一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，包括脉冲信号发生接收器、机械平台、控制系统；所述机械平台上具有用于沿外墙滚动的轱辘，机械平台上固定设置空气耦合激发换能器和空气耦合接收换能器，所述空气耦合激发换能器和空气耦合接收换能器可相对于机械平台转动，调整各自指向，从而改变两者与被检对象之间的夹角θ；所述控制系统分别与脉冲信号发生接收器、空气耦合激发换能器、空气耦合接收换能器电连接。本发明专利技术巧妙设计了手持式的机械平台，检测缺陷深度范围更广，能够检测饰面层到基体之间任何位置处的缺陷，检测灵敏度高，缺陷识别率高。

A non-contact ultrasonic testing system and method for external insulation system of existing building

【技术实现步骤摘要】
一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统及方法
本专利技术涉及一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统及方法，属于既有建筑物外墙外保温系统检测

技术介绍
目前既有建筑外墙外保温系统检测与评估技术尚不成熟，无法满足实际工程现场检测的需求。现场检测主要依据《建筑围护结构节能现场检测技术规程》(DG/TJ08-2038-2008)对外墙外保温系统的性能进行检测，包括红外热成像法测量热工缺陷、钻心取样法测试保温层厚度等。工程现场对于外墙外保温系统内部的质量检测，多采用红外热成像法和敲击法。红外热成像法只适用于外保温系统饰面层与保温层之间大尺寸缺陷的定性检测，无法定量检测保温层与基体之间的异常；敲击法的打击力度和判断准则均未有定量化的标准，全凭检测人员的经验，检测结果受检测人员主观因素影响较大。传统的接触式超声检测装置需要在换能器与被检测对象之间添加耦合剂，检测效率低，且存在检测盲区，只能应用于保温层与墙体基层之间缺陷的检测，无法检测外保温系统中饰面层与保温层之间缺陷。非接触式空气耦合超声检测装置不需要添加耦合剂，且不存在检测盲区，但是市场上常用的空气耦合超声换能器是基于压电陶瓷材料制作而成，中心频率通常在100kHz以上，主要应用于单层的金属结构或复合材料质量检测。由于高频超声波在外墙外保温系统这类多层结构中衰减严重，工业上的空气耦合超声检测方法无法直接应用于外保温系统无损检测。因此，目前尚缺乏成熟的外墙外保温系统超声检测方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种非接触式、检测速度快、识别分辨率高的超声检测系统和方法，空气耦合激发换能器和空气耦合接收换能器与外保温系统之间实现可变夹角，利用空气耦合激发换能器和脉冲信号发射接收器在外保温系统中激发Lamb波；当Lamb波在外保温系统中传播时，将向周围空气中产生漏Lamb波，采用空气耦合接收换能器和信号采集系统对漏Lamb波信号进行采集，基于信号处理系统，采用动态滤波技术、Hilbert变换、时频分析等信号处理技术对Lamb波信号的波形幅值、传播速度、频率分布等特征进行分析，确定外保温系统是否存在缺陷及其大小，对外保温系统的质量进行安全性评估。本专利技术采取以下技术方案：一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，包括脉冲信号发生接收器1、机械平台6、控制系统；所述机械平台6上具有用于沿外墙滚动的轱辘10，机械平台6上固定设置空气耦合激发换能器2和空气耦合接收换能器5，所述空气耦合激发换能器2和空气耦合接收换能器5可相对于机械平台6转动，调整各自指向，从而改变两者与被检对象之间的夹角θ；所述控制系统分别与脉冲信号发生接收器1、空气耦合激发换能器2、空气耦合接收换能器5电连接。优选的，还包括信号放大器7、数据采集与处理系统8，所述控制系统采用便携式计算机9，所述空气耦合接收换能器5、信号放大器7、数据采集与处理系统8、便携式计算机9、脉冲信号发生接收器1依次电连接。优选的，所述脉冲信号发生接收器1、空气耦合激发换能器2、信号放大器7、空气耦合接收换能器5、信号采集与处理系统8通过数据线与便携式计算机9连接。优选的，空气耦合激发换能器2和空气耦合接收换能器5的材料是一种具有低声阻抗率和强压电活性的新型力电转换材料，低频情形下(20kHz-100kHz)可以做到小尺寸(直径范围为25mm-55mm)。优选的，数据采集与处理系统8具有实时显示、存储原始波形和信号后处理结果的功能。优选的，所述机械平台6包括横向支架12，横向支架12上设有一对可期平移的双轴位移平台14，所述双轴位移平台14上设有一旋转平台13，空气耦合激发换能器2和空气耦合接收换能器5与各自旋转平台13固定连接，并可随旋转平台13转动，调整两者指向和两者与被检对象之间的夹角θ。进一步的，横向支架12上固定设有把手16，用于手持式操作。一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测方法，采用权上述任意一项所述既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，S1：在既有建筑外墙外保温系统布置检测区域，清理检测区域表面，设定检测路径和区域，发射换能器对应的位置设置为坐标零点建立x-y坐标系；S2：根据外墙外保温系统类型，确定各层介质厚度、密度和材料常数，通过固体力学理论和传输矩阵法计算Lamb波各模态在外保温系统中的频散曲线和波结构，选择对应频率的导波模态用于外保温系统质量检测，根据导波传播速度和Snell定律计算其入射角θ；S3：选择空气耦合换能器的频率和脉冲信号发射接收器的发射电压，调整空气耦合超声激发和接收换能器的与被检对象之间角度均为θ，连接系统；S4：开启脉冲信号发射接收器，通过空气耦合激发换能器在外保温系统中激发超声波，通过空气耦合接收换能器接收信号，保存至数据采集与处理系统进行显示；S5：在检测区域中沿x方向移动机械平台，同时利用数据采集与处理系统采集时域信号，基于小波变换实时显示信号时间-频率图和时间-空间分布；S6：在时间-空间分布图中观察检测区域是否存在缺陷，如若存在缺陷，在缺陷附近设定矩形检测区域，分别沿x、y方向移动机械平台进行C扫描，通过数据采集与处理系统存储不同位置处的时域信号；S7：采用动态滤波对采集信号进行后处理，利用Hilbert变换提取不同位置处Lamb波信号的能量值，在控制系统上进行成像，定量表征缺陷在x和y方向的位置和尺寸。进一步的，步骤S2中：Rayleigh波可对饰面层与保温层之间的缺陷进行检测，A0模态Lamb波对整个外保温系统是缺陷进行检测。步骤S3中：Lamb波的频率和发射电压根据外墙外保温系统的类型和材料种类确定，空气耦合换能器的中心频率包括20kHz、50kHz、75kHz和100kHz，对应的直径分别为55.0mm、38.1mm、30.0mm和25.4mm，脉冲信号发生接收器的最大发射电压为380V；步骤S6中：当沿x方向的外保温系统扫描路径上存在空鼓、开裂、脱落等缺陷时，Lamb波的激发、传播和接收将发生改变，信号的能量值变小；通过在软件中设置信号能量阈值为正常信号能量值的90％，当信号能量值小于阈值时，说明该检测区域存在缺陷，检测装置将自动报警；步骤S7中：首先采用滤波技术消除环境噪声和杂波影响，提取Lamb波能量值，建立扫描区域中不同位置(x,y)处的Lamb波能量矩阵，通过融合处理进行二维成像。本专利技术的有益效果在于：1)实现缺陷的定量判别；2)巧妙设计了手持式的机械平台，机械平台上设置轱辘，可以沿墙面滚动，同时在机械平台上通过旋转平台带动空气耦合激发换能器和空气耦合接收换能器转动，并根据不同的待测墙面，调节两者与墙面法向之间的夹角θ；3)检测缺陷深度范围更广，能够检测饰面层到基体之间任何位置处的缺陷，检测灵敏度高，缺陷识别率高；4)采用动态滤波技术提取导波信号实现定量化检测，检测精度高；5)采用非接触式检测，不存在检测盲区，操作方便灵活，检测效率高。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：/n包括脉冲信号发生接收器(1)、机械平台(6)、控制系统；/n所述机械平台(6)上具有用于沿外墙滚动的轱辘(10)，机械平台(6)上固定设置空气耦合激发换能器(2)和空气耦合接收换能器(5)，所述空气耦合激发换能器(2)和空气耦合接收换能器(5)可相对于机械平台(6)转动，调整各自指向，从而改变两者与被检对象之间的夹角θ；/n所述控制系统分别与脉冲信号发生接收器(1)、空气耦合激发换能器(2)、空气耦合接收换能器(5)电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：
包括脉冲信号发生接收器(1)、机械平台(6)、控制系统；
所述机械平台(6)上具有用于沿外墙滚动的轱辘(10)，机械平台(6)上固定设置空气耦合激发换能器(2)和空气耦合接收换能器(5)，所述空气耦合激发换能器(2)和空气耦合接收换能器(5)可相对于机械平台(6)转动，调整各自指向，从而改变两者与被检对象之间的夹角θ；
所述控制系统分别与脉冲信号发生接收器(1)、空气耦合激发换能器(2)、空气耦合接收换能器(5)电连接。


2.如权利要求1所述的既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：还包括信号放大器(7)、数据采集与处理系统(8)，所述控制系统采用便携式计算机(9)，所述空气耦合接收换能器(5)、信号放大器(7)、数据采集与处理系统(8)、便携式计算机(9)、脉冲信号发生接收器(1)依次电连接。


3.如权利要求1所述的既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：所述脉冲信号发生接收器(1)、空气耦合激发换能器(2)、信号放大器(7)、空气耦合接收换能器(5)、信号采集与处理系统(8)通过数据线与便携式计算机(9)连接。


4.如权利要求1所述的既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：空气耦合激发换能器(2)和空气耦合接收换能器(5)的材料是一种具有低声阻抗率和强压电活性的新型力电转换材料。


5.如权利要求1所述的既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：数据采集与处理系统(8)具有实时显示、存储原始波形和信号后处理结果的功能。


6.如权利要求1所述的既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：所述机械平台(6)包括横向支架(12)，横向支架(12)上设有一对可期平移的双轴位移平台(14)，所述双轴位移平台(14)上设有一旋转平台(13)，空气耦合激发换能器(2)和空气耦合接收换能器(5)与各自旋转平台(13)固定连接，并可随旋转平台(13)转动，调整两者指向和两者与被检对象之间的夹角θ。


7.如权利要求6所述的既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测系统，其特征在于：横向支架(12)上固定设有把手(16)，用于手持式操作。


8.一种既有建筑外墙外保温系统非接触式超声检测方法，其特征在于：采用权利要求1-7中任意一项所述既有建筑外...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东波，王卓琳，蒋利学，陈溪，张永群，
申请(专利权)人：上海市建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31