[发明专利]压电超声传感器的布设方法及在水泥混凝土水化进程全方位在线监测中的应用

说明书

本发明公开了一种压电超声传感器的布设方法及在水泥混凝土水化进程全方位在线监测中的应用，以球形压电超声传感器为发射超声信号的发射传感器，以该球形压电超声传感器为球心，在其周围的一个或多个球面上布置有多个用于接收超声波的压电超声接收传感器。本发明参考我国北斗卫星系统的布局，采用中心360°发射信号、四周360°接收信号的设计思路对传感器进行布设，提高了水泥混凝土不同方向、不同角度上水化进程监测的可靠性，消除了水泥混凝土水化监测过程中由于各向异性造成的监测误差，实现了对水泥混凝土水化进程的全方位实时在线监测，适用于水泥混凝土水化长期实时在线监测。

技术领域

本发明涉及一种压电超声传感器的布设方法，还涉及一种采用该布设方法对水泥混凝土水化进程进行实时全方位在线监测的方法，属于水泥混凝土质量监测技术领域。

背景技术

水泥混凝土的水化是一个复杂的化学反应过程，在不同的水化阶段具有不同的水化特征，为了确保混凝土优异的工程性能，需要实时监测水泥混凝土内部不同部位、不同方向的水泥水化特征，及由水泥水化所引起的一系列化学、物理与物理化学性能的变化。正是由于水泥混凝土水化具有即时性，不同水化阶段的声学参数不相同，同时水泥混凝土内部不同位置的水化可能存在差异，因此，实现对水泥混凝土水化的实时全方位监测就显得极为重要。

然而，目前还没有很好的在线监测方法可以对水泥混凝土混合体系的水化进程进行全方位在线监测，现有的监测方法大多存在样本数据少、监测面少等缺点，所得数据不具很强的说服力。

超声波具有能量高、穿透能力强、方向性好等优点，在混凝土强度检测、裂缝及孔洞检测等方面已有广泛应用，但如何使用超声波实现水泥混凝土水化进程的全方位在线监测还没有很好的方法。

发明内容

针对现有技术缺少有效的水泥混凝土水化进程实时全方位在线监测方案，本发明提供了一种便于实现水泥混凝土水化进程全方位在线监测的压电超声传感器的布设方法，该方法通过对传感器类型以及传感器布设方法的设置，能够很好的实现对水泥混凝土水化进程的全方位在线监测。

本发明参考我国北斗卫星的布局原则对传感器进行布设，以实现对被测物体全方位无死角的在线监测。该布设方法的关键是选择球形压电超声传感器作为向四周发射超声波的超声信号发射传感器，以该球形压电超声发射传感器为核心，或者称之为球心，在其四周360°布设若干个用于接收超声波的压电超声传感器。这个球形压电超声发射传感器可以定义为恒星传感器，这些接收超声波的压电超声传感器可以定义为卫星传感器。卫星传感器参照我国北斗卫星系统的布局原则设计，分布在距离恒星传感器不同半径的球面上，每个球面成为一层，距离恒星传感器最近的球面上的卫星传感器定义为第一层，然后根据距离恒星传感器的远近定义为第二层、第三层、……、第n层。因为恒星传感器可以360°发射信号，在恒星传感器的周围呈球形分布有若干的卫星传感器，因此可以实现信号的360°全方位发射和接收，为全方位无死角的在线监测提供了可能。

本发明具体技术方案如下：

一种压电超声传感器的布设方法，该方法是：以球形压电超声传感器为发射超声信号的发射传感器，以该球形压电超声发射传感器为球心，在其周围的一个或多个球面上布置有多个用于接收超声波的压电超声接收传感器（简称压电超声传感器）。

进一步的，上述布设方法中，在同一个球面上的压电超声接收传感器离球形压电超声发射传感器的距离相同。在这一相同球面上的压电超声接收传感器可以称之为一层，根据需要，可以在球形压电超声发射传感器的周围布置一层、两层或者多层压电超声接收传感器。每层上的压电超声接收传感器的个数根据实际需要进行调整，例如根据信号传递的距离，根据监测效果等。

进一步的，上述布设方法中，所述球形压电超声发射传感器的压电元件为球状的压电陶瓷或压电复合材料，极化方向沿球壁直径方向，电极面分别为内外表面。球形压电超声传感器的谐振频率可以根据需要进行选择，例如30-150kHz。这种球形压电超声传感器在现有技术中已经有相关报道，可以直接从现有技术中进行选择。