[发明专利]表面波施工质量快速无损检测仪

说明书

本发明涉及一种表面波施工质量快速无损检测仪，可用于土木工程施工质量管理中，对现场施工质量进行检测与评定。

在土木工程施工中，如修筑水坝、公路、铁路、地基、机场、港湾等，常用土石材料及混凝土进行施工。在施工中为检测及管理施工质量，目前采用的主要方法是用挖坑取样(对土石料碾压施工)及钻孔取芯(对混凝土施工)来测试其施工后的力学参数(如密度、抗压强度等)，评定施工质量。

但是，以上方法存在主要问题是对在大面积施工作业面上的取样率很低，抽样检测数据不能正确代表工程施工质量，再加上实施这类方法要花费较多人力及时间，劳动强度大，获得测试结果周期长、误差大，不能达到快速正确掌握施工质量及管理施工质量的目的，因此，上述方法距现代化施工管理要求差距很大。

表面波施工质量快速无损检测仪是采用新的检测原理及高新磁电技术研制成功的科技产品，用这种仪器进行施工质量检测时，无需钻孔及挖坑，完全不损伤结构物，检测速度快，数据量充分，能对施工质量进行全面检测及评估，从而解决了现代化施工质量管理中的重大难题。

本发明已通过技术鉴定，其样机称大体积混凝土深部质量无损扫描检测仪已获实用新型专利(专利号91200278、6)，为使其更臻完善，我们又在原有基础上进行了功能扩展，结构改进，性能提高，从而完成了可用于土木工程施工质量管理中的一种新型快速无损检测仪。

本发明仪器的检测原理是表面波无损检测理论：当在半无限弹性介质表面进行垂直激振时，在介质中产生的表面波垂直于材料表面振动，沿结构表面传播，其垂直波动深度范围与发射频率，表面波速度，具有如下关系：

V_R＝2fD    D＝1/2

式中V_R：表面波速度(M/S)        f：表面波振动频率(C/S)

    D：传播平均深度(M)         λ：波长(M)

根据实验及研究证明，表面波速度V_R与材料密度、强度等力学参数存在良好相关性，因而通过现场检测得到施工工程材料中表面波传播速度，即可推算材料力学性能，对施工质量进行检测与评定。

如图1所示，本发明的检测仪由发射装置及接收装置组成。在发射装置中组装有表面波激振器(1)、功率放大器(2)、程控波形发生器(3)、振源检测传感器(4)、控制电路(5)、充电电池(6)等部件。在接收装置中组装有自动增益控制低噪声高精度信号放大器(7)、自动跟踪带通滤波器(8)、相关检测与计算机采集处理器(9)、读数显示器(10)、信号接收传感器(11)、输出接口(12)、直流电源变换器(13)等部件。发射装置与接收装置用电缆连接。

它们的主要组成部份详细说明如下：

图2所示为表面波激振器(1)，它由重锤(A)、永磁钢(B)、励磁线图(C)、弹簧片(D)、振源检测传感器(E)、外壳(F)、底座(G)等组成，在励磁线圈中通入正弦波或调制波电流时，将产生一个周期性稳态垂直激振力，此力通过底座传递到被测材料上产生表面波。

图3所示为程控波形发生器(3)，这是一种采用数字频率合成技术设计的任意函数波形发生器。它由IC1～IC5集成电路及附属电阻电容等组成。IC2是数字存储器，在其中存入了被量化的波形数据(根据需要可任意设定，IC2中的波形数据在IC1地址计数器的引导下，经IC3，D/A转换器将波形数字量变换成模拟电压，然后经IC4构成的缓冲滤波器输出波形。波形发生器输出的波形频率由IC5构成的时钟电路控制，在IC5中存入了由计算机给出了预置频率，该程控波形发生器是根据检测仪要求专门设计研制的。与通用的函数发生器相比具有电路简单、精度和稳定性好、波形种类和频率设定方便等优点。

图4所示为自动增益控制低噪声高精度信号放大器(7)，它由IC1-IC5等5块集成电路组成。IC1是阻抗变换器，输入端与传感器相连，输出端与IC2放大电路连接。IC2的增益由增益控制电路IC3控制，其控制基准是根据IC2输出电压V_O与设定控制电压V_S在比较器IC5中进行比较后输出正负比较信号V_R，通过控制器电路IC4去改变增益控制电路IC3中的网络参数，以达到对主放大器增益进行自动跟踪控制。