一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，包括：发射端，用于将第一电信号转换为对应的第一超声波信号，并将所述第一超声波信号从待测薄壁混凝土每个选定测试位置的一侧射入至所述待测薄壁混凝土；接收端，用于接收从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的另一侧射出的第二超声波信号，并将所述第二超声波信号转换为对应的第二电信号，并基于所述第一超声波信号和所述第二超声波信号计算出所述待测薄壁混凝的结构应力；用以解决了传统超声波法在混凝土应力测试的应用时材料均匀性差、超声信号损耗高、应力测量误差大等问题，从而提高应力测试准确性，可以准确测量钢筋混凝土梁翼板、腹板等薄壁构件的实际应力状态。应力状态。应力状态。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统


[0001]本专利技术涉及混凝土结构安全性检测与评价
，特别涉及一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统。

技术介绍

[0002]目前，混凝土结构应力状态是结构安全性检测与评价的重要指标。应力测量方法分为有损法和无损法两大类。无损法根据检测手段分为射线衍射法、磁性法、声弹性法等。声弹性法与光弹性法十分相似，它利用弹性介质中超声波波速随应力影响产生的微小变化，测量出超声波传播路径的平均应力。声弹性效应最早由S.Oka提出，D.S.Hughes和J.L.Kelly根据有限变形理论，建立了超声波在材料中传播时速度与应力之间的关系，奠定了超声波应力测量的理论基础。由于对被检测对象不造成任何破损而受人关注。近年来在金属材料残余应力检测、复合材探伤检测方面，得到较为广泛应用。
[0003]由于混凝土为组分复杂的混合材料，超声波法用于混凝土应力测试影响因素多，信号损耗高，参数误差大等因素影响。在应力测试准确性、适用性方面应用困难。如在无损探伤、残余应力等领域采用超声检测技术，在混凝土中因为材料的均匀性差、绝对应力量值不高等，造成应力测量误差大而难以实用。
[0004]针对超声波法在混凝土应力测试的应用，材料均匀性差、超声信号损耗高、应力测量误差大等，难以应用的问题。本专利技术提供薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，用于解决上述问题。从而提高应力测试准确性，并将测试方法程序化标准化。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，用以解决了传统超声波法在混凝土应力测试的应用时材料均匀性差、超声信号损耗高、应力测量误差大等问题，从而提高应力测试准确性，并将测试方法程序化标准化，且测试过程简单，测试方法明确，可以准确测量钢筋混凝土梁翼板、腹板等薄壁构件的实际工作应力状态。
[0006]本發明提供一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，包括：
[0007]发射端，用于将第一电信号转换为对应的第一超声波信号，并将所述第一超声波信号从待测薄壁混凝土每个选定测试位置的一侧射入至所述待测薄壁混凝土；
[0008]接收端，用于接收从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的另一侧射出的第二超声波信号，并将所述第二超声波信号转换为对应的第二电信号，基于所述第一电信号和所述第二电信号计算出所述待测薄壁混凝的结构应力。
[0009]优选的，所述发射端，包括：
[0010]脉冲信号源，用于生成预设的脉冲电信号；
[0011]信号放大器，用于将预设的脉冲电信号按照预设放大倍数进行放大，获得对应的第一电信号；
[0012]第一横波超声换能器，用于将所述第一电信号转换为对应的第一超声波信号，并
将所述第一超声波信号从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的一侧射入至所述待测薄壁混凝土。
[0013]优选的，所述第一横波超声换能器，包括：
[0014]第一换能单元，用于将所述第一电信号转换为对应的第一超声波信号；
[0015]第一横波超声换能器探头，用于将所述第一超声波信号从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的一侧射入至所述待测薄壁混凝土。
[0016]优选的，所述接收端，包括：
[0017]第二横波超声换能器，用于接收从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的另一侧射出的第二超声波信号，并将所述第二超声波信号转换为对应的第二电信号；
[0018]信号示波器，用于接收并显示所述第一电信号和所述第二电信号；
[0019]数据存储处理器，用于接收并存储所述第一电信号和所述第二电信号，并基于比较所述第一电信号和所述第二电信号的首波声时得到超声传播走时，基于所述超声波走时计算出所述待测薄壁混凝的结构应力。
[0020]优选的，所述第二横波超声换能器，包括：
[0021]第二横波超声换能器探头，用于接收从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的另一侧射出的第二超声波信号；
[0022]第二换能单元，用于将所述第二超声波信号转换为对应的第二电信号。
[0023]优选的，所述第一横波换能器探头和所述第二横波超声换能器探头采用探头对测透射式设置于滑轨工装，所述第一横波超声换能器探头与滑轨工装固定设置，所述第二横波超声换能器探头沿工装轨道滑动；
[0024]所述与第一横波超声换能器探头和所述第二横波超声换能器探头的间距由所述长度标尺测量。
[0025]优选的，所述数据存储处理器，包括：
[0026]步骤1：确定出满足梁端零边界应力条件的翼板位置，组合超声换能器对测布置于所述翼板位置两侧；
[0027]步骤2：基于角度旋齿同步旋转所述第一横波换能器探头和所述第二横波超声换能器探头，基于所述第一超声波信号和所述第二超声波信号的当前超声传播走时，确定出传感器偏振方向相互垂直的第一横波波速和第二横波波速
[0028]步骤3：基于所述第一横波波速和所述第二横波波速计算出第一平均波速
[0029][0030]式中，为第一平均波速；
[0031]步骤4：确定出目标结构应力测试位置，组合超声换能器对测布置于所述目标结构应力测试位置两侧；
[0032]步骤5：按照预设间隔度数，基于角度旋齿同步旋转所述第一横波换能器探头和所述第二横波超声换能器探头，直至所述第二横波超声换能器上的传感器偏振方向与应力方
向平行时，则基于所述第一超声波信号和所述第二超声波信号的当前超声传播走时，确定出最大横波波速v
z1
，同时，记录角度标尺上的第一旋转角度；
[0033]步骤6：基于所述第一旋转角度确定出第一旋转角度范围，按照预设间隔度数从所述第一旋转角度范围下限值开始，基于所述角度旋齿同步旋转所述第一横波换能器探头和所述第二横波超声换能器探头，直至所述第二横波超声换能器上的传感器偏振方向与应力方向垂直时，则基于所述第一超声波信号和所述第二超声波信号的当前超声传播走时，确定出最小横波波速v
z2
；
[0034]步骤7：基于所述最大横波波速v
z1
和所述最小横波波速v
z2
，计算出第二平均波速v
T
：
[0035][0036]式中，v
T
为第二平均波速；
[0037]步骤8：基于所述第一平均波速、所述第二平均波速和最大横波波速v
z1
以及最小横波波速v
z2
，计算出所述目标结构应力测试位置的结构应力：
[0038][0039][0040]式中，σ1和σ1为所述待测薄壁混凝土平面应变状态下v
z1
和v
z2
偏振方向应力，σ1和σ1的单位为MPa，v
T
为第二平均波速，为第一平均波速，C
T
为所述待测薄壁混凝土在所述目标结构应力测试位置的材料横波声弹性系数，且C
T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，其特征在于，包括：发射端，用于将第一电信号转换为对应的第一超声波信号，并将所述第一超声波信号从待测薄壁混凝土每个选定测试位置的一侧射入至所述待测薄壁混凝土；接收端，用于接收从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的另一侧射出的第二超声波信号，并将所述第二超声波信号转换为对应的第二电信号，基于所述第一电信号和所述第二电信号计算出所述待测薄壁混凝的结构应力。2.根据权利要求1所述的一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，其特征在于，所述发射端，包括：脉冲信号源，用于生成预设的脉冲电信号；信号放大器，用于将预设的脉冲电信号按照预设放大倍数进行放大，获得对应的第一电信号；第一横波超声换能器，用于将所述第一电信号转换为对应的第一超声波信号，并将所述第一超声波信号从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的一侧射入至所述待测薄壁混凝土。3.根据权利要求2所述的一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，其特征在于，所述第一横波超声换能器，包括：第一换能单元，用于将所述第一电信号转换为对应的第一超声波信号；第一横波超声换能器探头，用于将所述第一超声波信号从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的一侧射入至所述待测薄壁混凝土。4.根据权利要求3所述的一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，其特征在于，所述接收端，包括：第二横波超声换能器，用于接收从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的另一侧射出的第二超声波信号，并将所述第二超声波信号转换为对应的第二电信号；信号示波器，用于接收并显示所述第一电信号和所述第二电信号；数据存储处理器，用于接收并存储所述第一电信号和所述第二电信号，并基于比较所述第一电信号和所述第二电信号的首波声时得到超声传播走时，基于所述超声波走时计算出所述待测薄壁混凝的结构应力。5.根据权利要求4所述的一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，其特征在于，所述第二横波超声换能器，包括：第二横波超声换能器探头，用于接收从所述待测薄壁混凝土每个选定测试位置的另一侧射出的第二超声波信号；第二换能单元，用于将所述第二超声波信号转换为对应的第二电信号。6.根据权利要求5所述的一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，其特征在于，所述第一横波换能器探头和所述第二横波超声换能器探头采用探头对测透射式设置于滑轨工装，所述第一横波超声换能器探头与滑轨工装固定设置，所述第二横波超声换能器探头沿工装轨道滑动；所述与第一横波超声换能器探头和所述第二横波超声换能器探头的间距由所述长度标尺测量。7.根据权利要求6所述的一种薄壁混凝土结构应力状态超声横波检测系统，其特征在
于，所述数据存储处理器，包括：步骤1：确定出满足梁端零边界应力条件的翼板位置，组合超声换能器对测布置于所述翼板位置两侧；步骤2：基于角度旋齿同步旋转所述第一横波换能器探头和所述第二横波超声换能器探头，基于所述第一超声波信号和所述第二超声波信号的当前超声传播走时，确定出传感器偏振方向相互垂直的第一横波波速和第二横波波速步骤3：基于所述第一横波波速和所述第二横波波速计算出第一平均波速计算出第一平均波速式中，为第一平均波速；步骤4：确定出目标结构应力测试位置，组合超声换能器对测布置于所述目标结构应力测试位置两侧；步骤5：按照预设间隔度数，基于角度旋齿同步旋转所述第一横波换能器探头和所述第二横波超声换能器探头，直至所述第二横波超声换能器上的传感器偏振方向与应力方向平行时，则基于所述第一超声波信号和所述第二超声波信号的当前超声传播走时，确定出最大横波波速v
z1
，同时，记录角度标尺上的第一旋转角度；步骤6：基于所述第一旋转角度确定出第一旋转角度范围，按照预设间隔度数从所述第一旋转角度范围下限值开始，基于所述角度旋齿同步旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王陶，郑康琳，蔡秋香，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：