本发明专利技术公开了一种用于隧道裂缝修补检测的波动信号放大听诊器装置，包含发射系统、信号放大测量系统两个部分。发射系统与信号放大系统通过信号传输线有线连接；通过采用预制的不同直径大小的气动式子弹从而得到不同初始波形、频率的入射波并能实时快速传输到超动态应变记录仪。该装置通过装置向隧道裂缝修补层释放冲击荷载，由混凝土衬砌层与修补材料的粘结面反射，将产生应力波反射波继续在介质中传播，当反射波传输到修补材料层与听诊界面交界处时，通过控制各层界面密度、纵波波速不同可以导致该层材料波阻抗不同，可使该传输信号放大数倍，经过多层界面放大最终会获得容易捕获接受的波信号，经过处理可以用以评价隧道裂缝修补质量的好坏。修补质量的好坏。修补质量的好坏。
【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道裂缝修补检测的波动信号放大听诊器装置
[0001]本专利技术涉及工程施工检测领域，具体是一种用于隧道裂缝修补检测的信号放大听诊器装置。
技术介绍
[0002]隧道是埋置于地层内的工程建筑物，可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道等。无论是哪一种隧道，在建成后如果隧道壁出现裂缝，对于工程的稳定应用会造成较大的影响。特别是隧道顶部出现裂缝时，还会造成漏水、材料脱落等问题，严重的还会造成安全事故。
[0003]现有的隧道裂缝修补办法一般采用灌浆嵌缝封堵法，浆液进入裂缝凿开面后与原混凝土衬砌共同受力，两者之间形成粘结界面。两者之间结合的好坏，目前来说在现场是很难做到对其做无损测量的，传统测量粘结界面强度的钻探法、拉拔法会对原始粘结层产生破坏，测量后无法继续工作。随着波动法测试技术的逐渐成熟，以波作为信息载体，利用非接触测量获得的入射波和反射波信号进而得到岩石或混凝土内部粘界面的刚度成为可能，有望用来作为评价隧道衬砌裂缝修复情况的指标，但在实际运用中，在现场准确测得波的信号是较难的，经过加载装置在现场观测到的应变信号是很小的，不利于测量分析。
技术实现思路
[0004]针对上述对隧道裂缝修补检测分析的各种不足，本专利技术提供了一种用于隧道裂缝修补检测的信号放大听诊器装置，其目的主要是为了解决隧道裂缝修补检测时波信号不易测得的问题。通过该装置放大波的传导信号，从而更为精准、容易测得测试数据，并且使其操作较为简便。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种用于隧道裂缝修补检测的信号放大听诊器装置，包含发射系统、信号放大测量系统两个部分。发射系统4与信号放大系统5通过信号传输线有线连接，其目的是通过设置不同的压缩机功率释放不同的冲击荷载从而驱使气动式子弹得到不同初始速度，通过采用预制的不同直径大小的气动式子弹从而得到不同初始波形、频率的入射波并能实时快速传输到超动态应变记录仪18。该信号放大器听诊装置首先通过装置4向隧道裂缝修补层释放冲击荷载，该荷载将导致应力波入射波ε1(t)在修补界面内产生，该荷载将导致应力波入射波ε1(t)在修补界面内产生，经由混凝土衬砌层与修补材料的粘结面反射，将产生应力波反射波ε2(t)继续在介质中传播，当反射波ε2(t)传输到修补材料层与听诊界面交界处时，通过控制各层界面密度、纵波波速不同可以导致该层材料波阻抗不同，可使该传输信号放大数倍，经过多层界面放大最终会获得容易捕获接受的波信号，将在超动态应变仪18得到放大后的时域反射波ε2(t)的应变
‑
时间曲线，经过处理可以用以评价隧道裂缝修补质量的好坏。
[0006]本专利技术的发射系统包括气动式子弹8、气阀连接通道9、气枪保险开关10、气枪瞄准器11、气枪扳机12。气动式喷枪为发射系统的载具，气动式子弹8装填在气动式喷枪的枪管中，气阀连接通道9、气动式喷枪枪管与气动式喷枪枪膛三者相互连通；所述气枪保险开关
10设置于气动式喷枪枪膛内同于制动喷射气动式子弹8后的冲击力，气枪瞄准器11设置于气动式喷枪枪膛外部用于发射气动式子弹8时的瞄准；所述气枪扳机12为气动式子弹8的控制开关，按下气枪扳机12即可开始测量。采用气阀连接的空气压缩机驱动气动式子弹，可以通过气压大小来改变气动式子弹8的初始速度，从而得到不同初始波速的入射波ε1(t)，通过控制装填子弹的直径大小，可以得到不同初始波形的入射波ε1(t)。
[0007]本专利技术的信号放大测量系统包含有三层听诊界面，经由信号放大的顺序，听诊界面16为第一听诊界面，听诊界面15为第二放大界面，听诊界面14为第三放大界面，波信号通过三层听诊界面的过程，该信号将被放大3次；三层听诊界面由同一种材料经过3D打印而成，其中第一听诊界面16为全实心材料打印而成，第二听诊界面15与第三听诊界面14两层听诊界面为非实心材料打印而成，且第二听诊界面15与第三听诊界面14拥有不同的镂空率；第二听诊界面15的镂空率较小，第三听诊界面16镂空率较大。三层听诊界面材料性质相同，但拥有不同的镂空率，会使其表观密度不同，波速亦不同，所以波阻抗z不同。波阻抗z与表观密度和纵波波速相关，并且表观密度越大纵波波速越大。通过控制，使第一听诊界面16波阻抗小于修补层材料的波阻抗，使其波阻抗比小于1，波信号在经过时会产生放大信号。第二听诊界面15波阻抗小于第一听诊界面16；第三听诊界面14波阻抗小于第二听诊界面15，波信号亦会再经历两次放大，共计三次信号放大。三层听诊界面由听诊器主轴13共同串联，每层界面上均贴有应变片17，应变片17上连接有超动态应变仪18，通过超动态应变仪18捕捉信号放大后的时域反射波信号ε2(t)2，该信号可用以评价隧道裂缝修补质量的好坏。该信号即为前述经由听诊器放大反射波信号ε2(t)得到的信号，反射波信号ε2(t)为入射波信号ε1(t)经由混凝土衬砌层与修补材料的粘结面反射得到的信号。
[0008]材料的波阻抗z：
[0009]Z＝ρ
×
v
[0010]两种材料的波阻抗比n：
[0011]n＝z1/z2[0012]两种材料界面的透射系数M：
[0013][0014]根据密度ρ和材料波速V可以推导出材料的弹性模量：
[0015]E＝ρv2[0016]波信号经过界面透射后的信号大小与界面波阻抗比相关，得到透射后的应力为：
[0017]σ2＝M
×
σ1[0018]根据材料的本构方程：
[0019][0020]推导出经过界面透射放大后的应变为：
[0021][0022]式中，ρ
‑
材料的密度；v
‑
材料的纵波波速；n
‑
两种材料界面的波阻比；M
‑
两种材料界面的透射系数；σ1‑
未经放大后的应力；σ2‑
经放大后的应力；ε1‑
未经放大的应变。ε2‑
放大
后的应变。
[0023]定义为信号放大系数，记为H，其决定波信号经过交界面时放大的倍数。材料的密度依靠3D打印来控制，同一种材料，其镂空率越大，密度越小，同时纵波波速也相对减小。
[0024]与现有技术相比较，本专利技术在隧道裂缝修补检测过程中，在现场准确测得波的信号是较难的，经过加载装置在现场观测到的应变信号是很小的，不利于测量分析。本专利技术通过设计的一种简易的隧道裂缝修补检测放大听诊器，该听诊器包括发射系统和信号放大测量系统。本专利技术通过发射系统产生冲击荷载碰撞发射应力波，通过简单的信号放大测量系统放大入射波信号反射后的反射波信号，得到时域反射波信号用以评价隧道裂缝修补质量的好坏，与现有技术相比，本专利技术有如下增益效果：
[0025]1)传统测量粘结界面强度的钻探法、拉拔法会对原始粘结层产生破坏，测量后无法继续工作。本专利技术将波动法运用到测试技术当中，以波作为信息载体，利用非接触测量获得的入射波和反射波信号进而得到岩石或混凝土内部粘界面的刚度用以评价隧道裂缝修补质量的好坏，测量后可继续完成工作。
[0026]2)直本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于隧道裂缝修补检测的信号放大听诊器装置，其特征在于，包含发射系统、信号放大测量系统两个部分；发射系统与信号放大系统通过信号传输线有线连接，其目的是通过设置不同的压缩机功率释放不同的冲击荷载从而驱使气动式子弹得到不同初始速度，通过采用预制的不同直径大小的气动式子弹从而得到不同初始波形、频率的入射波并能实时快速传输到超动态应变记录仪；该装置向隧道裂缝修补层释放冲击荷载，该荷载将导致应力波入射波ε1(t)在修补界面内产生，该荷载将导致应力波入射波ε1(t)在修补界面内产生，经由混凝土衬砌层与修补材料的粘结面反射，将产生应力波反射波ε2(t)继续在介质中传播，当反射波ε2(t)传输到修补材料层与听诊界面交界处时，通过控制各层界面密度、纵波波速不同可以导致该层材料波阻抗不同，使该传输信号放大数倍，经过多层界面放大最终会获得容易捕获接受的波信号，将在超动态应变仪得到放大后的时域反射波ε2(t)的应变
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时间曲线，经过处理用以评价隧道裂缝修补质量的好坏。2.根据权利要求1所述的一种用于隧道裂缝修补检测的信号放大听诊器装置，其特征在于，发射系统包括气动式子弹、气阀连接通道、气枪保险开关、气枪瞄准器、气枪扳机；气动式喷枪为发射系统的载具，气动式子弹装填在气动式喷枪的枪管中，气阀连接通道、气动式喷枪枪管与气动式喷枪枪膛三者相互连通；所述气枪保险开关设置于气动式喷枪枪膛内同于制动喷射气动式子弹后的冲击力，气枪瞄准器设置于气动式喷枪枪膛外部用于发射气动式子弹时的瞄准；所述气枪扳机为气动式子弹的控制开关，按下气枪扳机即可开始测量；采用气阀连接的空气压缩机驱动气动式子弹，通过气压大小来改变气动式子弹的初始速度，从而得到不同初始波速的入射波ε1(t)，通过控制装填子弹的直径大小，得到不同初始波形的入射波ε1(t)。3.根据权利要求1所述的一种用于隧道裂缝修补检测的信号放大听诊器装置，其特征在于，信号放大测量系统包含有三层听诊界面，经由信号放大的顺序，第一听诊界面为第一听放大面，第二听诊界面为第二放大界面，第三听诊界面为第三放大界面，波信号通过三层听诊界面的过程，该信号将被放大3次；三层听诊界面由同...
【专利技术属性】
技术研发人员：范立峰，邹弘扬，钟惟亮，杨崎浩，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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