[实用新型]用于桩基超声波检测的超声波传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超声波传感器，尤其涉及一种用于桩基超声波检测的收发一体的带前置信号放大和滤波处理的超声波传感器。

背景技术

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的振动频率的机械波，是由换能晶片在电压的激励下发生振动而产生。超声波具有频率高，波长短、绕射现象小，特别是方向性好，能够成为射线而定向传播等特点。

超声波对液体、固定的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成回波，该回波碰到运动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上成为超声换能器，或者超声波探头。

超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声波探头多作探测作用。超声波探头按结构可以分为以下几种：直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、另一个探头接收)等。

基桩超声声波投射法检测采用一种轴向有限长度、单一主频的柱面波，超声波在混凝土中的传播规律服从弹性波的特性，由直达波、绕射波、折射波和反射波构成。波形分析的基本物理量有：1、直达波到达时(波速)；2、波幅(或衰减)；3、接收信号频率变化；4、接收波形畸变。波速只反映透测中线为对象的混凝土性质，而波形和频谱变化不但反映透测对象的混凝土状态，而波形和频谱变化不但反映透测对象的混凝土状态，而且也反映构件边界面及透测范围以外混凝土的状态。由于超声波的绕射波、折射波、反射波的时程，使得接收的波形迭加后变化复杂，不易解读。所以基桩声波透射法检测判定，一般采用了声时和首波波幅两个参数，对波形变化分析要求越来越高，而且测试孔越来越深，高达300米的深孔。

但是普通的超声波探头具有以下不足和缺点：

1、由于接收压电晶体的输出阻抗高，容易受到干扰；

2、由于测试桩孔越来越深，连接电缆也越长，依靠无源的收发一体在长距离传输中，由于接收压电晶体的输出阻抗高，长电缆的分布电容参数变大，导致接收的信号严重畸变失真而无法分析桩基的质量，为建筑基础留下严重的隐患；

3、长电缆的超声信号传输导致信号衰减很大，在接收端必须具有很大的放大倍数，导致噪声也同时放大，导致信噪比降低；

4、长电缆的超声信号传输导致信号衰减很大。

发明内容

针对现有桩基测量超声传感器存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种新型的用于桩基超声波检测的收发一体的带前置信号放大和滤波处理的超声波传感器，解决普通超声传感器采用收发同一压电晶体的输出阻抗高，随着传输电缆延长衰减和畸变的缺点。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，包括压电晶体换能器、前置处理电路和连接电缆，其中，

所述前置处理电路包括前置放大电路和带通滤波电路，其中，

所述前置放大电路和所述带通滤波电路连接；

所述压电晶体换能器的输出端与所述前置放大电路的输入端连接；

所述带通滤波电路的输出端与所述连接电缆连接；

所述压电晶体换能器输出的超声波信号通过所述前置放大电路放大，并所述前置放大电路将放大后的超声波信号传输至所述带通滤波电路；

所述带通滤波电路，对该放大后的超声波信号进行带通滤波，并将带通滤波后的超声波信号传送至所述连接电缆。

实施时，所述带通滤波器，其中心频率为压电晶体换能器输出的超声波信号的谐振峰值频率。

实施时，所述压电晶体换能器为两个，其中，

一个所述压电晶体换能器，为激发压电晶体，用于激发超声波，在高压脉冲波的激励下输出超声波；

另一个所述压电晶体换能器，为接收压电晶体，用于接收超声波信号；

所述接收压电晶体的输出端与所述前置放大电路的输入端连接。

实施时，所述前置处理电路还包括阻抗变换电路；

所述阻抗变换电路，连接于所述压电晶体换能器与所述前置放大电路之间，用于对所述压电晶体换能器输出的超声波信号进行阻抗变换，并将阻抗变换后的超声波信号传输至所述前置放大电路。

实施时，所述前置处理电路还包括输入限幅电路；