发生器(3)、振源检测传感器(4)、控制电路( 5)、充电电池(6)等部件。在接收装置中组装有自动增 益控制低噪声高精度信号放大器(7)、自动跟踪带通滤波器( 8)、相关检测与计算机采集处理器(9)、读数显示器(10 )、信号接收传感器(11)、输出接口(12)、直流电源 变换器(13)等部件。发射装置与接收装置用电缆连接。

它们的主要组成部份详细说明如下：

图2所示为表面波激振器(1)，它由重锤(A)、永磁钢 (B)、励磁线图(C)、弹簧片(D)、振源检测传感器(E) 、外壳(F)、底座(G)等组成，在励磁线圈中通入正弦波 或调制波电流时，将产生一个周期性稳态垂直激振力，此力通 过底座传递到被测材料上产生表面波。

图3所示为程控波形发生器(3)，这是一种采用数字频率 合成技术设计的任意函数波形发生器。它由IC1～IC5集 成电路及附属电阻电容等组成。IC2是数字存储器，在其中 存入了被量化的波形数据(根据需要可任意设定，IC2中的 波形数据在IC1地址计数器的引导下，经IC3，D/A转 换器将波形数字量变换成模拟电压，然后经IC4构成的缓 冲滤波器输出波形。波形发生器输出的波形频率由IC5构成 的时钟电路控制，在IC5中存入了由计算机给出了预置频率 ，该程控波形发生器是根据检测仪要求专门设计研制的。与通 用的函数发生器相比具有电路简单、精度和稳定性好、波形种 类和频率设定方便等优点。

图4所示为自动增益控制低噪声高精度信号放大器(7) ，它由IC1-IC5等5块集成电路组成。IC1是阻抗变 换器，输入端与传感器相连，输出端与IC2放大电路连接。 IC2的增益由增益控制电路IC3控制，其控制基准是根据 IC2输出电压VO与设定控制电压VS在比较器IC5中进 行比较后输出正负比较信号VR，通过控制器电路IC4去改 变增益控制电路IC3中的网络参数，以达到对主放大器增益 进行自动跟踪控制。

图5所示为自动跟踪带通滤波器(8)，它是由一个可预 置中心频率的时钟发生器(由IC1-IC11，11块数字 集成电路组成)和一个滤波器集成电路IC12、电阻R5- R12，二个可调电阻W1、W2等组成的中心频率可任意设 置的自动跟踪窄带滤波器。中心频率设置电路由集成电路IC 1、IC2与面板上安装的4位代码开关的码盘连接，输出连 接4位计数器集成电路IC3、IC4、IC5、IC6作为 预置、计数比较电路。晶振XTAL电路产生的时钟信号经I C8、IC9、IC10进行分频后与IC11锁相电路连接 ，其输出经IC7分频后，由IC6、IC4、IC3进行计 数比较后去控制IC11输入端，使IC11输出端的频率被 锁定在设置频率上，把IC11的输出频率接至滤波器电路I C12上，作为选频时钟，实现了对输入表面波信号按设置中 心频率进行自动跟踪窄带滤波。

图6所示为相关检测与计算机采集处理器(9)，它是由 30块集成电路组成三个功能块电路组成。它们分别是相关检 测器PC1，计算机采集处理器PC2，检测参数设定器PC 3。二个表面波输入信号经由相关检测器PC1测定波形相位 差，其数值由PC2读入计算机内，对数据进行存储、统计计 算后由存储器保持及显示器(10)读数显示。此外在测量时 仪器预设参数通过PC2先读入然后再将其数码送到检测参数 设定器PC3中，对仪器工作参数进行设定控制，由此可知 ，相关检测与计算机采集处理器是控制仪器运行过程及进行检 测数据处理的部件。

仪器技术指标及功能如下： 检测深度：0.21(M) VR分辨率：I(M/S) 根据不同检测材料仪器分五档： I.土                     检测密度及变异性 II.堆石                  检测密度及变异性 III.砂砾料               检测密度及变异性 IV.碾压混凝土(大体积)    检测密度及变异性 V.常态混凝土(大体积)     检测密度及变异性

本发明对施工质量进行快速无损检测的应用是这样实现的 ：在土、石材料(或碾压混凝土，常态混凝土)施工的结构物 上，水平安装发射装置及接收装置(图7)，当打开仪器用发 射装置垂直激振产生表面波时，表面波将垂直于结构平面振动 ，沿表层材料向周围传播，其振源信号由传感器(4)接收。在 距振源中心L处安装接收装置，则表面波传播信号将由安装在 接收装置底盘上的信号接收传感器(11)接收。若设信号接 收传感器(11)的信号比振源传感器(4)的信号的时间上延 时为Δt＝t2-t1，则表面波传播速度VR＝L/Δt 表面波穿透结构材料深度为D＝VR/2f，这样就可测出发射 装置与接收装置中心距内一定深度D范围的表面波速度值。根 据试验率定，将表面波速度VR与材料密度、抗压强度等建立 方程，由此检测计算材料力学参数，对检测的大量数据进行数 据处理、分析来评估管理施工质量。

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