[发明专利]一种利用超声波探测圆柱体混凝土纵向裂缝深度的方法

权利要求书

1.一种利用超声波探测圆柱体混凝土纵向裂缝深度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定检测点A：

圆柱体混凝土侧面具有纵向裂缝，在纵向裂缝中，确定宽度最大位置点，即为检测点A；

在圆柱体混凝土的外周，绘制通过检测点A的圆形测线E；

步骤2，标定圆柱体混凝土超声波波速V；

步骤3，确定首波相位反转位置：

步骤3.1，沿圆形测线E，并且，位于检测点A的左右两侧，对称安装超声波发射换能器和超声波接收换能器；

具体的：以检测点A为中心，超声波发射换能器安装于检测点A左侧的位置点P_1-1，超声波接收换能器安装于检测点A右侧的位置点P_1-2，位置点P_1-1和检测点A之间的弧长，等于位置点P_1-2和检测点A之间的弧长；

步骤3.2，预设置检测时间最大阈值；

步骤3.3，超声波发射换能器在位置点P_1-1发射超声波，超声波在混凝土结构内部传播，在检测时间最大阈值内，确定超声波接收换能器在位置点P_1-2能否接收到波信号，如果能接收到，记录超声波接收换能器首次接收到的波信号，并分析得到首波波信号波形；其中，首波波信号波形包括两种：首波呈现向下凸的波形和首波呈现向上凸的波形；

步骤3.4，然后，沿圆形测线E，以检测点A为中心，超声波发射换能器和超声波接收换能器等步长反向移动到下一位置，即：超声波发射换能器移动到位置点P_2-1，超声波接收换能器移动到位置点P_2-2，重复步骤3.2的波发射和波测量过程；

如此不断进行，每当超声波发射换能器和超声波接收换能器移动到对应位置时，即进行波发射和波测量过程；

通过分析确定：随着超声波发射换能器、超声波接收换能器与检测点A距离的不断增加，超声波发射换能器最初无法接收到波信号；然后，当超声波发射换能器能接收到波信号时，波信号持续为首波呈现向上凸的波形，经过一个位置的转换后，波信号转变为首波呈现向下凸的波形，该转换的位置点，称为首波相位反转位置；

步骤3.5，因此，通过步骤3.1-步骤3.4，确定首波相位反转位置；假设超声波发射换能器移动到位置点B，超声波接收换能器移动到位置点D时，为首波相位反转位置；

步骤4，计算圆柱体混凝土纵向裂缝深度：

步骤4.1，将裂缝底部尖端表示为点C；点C到检测点A的直线距离表示为L_AC，L_AC即为待求的裂缝深度；

步骤4.2，位置点B到点C的距离为L_BC，通过以下方法确定：

超声波发射换能器在位置点B发射超声波，确定超声波接收换能器在位置点D接收到波信号的时间T；

具体的，首波相位反转位置代表：超声波发射换能器在位置点B发射的超声波通过裂缝底部尖端，即点C，然后，在点C位置发生绕射，并被超声波接收换能器在位置点D接收到，此种波信号为绕射波；因此，波传播的路径和S为：S＝位置点B到点C的距离L_BC+位置点C到位置点D的距离L_CD；又由于位置点D和位置点B，距离检测点A对称布置，因此，距离L_BC＝L_CD；

因此，通过以下公式，得到L_BC：

其中：V为步骤2确定的圆柱体混凝土超声波波速；

步骤4.3，测量得到检测点A和位置点B的弧长，表示为：弧长AB；弧长AB对应的圆心角∠AOB通过下式计算得到：

其中：R为圆形测线E的半径；

步骤4.4，根据∠AOB，分别得到弦长AB的长度L_AB以及角度∠BAC：

步骤4.5，对于三角形ABC，得到两条边长度，分别为：L_BC和L_AB，得到∠BAC，因此，利用正弦定理，按下式得到∠ACB的正弦值sin∠ACB：

步骤4.6，根据∠ACB的正弦值sin∠ACB，确定角度∠ACB；

步骤4.7，根据下式，确定角度∠ABC：

步骤4.8，通过余弦定理，得到裂缝深度L_AC：

由此实现对圆柱体混凝土纵向裂缝深度的探测。

2.根据权利要求1所述的利用超声波探测圆柱体混凝土纵向裂缝深度的方法，其特征在于，步骤2具体为：

在圆柱体混凝土的外周，绘制靠近圆形测线E、但同时不穿过任何裂缝的圆形测线K；沿圆形测线K，任意确定安装点M1和安装点M2，使安装点M1和安装点M2的连线，通过圆形测线K的直径；

在安装点M1安装超声波发射换能器，在安装点M2安装超声波接收换能器；

超声波发射换能器发射超声波，记录超声波接收换能器接收到超声波的时间t；

通过下式，计算得到超声波在被测圆柱体混凝土传播的波速v；

其中：r为圆形测线K的半径；

多次测量得到多个波速v，取平均值，即为最终标定得到的圆柱体混凝土超声波波速V。