[发明专利]圆柱型桥墩表面波浪爬高超声波测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁建筑技术，具体说就是一种圆柱型桥墩表面波浪爬高超声波测试系统。

背景技术

近几十年以来，跨海桥梁成为推动区域合作，促进经济发展的重要交通枢纽。在复杂的海洋环境条件下，跨海桥梁下部结构对于海上的灾害，如海啸、飓风等，不能像船舶那样预先躲避，因此它的设计必须考虑到海上可能发生的最恶劣情况，否则将会造成严重的灾难性事故。对于在桥墩上搭建有检修平台的桥墩，平台搭建的位置最好选在破浪爬高以上，以确保平台在波浪作用下不被破坏。因此研究波浪在跨海桥墩上的爬高具有重要意义。

目前波浪在圆柱形结构上的爬高的研究，主要有浪高仪法和摄像法。浪高仪法在圆柱结构周围捆绑浪高仪，通过浪高仪的测量值反映出波浪在结构上爬高所到达的高度。Mase等(2001)在模型前段3mm处设置一个浪高仪，用浪高仪测到的数据作为波浪在结构上的爬高值。De Vos等(2007)在圆柱型结构周围2mm范围内捆绑10个浪高仪，以测量圆柱结构不同位置的波浪爬高值。Li等(2012)同样采样浪高仪法测量波浪在圆柱结构上的爬高。浪高仪法具有操作简单，数据易于处理等优势。但是浪高仪法不能得到一个二维圆周面上波浪爬高的实时测量。Martin等(2001)采用摄像的方法得到波浪在圆柱型结构上的爬高。由于该方法依赖高速相机成相技术，很难用于大型结构爬高实验的测量。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种圆柱型桥墩表面波浪爬高超声波测试系统。能实时测量圆柱型桥墩表面波浪爬高的真实形状和厚度、又不会干扰波浪在其表面的形成。

本发明的目的是这样实现的：一种圆柱型桥墩表面波浪爬高超声波测试系统，包括圆柱型桥墩模型、工控机(12)、容量5006以上数据存储器(13)、A/D高速数据转换卡(14)、脉冲接收发射器(15)、直流稳压电源(11)和圆柱型桥墩模型超声波测试装置，圆柱型桥墩模型包括顶部固定盖(2)、有机玻璃管(6)和底部固定座(7)，顶部固定盖(2)与有机玻璃管(6)上端连接，底部固定座(7)与有机玻璃管(6)下端连接，直流稳压电源(11)为本系统供电，工控机(12)内安装A/D高速数据转换卡(14)和容量500G以上数据存储器(13)，A/D高速数据转换卡(14)连接脉冲接收发射器(15)，圆柱型桥墩模型超声波测试装置包括旋转反射面装置、超声波换能器(9)和上下移动装置；上下移动装置包括电动马达(1)、丝杠(5)、上支撑与传动盖板(3)和下支撑与传动板(10)，丝杠(5)贯穿于整个圆柱型桥墩模型内部，电动马达(1)与顶部固定盖(2)固定连接，丝杠(5)与电动马达(1)输出轴连接，上支撑与传动盖板(3)与丝杠(5)上段螺纹连接，下支撑与传动盖板(10)与丝杠(5)下段螺纹连接，电动马达(1)带动丝杠(5)转动，从而使上、下支撑与传动盖板(3、10)能够沿丝杠(5)做上下同步移动；旋转反射面装置位于超声波换能器(9)上方；旋转反射面装置包括微型马达(8)和45°反射面(4)；45°反射面(4)与微型马达(8)输出轴连接，微型马达(8)与上支撑与传动盖板(3)底面连接；超声波换能器(9)与下支撑与传动板(10)连接；45°反射面(4)和超声波换能器(9)轴线重合，脉冲接收发射器(15)与超声波换能器(9)电信号连接；工控机(12)运行采集程序，通过A/D高速数据转换卡(14)发出指令给脉冲发射接收器(15)，脉冲接收发射器(15)给超声波换能器(9)发射一个高电压脉冲，使超声波换能器(9)上的晶片发生高频率振动，从而产生高频超声波脉冲信号；同时超波声换能器(9)能够接收从被测的波浪上下表面反射回来的两次超声波回波信号，其回波信号通过超声波换能器(9)和脉冲发射接收器(15)转换成低电压信号传递给A/D高速数据转换卡(14)，最后工控机(12)通过A/D转换，将回波信号以数字形式进行存储。

本发明还具有如下技术特征：当旋转反射面旋转，同时上、下支撑与传动盖板上下同步移动时，本系统能够在波浪爬高的过程中实时不间断地采集波浪的高度和厚度，得到桥墩模型环向一周的波浪分布数据、三维桥墩模型表面波浪的几何特征数据和三维桥墩模型表面波浪的竖向分布数据。

本发明应用超声波测厚原理，组建一套适用于测量圆柱型桥墩表面波浪爬高超声波测试。采用超声波测厚系统不仅可以得到波浪爬高的厚度、宽度和形状，而且可以得到波浪爬高在竖向的分布特性。本发明属于无损监测，能够实时测量到破浪爬高过程中整个模型外表面上波浪分布情况，而又不会干扰波浪在其表面的形成。具有精度高，操作简便，系统集成度高和实时监测的特点。

附图说明