高电压信号激励装置以及基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统制造方法及图纸

本申请公开了一种高电压信号激励装置，其包括高电压信号激励硬件单元，该高幅值导波信号基于接收到的激励参数产生激励信号并通过导波激励接收转换模块提供给压电激励/接收一体换能器；其中，所述压电激励/接收一体换能器具有多层串联的压电层；所述多层串联的压电层包括多个压电片，所述多个压电片与电极层间隔设置形成串联结构。通过采用高电压激励硬件单元以及多级串联压电激励/接受一体换能器以及导波激励接收转换模块结合提供高能激励，增强了信噪比，避免了传统系统中导波衰减导致的导波回波淹没在噪声环境下的问题。本申请还公开了基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统。了基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统。了基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统。

【技术实现步骤摘要】
高电压信号激励装置以及基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统

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[0001]本申请涉及结构参数测量系统，尤其涉及锚固锚杆结构测量系统及部件。

技术介绍
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[0002]为了加固建筑领域工程结构，锚固锚杆结构在铁路、矿山、公路等领域广泛应用。锚固锚杆结构是将锚杆通过锚固剂与岩石或者岩土粘合，最终形成一体化结构。但是，由于锚杆材质为金属材料，在长期的恶劣腐蚀环境影响下，容易发生断裂危险。此外，由于施工过程中，极少数施工方会偷工减料，通过减小锚杆长度达到节省施工成本的目的。不管是偷工减料还是断裂，都是使锚杆长度减小，从而使整体的锚固
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锚杆
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岩土承受载荷能力下降，容易导致坍塌事故，造成人员伤亡和财产损失。在施工完毕和使用过程中，需要对锚固锚杆结构长度进行定期检测，以确保锚固锚杆结构符合使用标准。但是，由于锚杆是锚固在岩土中，无法进行常规测量，亟需开发有效的锚固锚杆结构测量系统。
[0003]针对锚杆结构长度、冲击损伤等结构测量方面，国内外相关研究人员提出用导波进行测量。在利用导波进行锚固锚杆结构测量过程中，发现相对于自由锚杆，锚固锚杆结构中导波传播衰减较大，由于衰减问题导致导波回波淹没在噪声环境下，严重影响锚固锚杆结构检测技术有效性。因此，需要一种改进的锚固锚杆结构测量系统。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的在于克服锚固锚杆结构导波检测技术存在的不足，提供一种基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统，旨在解决导波传播在锚固锚杆结构中强衰减问题。
[0005]为此，本申请的一些实施例提供了一种高电压信号激励装置，其包括高电压信号激励硬件单元，该高幅值导波信号基于接收到的激励参数产生激励信号并通过导波激励接收转换模块提供给压电激励/接收一体换能器；其中，所述压电激励/接收一体换能器具有多层串联的压电层；所述多层串联的压电层包括多个压电片，所述多个压电片与电极层间隔设置形成串联结构。
[0006]在一些实施例中，所述多层串联的压电层使得所述高电压信号激励硬件单元响应从激励幅值为0至2000mV可调的激励信号提供幅值为0至600V的激励电压。
[0007]在一些实施例中，所述多层串联的压电层由第一压电片、第二压电片、第三压电片和第四压电片；设置在第一压电片外侧的第一正极铜电极层、设置在第二压电片和第三压电片之间的第二正极铜电极层、设置在第四压电片外侧的第三正极铜电极层，以及设置在第一压电片和第二压电片之间的第一负极铜电极层、在第三压电片和第四压电片之间的第二负极铜电极层，串联组成。
[0008]在一些实施例中，所述压电激励/接收一体换能器包括设置在外部屏蔽壳内的背衬层、所述压电层以及保护层，所述压电层设置于所述背衬层以及所述保护层之间。
[0009]在一些实施例中，所述高电压信号激励硬件单元包括信号发生模块和功率放大模
块；其中所述信号发生模块用于生成低压的汉宁窗调制正弦信号，通过由高压功率运算放大器构成的所述功率放大模块将该低压的汉宁窗调制正弦信号放大到期望的激励电压幅值。
[0010]在一些实施例中，所述导波激励接收转换模块为无延时转换开关电路，该无延时转换开关电路由两个整流桥和三个二极管对构成；其中所述功率放大器大模块的输出通过第一反向连接的二极管对连接到第一整流桥，以隔离功率放大器的输出；第二整流桥作为偏置电路将各种低电压噪声信号接地以在导波信号接收端极大的降低所述噪声信号的幅值；当所述功率放大器模块输出大于1.2Vpp的导波激励信号时，所述第一整流桥反向关断，第二反向连接二极管对将激励信号传递到压电激励/接收一体换能器；同时第二整流桥连接在压电激励/接收一体换能器和导波信号接收端，作为导波接收支路的限幅器使得仅有限幅范围内的激励导波可以通过这一级，并由第三反向连接二极管对再次限幅，以确保高压的导波激励信号不会损坏导波信号接收端；当导波激励信号输出完毕后，所述第二反向连接二极管对关断，第二整流桥导通，压电激励/接收一体换能器上接收到的低压信号可以通过第二整流桥传递到导波信号接收端。
[0011]为此，本申请的一些实施例提供了一种基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统，其包括提供高幅值导波信号以激励待测锚固锚杆结构的高电压信号激励硬件单元，该高幅值导波信号基于接收到的激励参数通过导波激励接收转换模块提供给压电激励/接收一体换能器；所述压电激励/接收一体换能器安装于激励待测锚固锚杆结构上，所述压电激励/接收一体换能器被配置为在所述待测锚固锚杆结构上激发所述高幅值导波信号并接收待测锚固锚杆结构反射回来的回波导波信号；信号采集硬件单元，配置为基于接收到的采集参数通过所述导波激励接收转换模块对所述回波导波信号进行采集；其中，所述压电激励/接收一体换能器具有多层串联的压电层使得所述高电压信号激励硬件单元提供的激励电压幅值为0至600V；所述多层串联的压电层包括多个压电片，所述多个压电片与电极层间隔设置形成串联结构。
[0012]在一些实施例中，所述基于高能激励导波的锚固锚杆结构测量系统还包括结构测量软件单元，与高电压信号激励硬件单元、信号采集硬件单元通信连接，所述结构测量软件单元包括激励控制模块用于激励参数的设置以及激励的启动、采集控制模块用于对所述采集参数进行设置以及启动对回波导波信号的采集以及接收、以及结构参数计算模块用于基于接收到的回波导波信号预测所述待测锚固锚杆结构的参数；其中，所述激励参数包括激发频率f、通道增益S、激励电压福幅值V和激励汉宁窗调制的正弦信号周期数n；其中，所述采集参数包括采样率和采样点数。
[0013]在一些实施例中，所述结构测量软件单元还包括显示模块用于提供可视化界面以对激励参数、采集参数的设置、回波导波信号进行显示。
[0014]在一些实施例中，所述激励控制模块被配置为在从0到100设置激励通道的增益。
[0015]在一些实施例中，所述结构参数计算模块包括执行以下处理：步骤S1，接收对所述激励信号的激励参数，并根据所述激励参数计算激励信号时间长度(t1)：其中所述激励参数计算激励信号时间长度是激励汉宁窗调制的正弦信号周期数(n)和激发频率(f)的函数；步骤S2，对接收到的回波导波信号S(t)进行希尔伯特变换；步骤S3，定位所述希尔伯特变换后的一维包络线的一次回波信号峰值位置(t2)；以及步骤S4，基于所述激励信号时间长度，
所述一次回波信号峰值位置(t2)以及在所述激励频率下的锚固锚杆的声速推导锚固锚杆结构长度。
[0016]在一些实施例中，通过引入所述导波激励接收转换模块，可以实现使用单个换能器同时实现锚固锚杆结构中超声导波信号的激励和接收，改进现有的导波激励/接收硬件系统中需要一个换能器激励导波信号，一个换能器接收导波信号的弊端。
[0017]在一些实施例中,所述锚固锚杆检测软件单元可以在软件单元中设置激励通道增益，增益大小从0到100可调，设置采样率和采样点数，与前述硬件单元连接后，可以触发导波激励和接收硬件系统，从而显示采集的一维导波波形，此外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高电压信号激励装置，其特征在于：包括高电压信号激励硬件单元，该高幅值导波信号基于接收到的激励参数产生激励信号并通过导波激励接收转换模块提供给压电激励/接收一体换能器；其中，所述压电激励/接收一体换能器具有多层串联的压电层；所述多层串联的压电层包括多个压电片，所述多个压电片与电极层间隔设置形成串联结构。2.根据权利要求1所述的高电压信号激励装置，其特征在于：所述多层串联的压电层使得所述高电压信号激励硬件单元响应从激励幅值为0至2000mV可调的激励信号提供幅值为0至600V的激励电压。3.根据权利要求1所述的高电压信号激励装置，其特征在于：所述多层串联的压电层由第一压电片、第二压电片、第三压电片和第四压电片；设置在第一压电片外侧的第一正极铜电极层、设置在第二压电片和第三压电片之间的第二正极铜电极层、设置在第四压电片外侧的第三正极铜电极层，以及设置在第一压电片和第二压电片之间的第一负极铜电极层、在第三压电片和第四压电片之间的第二负极铜电极层，串联组成。4.根据权利要求1所述的高电压信号激励装置，其特征在于：所述压电激励/接收一体换能器包括设置在外部屏蔽壳内的背衬层、所述压电层以及保护层，所述压电层设置于所述背衬层以及所述保护层之间。5.根据权利要求1所述的高电压信号激励装置，其特征在于：所述高电压信号激励硬件单元包括信号发生模块和功率放大模块；其中所述信号发生模块用于生成低压的汉宁窗调制正弦信号，通过由高压功率运算放大器构成的所述功率放大模块将该低压的汉宁窗调制正弦信号放大到期望的激励电压幅值。6.根据权利要求1所述的高电压信号激励装置，其特征在于：所述导波激励接收转换模块为无延时转换开关电路，该无延时转换开关电路由两个整流桥和三个二极管对构成；其中所述功率放大器大模块的输出通过第一反向连接的二极管对(A)连接到第一整流桥(B
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1)，以隔离功率放大器的输出；第二整流桥(B
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2)作为偏置电路将各种低电压噪声信号接地以在导波信号接收端极大的降低所述噪声信号的幅值；当所述功率放大器模块输出大于1.2Vpp的导波激励信号时，所述第一整流桥(B
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1)反向关断，第二反向连接二极管对(B)将激励信号传递到压电激励/接收一体换能器；同时第二整流桥(B
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2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正岩，马书义，杨红娟，马济通，杨雷，武湛君，
申请(专利权)人：大连君晟科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：