[发明专利]一种基于非线性二次谐波理论的混凝土无损检测设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非线性二次谐波理论的混凝土无损检测设备，属于混凝土超声无损检测领域。具体地说，就是基于非线性二次谐波理论，采用空气耦合超声无损检测技术，从而进行快速、大面积地检测混凝土损伤。

背景技术

现有的混凝土无损检测方法主要有回弹法、超声法、超声-回弹综合法等。回弹法由于成本低，操作简单等特点，在工程应用中应用最为广泛，但是由于回弹值只能代表结构表面混凝土的质量，无法检测内部混凝土质量，因此其可靠性相当有限。传统的超声法和超声-回弹综合法虽然能检测混凝土内部结构，但是其原理是利用传统的声学参数，如声时、声速等参数来检测混凝土内部的较大缺陷。但是，在工程中往往还涉及到混凝土在物理或化学作用下产生分布式微裂缝的损伤形式，传统声时、声速等参数对于这种分布式微裂缝的检测并不具有足够的敏感性，因此传统的超声法或超声-回弹综合法不能应用于混凝土微裂缝和早期损伤的检测。

发明内容

本发明专利要解决的技术问题：

为解决现有混凝土超声无损检测在微裂缝检测上的空缺，同时解决现有检测技术可靠性、灵敏性、便捷性不足等问题，本发明提供一种基于非线性二次谐波理论的混凝土无损检测设备，它采用的非线性超声无损检测技术是基于混凝土损伤后非线性参数明显增大的特点，经过众多实验研究表明，该检测设备具有极高的灵敏度和可靠度，不仅适用于混凝土大裂缝检测，还适用于混凝土在物理作用(受压、受拉等)或化学作用(冻融、侵蚀等)下产生分布式微裂缝的混凝土损伤检测。此外，本发明在超声设备上增加带滚轮的机动系统，提高了设备操作性，因此能够快速地、便捷地在混凝土表面移动，从而进行大面积混凝土检测。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

本发明一种基于非线性二次谐波理论的混凝土无损检测设备，它由四部分构成：超声检测系统；机动系统；数据无线传输系统；与计算机终端。它们之间的关系是：首先计算机终端通过无线传输发出指令，控制机动系统搭载超声检测系统到达待检测区域，然后计算机终端通过无线传输向信号发生器发出指令，设定发射的超声信号参数，之后超声检测系统产生初始超声信号并接收透过混凝土的超声信号，接收的超声信号可暂存于存储器或通过无线传输器传给计算机终端，进行实时处理。由于超声检测系统与计算机终端分离，只需人工通过计算机终端向超声检测设备发出指令，而不需人工托举、移动检测设备，因而检测过程更加简单便捷，由于超声系统搭载于带有轮子的机动系统上，能够快速在混凝土表面移动，实现快速，大面积地混凝土检测。

所述的超声检测系统由信号发生器，大功率发射换能器，接收换能器以及信号处理器组成，彼此之间相互连接。超声检测系统采用空气耦合超声换能技术，信号发生器产生信号，通过大功率发射换能器发出信号，超声信号透过空气和混凝土，再由接收换能器接受信号，通过信号处理器处理，即可得到接收到的超声信号。由于该系统是用空气做为超声耦合剂，为了弥补空气和混凝土声阻抗不匹配造成的超声衰减，因此采用大功率发射换能器。信号发生器与信号处理器、无线传输系统集成于一个聚丙烯盒中，信号发生器外接一接口搭接大功率发射换能器，信号处理器外接一接口搭接接收换能器。

所述的机动系统由驱动系统、底盘车架、遥控系统组成。驱动系统包括动力装置的马达、电子调速器、2轴4轮传动系统组成。底盘为铝合金设计，遥控系统集成于无线传输器中，其原理和遥控汽车相似，遥控系统可接收计算机终端发出的指令并运行。装有超声系统的聚丙烯盒用螺栓整体固定于底盘车架之上，底盘车架上带有两圆形开口用于穿过大功率发射换能器和接收换能器。

所述的数据无线传输系统包括存储器和无线传输器。存储器用于存储信号处理器得到的超声信号，无线传输器可接收计算机终端对信号发生器和机动系统的指令，同时也可将信号处理器处理的超声的信号传给计算机终端。

所述的计算机终端由无线传输系统和便携式计算机组成。无线传输系统用于向信号发生器及机动系统发出指令并接收波形信号，便携式计算机通过已有程序对接收的信号进行现场实时处理。

本发明的原理：

本发明对于接收的声信号处理是基于非线性超声理论，与传统的超声检测设备具有明显不同，主要是通过混凝土材料非线性参数的变化，表征混凝土结构损伤。

混凝土的非线性特征一般可在本构关系中引入二阶模量，有