本发明专利技术涉及一种裂缝深度测量方法及装置。该方法包括：ａ测量被测固体介质中的声速ｖ；ｂ将发射与接收换能器分别置于以裂缝为对称的两侧，发射与接收换能器的间距为ｌ↓［１］，读取声波传播时间ｔ↓［１］，由下式计算裂缝深度ｈ↓［１］：（见公式）；ｃ将发射与接收换能器的间距置为ｌ↓［２］，ｌ↓［２］为０．１ｈ↓［１］≤ｌ↓［２］≤１０ｈ↓［１］或３０ｍｍ≤ｌ↓［２］≤５００ｍｍ；读取声时值ｔ↓［２］，计算裂缝深度值ｈ↓［２］；ｄ↑［ｈ１］与ｈ↓［２］的平均值＊为裂缝深度。该方法利用很少的测点就可获得高精度的测量结果。本发明专利技术还提供了一种裂缝深度测试仪包括：主控系统通过高压发射模块与发射换能器相连，高压发射模块使发射换能器产生声波信号；接收换能器将接收到的信号通过信号接收调理模块进行处理，然后由模数转换模块转换为数字信号传递给主控系统；主控系统对接收到的数字信号处理，直接计算出裂缝深度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声波检测
，尤其涉及一种利用声波衍射法来测量固 体介质中裂缝深度的方法及装置。生产生活中常常会利用声波衍射法来对固体表面的裂缝深度进行测量， 尤其可以用于建筑工程中广泛存在的混凝土裂缝深度的检测。裂缝是混凝土 工程中最常见的一种缺陷，建筑工程中的钢筋混凝土及砌体结构的破坏往往 都与裂缝的发展有关，裂缝的存在会降低工程结构的承载能力，影响到结构 的抗渗性能，导致水分及有害物质渗入，诱发钢筋锈蚀，从而对安全性产生 影响。目前检测混凝土非贯穿性裂缝的深度，主要采用声波衍射法，如图l所示，具体测试方法有以下两种第一种是"衍射声时计算法"。该方法被英国标准BS-4408和中国工程 建设标准化协会标准《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS 21:2000, 以下简称《测缺规程》)所采用，具体测量步骤为1. 在没有裂缝处的混凝土表面，多点测量发射换能器与接收换能器的间 距与传播声时，用线性回归法得到声时一测距线性关系的回归系数，即混凝 土的声速v2. 将发射与接收换能器分别置于以裂缝为对称的两侧，在两换能器之间的间距Z'取100mm、 150mm、 200mm、 250mm、......时，分别读取声时值、如图2所示，裂缝深度计算式为
技术介绍
式中^一第z'点计算的裂缝深度值(mm)( 一第Z点两换能器之间的间距(mm) 6一第/点声波传播时间(戸)—不同间距测点裂缝深度平均值测点数3.确定裂缝深度将各间距测点对应的间距值A与平均缝深^相比较， 凡间距(小于^或大于3^,应剔除该组数据，取余下的^的平均值作为裂 缝深度。第二种是"首波相位反转法"。该方法也被《测缺规程》所采用，该方 法的具体测试步骤、裂缝深度计算公式与"衍射声时计算法"相同，但对不 同间距裂缝深度值的取舍方法不同。具体测量步骤为在不同间距测点的测 试中，观察首波相位的变化。当在某个间距测点发现首波反相时，用该间距 测点及两个相邻间距测点的裂缝深度测量值的平均值作为裂缝深度值。如图 3a中所示，Tl、 R1和T2、 R2分别为两个相邻的发射与接收测点。在T1-R1 的波形图中，首波的相位向上，见图3b。在T2-R2的波形图中，首波的相位 变为向下，见图3c,则T2-R2即为出现首波反相的测点。此外，采用衍射法检测裂缝深度计算公式，要求满足一定的物理条件， 即衍射声波应直线绕过裂缝末端传播，不会因为裂缝邻近的钢筋或混凝土内 部的缺陷引起声线偏离，还应保证传播路径范围内声速的一致性。与本专利技术相关的中国技术专利"混凝土裂缝测试仪，，(专利号 ZL200420016797. 6，以下简称对比专利)，该专利采用多个发射和接收换能 器依次发射和接收多个声波信号，利用测点的相位变化直接计算测定出被测 裂缝的深度。其采用与《测缺规程》中的"首波相位反转法"相类似的方法， 即在多个声波信号中找到首波反相的测点位置，并以该测点前后两个测点的 平均间距的2倍作为裂缝深度。《测缺规程》中所推荐使用的测试方法、以及与《测缺规程》类似的方 法中，存在着如下的问题和缺陷(1)在衍射声时计算法中，由于物理条件的变化以及各种测试误差的影 响，不同间距测点的缝深计算值存在差异，对其中错误数据的取舍是一个难 于判定和处理的问题。《测缺规程》所使用的衍射声时计算法依据测点间距^ 与平均缝深^的比值/,/^进行数据的取舍，规定比值(A^应为1~3，超出此范围的数据则被剔除。因此，当缝深较浅时可采用的测试间距范围很小， 难于布置测点。例如，当平均缝深^-20mm,换能器间距W又允许为20mm 60mm;平均 缝深^-30mm,间距(仅允许为30mm~90mm。此外，在未知缝深以前，若按 《测缺规程》建议的间距IOO腿、150mm、 200mm、 250mm、......进行测试后，则可能大部分、甚至全部测试数据由于间距^与平均缝深^的比值大于3而被剔除；而另一方面，当缝深较深时，按《测缺规程》建议的间距进行测试， 很多测试数据又会由于间距纟与平均缝深气的比值小于l而被剔除，例如，当平均缝深W- 300mm，间距(允许为300mm 900mm，则300mm以下的间距数据都将被剔除。以上情况带来的问题是过多测试数据的剔除必然意味着要进行过多的 无岁支测-试。(2) 当缝深较深时，《测缺规程》要求的换能器间距较大，致使绕过裂缝 传播到接收换能器的信号已很微弱，甚至丢波，导致声时读数困难或无法判 读，造成大的误差。例如，当缝深^-300mm，换能器间距〖应为300mm 900mm， 实际混凝土内绕过裂缝末端的衍射波传4番距离将达到670 ~ 1080mm。(3) 《测缺规程》建议的确定缝深的方法中，对保留下来用于取平均的 缝深数据的个数和离散性未加以要求，因此可能发生两种情况第一种是仅 剩一个数据、第二种是用于取平均的数据离散性过大。这两种情况均不能发 现并剔除存在粗大误差的数据。显然，对包含粗大误差的数据或离散性过大 的数据用取平均的方法是不能减小测试误差的。(4) 首波相位反转法要求在测试过程中观察首波相位的变化，由于在测 试中，何时能够出现首波反相的测点是无法预知的，因此必然使现场测试工 作变得十分繁瑣，同时对测试人员的测试经验也要求更高。另外，大量试验 表明，在首波刚刚出现反相时，首波幅度会明显减小，这时会直接影响声时 的测试精度，如不仔细观察，甚至可能丢波， 一旦丟波，会使测试精度明显 下降。图4a、图4b、图4c为首波反相前后的采样波形，上述试验中采用的 是固定的放大系统，因此三幅图中的波形幅度可以反映信号幅度的大小。在 图4a中首波向上，为反相前波形，首波振幅达到满幅以上(即首波的峰值 超出屏幕)；在图4b中首波向下，开始出现反相，首波振幅变得很小；在图 4c中首波向下，为反相后波形，首波振幅逐渐加大。(5) 目前按照《测缺规程》进行声波衍射法检测裂缝深度，现场测试工 作繁瑣，需要画出测点位置，测量测距， 一般至少布置4~5个测点，从而 得到多个缝深值^来求得平均缝深^，再根据比值/7/^应为1~3,对不同 间距A所得的数据进行筛选和剔除。测试中需要判读记录声时，观察波形变 化，以及对数据进行筛选等，而且使用的测试仪器是通用的超声仪，价格高， 对测试人员还需要进行超声波基础知识、测试仪器使用方法以及数据处理方法的培训。
技术实现思路
由于现有检测固体介质中裂缝深度的方法存在误差大，耗时长，技术要 求高以及繁杂的数据剔除步骤等缺陷，因此需要寻找一种更为简便，测试精 度更高的新方法。自文献《简单形状物体的电磁与声散射》(摘自《ElectromagneticanciAccoustic scattering by simple shapes》 Edited by J. J. BowmanT.B丄Senior P丄E. Uslenghi 、 Radiation laboratory, The Universityof Michigan, USA、 Authors J. S. Asvestas D丄Sengupta J.J.BowmanT. B. A. Senior etc.)中，可以得到声波绕劈(wedge )产生衍本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种裂缝深度测量方法，包括以下步骤：步骤ａ：测量被测固体介质中的声速ｖ；步骤ｂ：第一测点测量，将发射与接收换能器分别置于以裂缝为对称的两侧，发射与接收换能器的间距为ｌ↓［１］，读取声时值ｔ↓［１］，并由下式计算裂缝深度：ｈ↓［１］＝ｌ↓［１］／２×＊＊＊，其中：ｈ↓［１］为第一测点计算的裂缝深度值，ｌ↓［１］为第一测点两换能器的间距，ｔ↓［１］为第一测点声波传播时间；步骤ｃ：第二测点测量，将发射与接收换能器的间距置为ｌ↓［２］，ｌ↓［２］的范围为：０．１ｈ↓［１］≤ｌ↓［２］≤１０ｈ↓［１］或者３０ｍｍ≤ｌ↓［２］≤５００ｍｍ；读取声时值ｔ↓［２］，并由下式计算裂缝深度值ｈ↓［２］：ｈ↓［２］＝ｌ↓［２］／２×＊＊＊，其中：ｈ↓［２］为第二测点计算的裂缝深度值，ｌ↓［２］为第二测点两换能器的间距，ｔ↓［２］为第二测点声波传播时间；步骤ｄ：计算ｈ↓［１］与ｈ↓［２］的平均值＊＝１／２（ｈ↓［１］＋ｈ↓［２］），＊为裂缝深度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：濮存亭，陈志雨，孙刚柱，王利广，徐松涛，常志红，唐金祥，阚月鹏，穆铁军，
申请(专利权)人：北京市市政工程研究院，北京市政建设集团有限责任公司，北京市康科瑞工程检测技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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