一种用于混凝土大坝探测的水听器线阵及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种用于混凝土大坝探测的水听器线阵，包括：若干个水听器单元(10)、多芯电缆(5)和连接器(11)；每一个水听器单元(10)的信号输入端和信号输出端均连接一根多芯电缆(5)；每一根多芯电缆(5)在远离与其连接的水听器单元(10)的一端均设有航空插头插座(9)；所述航空插头插座(9)一端设有的各针芯与多芯电缆(5)内的各芯线对应焊接在一起，该航空插头插座(9)另一端通过连接器(11)连接与其相邻的另一个航空插头插座(9)。该水听器线阵采用模块化的方式来组装成线阵，且具有接收信号的灵敏度高、测量效率高、使用便捷性好的优点，非常适合于混凝土大坝的声层析成像的测量。

Hydrophone linear array for detecting concrete dam and method for making the same

The present invention provides a method for detecting the concrete dam hydrophone array, comprising a plurality of hydrophone unit (10), multi core cable (5) and a connector (11); each hydrophone unit (10) of the signal input and output terminals are connected with a multicore cable (5); a multi conductor cable (5) in the hydrophone unit (10) connected from one end of the aircraft are equipped with plug and socket (9); the aviation plug socket (9) of the needle core is arranged at one end and multi core cable (5) of the core wire in the corresponding welding together, the air plug and socket (9) the other end of the connector (11) another aviation plug and socket connections adjacent (9). The hydrophone array using the modular approach to assembly line, and has a high sensitivity of the received signal, high measurement efficiency and easy to use the advantages of good measurement, acoustic tomography is very suitable for the concrete dam.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混凝土大坝探测领域，具体涉及一种用于混凝土大坝探测的水听器线阵及其制作方法。
技术介绍
随着我国经济建设事业的蓬勃发展，大型混凝土结构的基础设施在水利大坝工程、海港码头、核电站等大型工程中已经得到了广泛的应用，大型混凝土结构在施工及使用过程中，由于受其自身及外界各种因素的影响，常常会产生一些缺陷，从而对结构物的承载能力和耐久性造成严重影响。而这些大型混凝土结构工程的质量直接关系到国家和人民财产的安全，因此，对其开展安全、稳定性评估与预测，以及健康监测诊断具有十分重要的意义。混凝土大坝就是典型的大体积混凝土结构，由于它主要在静水和流动水作用的条件下工作，因此也被称为水工混凝土结构或大体积混凝土结构。采用无损检测技术对大体积混凝土结构进行质量检测和健康诊断，这对于制定并选择合理的加固处理方案，对于混凝土结构开展安全、稳定性评估以及病害隐患治理研究具有重要意义。声波检测大体积混凝土结构是一种较为经济、简便、有效的无损检测方法。声波无损检测技术基本原理是用人工的方法在被测材料或结构中激发出一定频率的弹性波，然后以各种不同的频率在材料或结构内部传播，由于声波在其中传播(即透射)时会有较强的反射、散射、吸收和波形畸变等一系列声学现象。对不同的物质性态，其声学现象具有不同的特点。混凝土实际上是一种集结型复合材料，是多相复合体系。混凝土内部的缺陷、骨料与水泥砂浆构成声学界面的数量和空间分布是随机的、多样性的，因此，声波在混凝土中的传播状况要比在均匀介质中的传播复杂的多。声信号作为混凝土内部特性信息的载体，可以将混凝土内部的材料性质、缺陷、结构等信息传递到所要提取的接收信号中，由此可以作为混凝土质量的判断依据。尤其是通过声波层析成像技术，选用适当的数学模型和重建成像技术，可以反演出混凝土内部未知的某物理量,并生成二维、三维图像直观地反映混凝土内部的质量，对缺陷进行定性、定量分析，达到提高可靠检测的目的。特别是对于大坝的隐患检测，层析成像检测能快速无损地探测大坝内部较深部位的隐患，例如大坝混凝土老化区、坝体渗漏、坝址地质构造及断裂带等进行检查，因此，近年来大坝层析成像技术研究工作越来越受到重视。声波层析成像实质上是从低维流形上叠加的信息来分辨和提取点上的信息，易于直接迅速地测定混凝土的强度、内部缺陷的位置与大小，还可以判断遭受破坏的程度等。具有成本低、速度快、适用范围广、系统结构简单、安全性好等特点，这是用破损验方法难以办到的。此外由于声波波速参数和混凝土强度直接相关，与现行混凝土质量验收规程结合紧密，因此，对于水工混凝土结构的大坝安全检测具有重要的研究价值。水听器是层析成像信号的接收装置。声波检测混凝土时需要解决的是接收经过混凝土传播后的声波，同时为了度量声波的各种声学参数，还需要将声能量转化为比较容易测的电学量，而实现将声能向电能转换的装置就是水听器。作为声波检测的重要部件的水听器，能否正确拾取波形最主要的问题取决于幅频特性和首次波比，这直接关系到数据质量、工作效率和采集成本。在大坝混凝土长测距的探测工作中，需要采用电火花、电雷管等发射源，在层析成像中如果使用单个水听器只在一个接收点进行信号接收，然后再多次移动位置来接收其他信号，则既费时也很不经济，为了减少振源激发次数，进而提高施工效率和节约成本，理想的方法是能在一次激发中，采用可以同时接收到不同深度的多个测试点的声波信号的水听器线阵。但是，现有的水听器线阵存在的技术问题是长距离传输后的接收信号的灵敏度不够高，影响层析成像的成像效果和分辨率，进而影响到大坝检测的精度。因此，具有多通道、首次幅度高、起跳清晰特性的高灵敏度的水听器线阵是大坝混凝土声成像的关键，是实现高精度地测定大坝混凝土内部情况的前提所在。此外，现有水听器线阵还存在全串联模式所带来可靠性低的技术问题，水听器线阵采用的串联形式，经过包封后是一个整体，如果使用过程中出现信号断点时，需要整套线阵所有的单元一一断开，进行逐一排查后，再替换有问题的单元，才能重新包封成整体，任何一个小问题的出现，都必须重新再来一遍，非常得费时费力；因此在其制作过程中，线阵中任何一处单元出现问题后进行维修时，问题单元的确定以及线阵的重新修复都过于繁琐；特别是在野外作业的现场，一旦出现问题，水听器线阵无法在作业现场进行修复，这就导致了野外作业的测试工作中断，带来人力和成本费用的巨大支出。另外一方面，由于是串连形式，每个阵元的连线都是唯一性，相互之间不具有替代性，这就导致了阵元难以提前备份，出现问题的阵元，需要临时排查确定后才能制作，导致时间周期加长，因而导致工作效率非常地低下。因此，提高水听器线阵的可靠性和维修的便捷性是水听器线阵应用于混凝土大坝声成像亟待解决的应用难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的水听器线阵存在着灵敏度不足、可靠性低、维修困难的技术问题，本专利技术提供了一种高灵敏度的用于混凝土大坝探测的水听器线阵，该水听器线阵采用模块化的方式来组装成线阵，且具有接收信号的灵敏度高、测量效率高、使用便捷性好的优点，非常适合于混凝土大坝的声层析成像的测量。为实现上述目的，本专利技术提供的一种用于混凝土大坝探测的水听器线阵，包括：若干个水听器单元、多芯电缆和连接器；所述的多芯电缆内设若干根芯线，每一个水听器单元的信号输入端和信号输出端均连接一根多芯电缆，并选择不同的芯线作为各水听器单元信号传输的独立路径；每一根多芯电缆在远离与其连接的水听器单元的一端均设有航空插头插座；所述航空插头插座一端设有的各针芯与多芯电缆内的各芯线对应焊接在一起，该航空插头插座另一端通过连接器连接与其相邻的另一个航空插头插座，使得各水听器单元的信号输入端与其相邻的另一个水听器单元的信号输出端对接。上述水听器线阵由模块化的水听器单元组成，水听器单元之间通过航空插头插座与连接器能够很方便地进行串连接。能够快速地组成线阵，以及方便地拆卸进行检修。作为上述技术方案的进一步改进，所述的水听器单元包括：压电元件和外壳；所述的压电元件采用陶瓷材料制成的压电圆管，该压电元件密封于外壳内；所述外壳的两端均设有一通孔，用于将多芯电缆穿入外壳后与压电圆管实现电连接。上述水听器单元采用高压电常数的压电材料作为灵敏元件，可以选择压电陶瓷材料或压电单晶材料。要求挑选一致性高的压电元件，可控制电容和压电性能d33的离散度在±3％。此外，为提高耐静水压性，压电元件尽量采用厚壁的压电圆管，以满足大深度测量下所面临的高静压力。作为上述技术方案的进一步改进，所述的水听器单元还包括：前置放大器和设置有多通道的柔性电路板；所述水听器单元的数量不多于30个；当水听器线阵包含不多于12个水听器单元时，所述的多芯电缆为16芯电缆，所述柔性电路板中的第1至16通道分别与16芯电缆第1至16芯线的一端逐一对应连接，所述16芯电缆第1至15芯线的另一端分别与航空插头插座的第1至15针芯逐一对应连接，该16芯电缆第16芯线另一端与其所在的水听器单元编号相同的针芯连接，所述压电圆管的内、外壁分别对应引出正、负信号输出线，并将其与前置放大器的正、负信号输入端一一对应连接，所述前置放大器的负信号输出端和正信号输出端分别与柔性电路板的第13和16通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于混凝土大坝探测的水听器线阵，其特征在于，包括：若干个水听器单元(10)、多芯电缆(5)和连接器(11)；所述的多芯电缆(5)内设若干根芯线，每一个水听器单元(10)的信号输入端和信号输出端均连接一根多芯电缆(5)，并选择不同的芯线作为各水听器单元(10)信号传输的独立路径；每一根多芯电缆(5)在远离与其连接的水听器单元(10)的一端均设有航空插头插座(9)；所述航空插头插座(9)一端设有的各针芯与多芯电缆(5)内的各芯线对应焊接在一起，该航空插头插座(9)另一端通过连接器(11)连接与其相邻的另一个航空插头插座(9)，使得各水听器单元(10)的信号输入端与其相邻的另一个水听器单元(10)的信号输出端对接。

【技术特征摘要】
1.一种用于混凝土大坝探测的水听器线阵，其特征在于，包括：若干个水听器单元(10)、多芯电缆(5)和连接器(11)；所述的多芯电缆(5)内设若干根芯线，每一个水听器单元(10)的信号输入端和信号输出端均连接一根多芯电缆(5)，并选择不同的芯线作为各水听器单元(10)信号传输的独立路径；每一根多芯电缆(5)在远离与其连接的水听器单元(10)的一端均设有航空插头插座(9)；所述航空插头插座(9)一端设有的各针芯与多芯电缆(5)内的各芯线对应焊接在一起，该航空插头插座(9)另一端通过连接器(11)连接与其相邻的另一个航空插头插座(9)，使得各水听器单元(10)的信号输入端与其相邻的另一个水听器单元(10)的信号输出端对接。2.根据权利要求1所述的用于混凝土大坝探测的水听器线阵，其特征在于，所述的水听器单元(10)包括：压电元件和外壳；所述的压电元件采用陶瓷材料制成的压电圆管(1)，该压电元件密封于外壳内；所述外壳的两端均设有一通孔，用于将多芯电缆(5)穿入外壳后与压电圆管(1)实现电连接。3.根据权利要求2所述的用于混凝土大坝探测的水听器线阵，其特征在于，所述的水听器单元(10)还包括：前置放大器(6)和设置有多通道的柔性电路板(7)；所述水听器单元(10)的数量不多于30个；当水听器线阵包含不多于12个水听器单元时，所述的多芯电缆(5)为16芯电缆，所述柔性电路板(7)中的第1至16通道分别与16芯电缆第1至16芯线的一端逐一对应连接，所述16芯电缆第1至15芯线的另一端分别与航空插头插座(9)的第1至15针芯逐一对应连接，该16芯电缆第16芯线另一端与其所在的水听器单元(10)编号相同的针芯连接，所述压电圆管(1)的内、外壁分别对应引出正、负信号输出线，并将其与前置放大器(6)的正、负信号输入端一一对应连接，所述前置放大器(6)的负信号输出端和正信号输出端分别与柔性电路板(7)的第13和16通道相连，该前置放大器(6)的电源正端和电源负端分别与柔性电路板(7)的第14和15通道相连。4.根据权利要求3所述的用于混凝土大坝探测的水听器线阵，其特征在于，所述的外壳包括：两块金属端盖(4)、金属柱(3)和聚氨酯橡胶(8)；所述的金属柱(3)套设于压电圆管(1)内；所述的两块金属端盖(4)分别设置于金属柱(3)的顶部和底部，并通过螺纹紧固后压紧压电圆管(1)；每一块金属端盖(4)的中心均设有供多芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：温建强，朱厚卿，尹义龙，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11