【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、混凝土是土木工程中应用十分广泛的结构形式。然而混凝土在动载荷、温度载荷等影响下界面易产生分层，随着分层的积累，严重时会导致结构失效引发安全事故。因此，对混凝土结构进行无损检测十分重要。无损检测方法(ndt)可在不影响被测对象的情况下，对工程结构中常见病害如裂缝，剥蚀等进行有效检测，并给出预警信息。现有ndt技术包括超声波、磁粉探伤、红外热成像、声发射、回弹锤和光纤光栅等。其中的声发射技术(ae)是通过接收和分析材料的声发射信号来评定材料性能或结构完整性的无损检测方法。当声通过材料内部时，因局部应变能快速释放而产生的瞬时弹性波，通过分析采集到的声发射信的特征参数可以得到材料内部结构特点。可以做到实时监测，并及时给出可靠的预警信息。
2、超声作为能量很强的声信号，在对混凝土的监测中起到了重要作用。超声技术的发展也在不断促进超声检测装置的改进。超声混凝土检测仪在这种应用背景下产生并得到了一定发展。然而，在实际使用中有许多因素影响着测试质量，如超声换能器耦合程度不够，导致超声波信号不稳定；通过得到的声发射信号进行损伤判断和损伤类别分类较困难；在不同工况环境下不便于使用不同方法进行测量等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种便捷混凝土裂缝超声装置，用以解决在检测混凝土内部结构时，超声换能器耦合程度不足，使用时不便固定的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种便捷混凝土裂缝超声传感器，其特征在于：包括超声
4、进一步的，端盖为圆管状，其内孔上部设有螺纹；端盖与数据接口直接为过盈配合，保证连接紧密；其内孔的螺纹与滤波器连接；滤波器由螺钉与pcb板连接；端盖和数据接口的材质均为45号钢，限制超声波的散射；在pcb板和超声换能器后板之间需填充海绵，防止超声对pcb板的工作产生影响。
5、进一步的，在装置使用时，需先根据使用场景在外部设备中检测并设置声发射检测的门槛值，减小环境噪音和机械摩擦的干扰；测量时，利用法兰盘和螺丝将装置固定，保证测量稳定性；变幅探头需要涂抹耦合剂以减小空气的影响，可为凡士林或黄油。
6、进一步的，超声换能器与超声发生装置的频率跟踪实现方法为：先令换能器的电信号经过放大电路，通过电流、电压传感器和滞环控制采集电流信号和电压信号，经过过零检测器得到方波，将方波输入控制系统，利用数字信号处理技术(dsp)计算相位差，利用脉冲宽度调制技术(pwm)传递调谐后的信号驱动高频逆变单元改变为相应频率，以此控制换能器的输入信号频率。当仪器进行变频时，通过当前已采集的相位差和上一次频率输出，调节当前频率输出。
7、进一步的，当使用多个换能器组成换能器线性阵列进行测量时，使用的合成孔径成像法为：对于线性阵列中重复探测到的点，计算该点在不同探测到的换能器的距离均值，再由距离均值计算时间和信号。
8、一种应用上述便捷混凝土裂缝超声传感器所实现的基于k聚类的ra-af损伤识别方法，其实施方法为：在得到振铃计数、持续时间、上升时间和幅值的参数后，计算其上升时间/振幅比值(ra)和平均频率值(af)。判断混凝土所处应力阶段后，在ra-af关联分布图中找到坐标，用该坐标与k均值聚类的聚类质点坐标(圆整后)的距离判断主要破坏类型，为后续操作提供参考。
9、与现有技术相比，本专利技术提供了一种便捷混凝土裂缝超声装置，具备以下有益效果：
10、本专利技术可利用法兰盘(节点位置)将超声设备固定在墙体，提高测量稳定性，安装空间局限性较小，便于较长时间的勘测，有助于研究混凝土结构的时变性，为减灾防灾预测模型提供可靠数据。若专利能够有效转化，较传统间断式人工观测方法经济经济效益可提高30％，并且比传统观测方法掌握信息更全面准备可靠。。
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1.一种便捷混凝土裂缝超声传感器，其特征在于：包括超声系统、数据接口(1)、端盖(2)和法兰盘(6)；所述超声系统包括超声换能器(4)、滤波器(3)、PCB板(7)和变幅探头(5)，所述超声系统的频率范围为50-300kHz，中心频率为150kHz；所述数据接口(1)与滤波器(3)、PCB板(7)数据连接，所述滤波器(3)、PCB板(7)用于对外部设备发出的高脉冲信号进行调节控制；所述超声换能器(4)由前盖板(4d)，压电晶片(4c)，铜电极片(4b)和后盖板(4a)组成；所述压电晶片(4c)用于将电流的频率变化转为振动传递给变幅杆；所述铜电极片(4b)和压电晶片(4c)均设置有两个且穿插链接，第一个所述铜电极片(4b)通过引线连接至正极，第二个所述铜电极片(4b)通过引线连接至负极；所述超声换能器(4)的后盖板(4a)与端盖(2)通过螺钉连接固定，所述前盖板(4d)与变幅探头(5)连接；所述数据接口(1)外圆周面加工有滚花纹；所述端盖(2)为圆管状，其内孔上部设有螺纹；所述法兰盘(6)固定连接于超声换能器(4)外壳靠近变幅探头(5)一侧。
2.根据权利要求1所述的便
3.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：所述变幅探头(5)在使用时在被测件表面涂抹耦合剂以减小空气的影响，所述耦合剂包括但不限于凡士林或黄油。
4.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：所述超声换能器(4)作为收发器传递信号，在发射超声信号后停止振动，收到反射的超声信号振动并转换为电信号输出至外部设备。
5.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：所述端盖(2)与数据接口(1)之间为过盈配合，以保证连接紧密；所述端盖(2)内孔的螺纹与滤波器(3)相匹配；所述滤波器(3)由螺钉固定安装于PCB板(7)上。
6.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：所述端盖(2)和数据接口(1)的材质均为45号钢，以限制超声波的散射；所述压电晶片(4c)使用的材料为PZT-8；在PCB板(7)和后盖板(4a)之间填充有海绵，以防止超声对PCB板(7)的工作产生影响。
7.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：当使用多个换能器组成换能器线性阵列进行测量时，考虑到换能器散射角的存在，为避免不同换能器采集到重复的信号，利用合成孔径成像法将换能器阵列得到的信号转换为一个大口径传感器得到的信号，从而得到准确的声发射参数。
8.根据权利要求7所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：所述声发射参数包括但不限于反射超声波对应的幅值、能量上升时间、持续时间、RMS、峰值频率、质心频率和振铃计数；获得声发射参数后，利用主成分分析法得到混凝土的盈利阶段，然后利用基于K均值聚类的RA-AF损伤识别方法，计算得出上升时间/振幅比值和平均频率值；判断混凝土所处应力阶段后，在RA-AF关联分布图中找到坐标，用该坐标与K均值聚类的聚类质点坐标的距离判断主要破坏类型。
...【技术特征摘要】
1.一种便捷混凝土裂缝超声传感器，其特征在于：包括超声系统、数据接口(1)、端盖(2)和法兰盘(6)；所述超声系统包括超声换能器(4)、滤波器(3)、pcb板(7)和变幅探头(5)，所述超声系统的频率范围为50-300khz，中心频率为150khz；所述数据接口(1)与滤波器(3)、pcb板(7)数据连接，所述滤波器(3)、pcb板(7)用于对外部设备发出的高脉冲信号进行调节控制；所述超声换能器(4)由前盖板(4d)，压电晶片(4c)，铜电极片(4b)和后盖板(4a)组成；所述压电晶片(4c)用于将电流的频率变化转为振动传递给变幅杆；所述铜电极片(4b)和压电晶片(4c)均设置有两个且穿插链接，第一个所述铜电极片(4b)通过引线连接至正极，第二个所述铜电极片(4b)通过引线连接至负极；所述超声换能器(4)的后盖板(4a)与端盖(2)通过螺钉连接固定，所述前盖板(4d)与变幅探头(5)连接；所述数据接口(1)外圆周面加工有滚花纹；所述端盖(2)为圆管状，其内孔上部设有螺纹；所述法兰盘(6)固定连接于超声换能器(4)外壳靠近变幅探头(5)一侧。
2.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：所述超声换能器(4)与外部的超声发生装置之间通过锁相法实现频率跟踪，其对应电路设置在pcb板(7)上。
3.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，其特征在于：所述变幅探头(5)在使用时在被测件表面涂抹耦合剂以减小空气的影响，所述耦合剂包括但不限于凡士林或黄油。
4.根据权利要求1所述的便捷混凝土裂缝超声装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：娄高中，王文臣，白二虎，谭毅，闫好通，朱洲，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：
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