用于桩基超声波检测的超声波传感器制造技术

一种用于桩基超声波检测的超声波传感器，包括压电晶体换能器、前置处理电路和连接电缆，前置处理电路的输出端与连接电缆连接；前置处理电路包括前置放大电路、带通滤波电路、自动增益控制电路和屏蔽驱动电路，压电晶体换能器的输出端与前置放大电路的输入端连接；压电晶体换能器输出的超声波信号通过前置放大电路放大，并前置放大电路将放大后的超声波信号传输至带通滤波电路；带通滤波电路，对该放大后的超声波信号进行带通滤波；自动增益控制电路对带通滤波电路输出的信号进行幅值控制；带通滤波电路，其输出端与连接电缆连接，用于将经过放大、带通滤波和幅值控制的超声波信号传送至连接电缆。本实用新型专利技术可以提高输出信号的抗干扰能力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种超声波传感器，尤其涉及一种用于桩基超声波检测的收发一体的带前置信号放大和滤波处理的超声波传感器。
技术介绍
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的振动频率的机械波，是由换能晶片在电压的激励下发生振动而产生。超声波具有频率高，波长短、绕射现象小，特别是方向性好，能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固定的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成回波，该回波碰到运动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上成为超声换能器，或者超声波探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声波探头多作探测作用。超声波探头按结构可以分为以下几种直探头(纵波)、斜探头 (横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、另一个探头接收)等。基桩超声声波投射法检测采用一种轴向有限长度、单一主频的柱面波，超声波在混凝土中的传播规律服从弹性波的特性，由直达波、绕射波、折射波和反射波构成。波形分析的基本物理量有1、直达波到达时(波速)；2、波幅(或衰减)；3、接收信号频率变化；4、 接收波形畸变。波速只反映透测中线为对象的混凝土性质，而波形和频谱变化不但反映透测对象的混凝土状态，而波形和频谱变化不但反映透测对象的混凝土状态，而且也反映构件边界面及透测范围以外混凝土的状态。由于超声波的绕射波、折射波、反射波的时程，使得接收的波形迭加后变化复杂，不易解读。所以基桩声波透射法检测判定，一般采用了声时和首波波幅两个参数，对波形变化分析要求越来越高，而且测试孔越来越深，高达300米的深孔。但是普通的超声波探头具有以下不足和缺点1、由于接收压电晶体的输出阻抗高，容易受到干扰；2、由于测试桩孔越来越深，连接电缆也越长，依靠无源的收发一体在长距离传输中，由于接收压电晶体的输出阻抗高，长电缆的分布电容参数变大，导致接收的信号严重畸变失真而无法分析桩基的质量，为建筑基础留下严重的隐患；3、长电缆的超声信号传输导致信号衰减很大，在接收端必须具有很大的放大倍数，导致噪声也同时放大，导致信噪比降低；4、长电缆的超声信号传输导致信号衰减很大。
技术实现思路
针对现有桩基测量超声传感器存在的缺点，本技术的目的在于提供一种新型的用于桩基超声波检测的收发一体的带前置信号放大和滤波处理的超声波传感器，解决普通超声传感器采用收发同一压电晶体的输出阻抗高，随着传输电缆延长衰减和畸变的缺点O为了达到上述目的，本技术提供了一种用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，包括压电晶体换能器、前置处理电路和连接电缆，其中，所述前置处理电路包括前置放大电路和带通滤波电路，其中，所述前置放大电路和所述带通滤波电路连接；所述压电晶体换能器的输出端与所述前置放大电路的输入端连接；所述带通滤波电路的输出端与所述连接电缆连接；所述压电晶体换能器输出的超声波信号通过所述前置放大电路放大，并所述前置放大电路将放大后的超声波信号传输至所述带通滤波电路；所述带通滤波电路，对该放大后的超声波信号进行带通滤波，并将带通滤波后的超声波信号传送至所述连接电缆。实施时，所述带通滤波器，其中心频率为压电晶体换能器输出的超声波信号的谐振峰值频率。实施时，所述压电晶体换能器为两个，其中，一个所述压电晶体换能器，为激发压电晶体，用于激发超声波，在高压脉冲波的激励下输出超声波；另一个所述压电晶体换能器，为接收压电晶体，用于接收超声波信号；所述接收压电晶体的输出端与所述前置放大电路的输入端连接。实施时，所述前置处理电路还包括阻抗变换电路；所述阻抗变换电路，连接于所述压电晶体换能器与所述前置放大电路之间，用于对所述压电晶体换能器输出的超声波信号进行阻抗变换，并将阻抗变换后的超声波信号传输至所述前置放大电路。实施时，所述前置处理电路还包括输入限幅电路；所述限幅电路，连接于所述压电晶体换能器与所述前置放大电路之间，用于对所述压电晶体换能器输出的超声波信号进行限幅，并将限幅后的超声波信号传输至所述前置放大电路。实施时，所述前置处理电路还包括自动增益控制电路；所述自动增益控制电路，并联于相互串联的所述前置放大电路和所述带通滤波电路的两端，用于对所述滤波电路输出的超声波信号的幅值进行控制。实施时，所述前置处理电路还包括屏蔽层驱动电路；所述屏蔽层驱动电路，连接于所述带通滤波电路的输出端与所述连接电缆之间， 用于驱动所述连接电缆的屏蔽层。实施时，本技术所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，其还包括采用防水结构的不锈钢外壳，所述压电晶体换能器和所述前置处理电路设于所述不锈钢外壳中，所述不锈钢外壳在螺纹连接部分采用环氧树脂密封。与现有技术相比，本技术所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器，将压电晶体换能器输出的超声波信号经过前置放大器放大，并采用带通滤波电路，带通滤波电路的中心频率在接受晶体谐振频率，这样大大提高输出信号的抗干扰能力。附图说明图1是本技术所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器的一种具体实施方式的结构图；图2是本技术所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器的一种具体实施方式的前置处理电路的结构图；图3A是本技术所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器的前置处理电路的一具体实施例的稳压电源部分的电路图；图;3B是本技术所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器的前置处理电路的一具体实施例的主体部分电路图。具体实施方式本技术提供了一种用于桩基超声波检测的超声波传感器，包括压电晶体换能器、前置处理电路和输出超声波信号的连接电缆。如图1所示，根据一种具体实施方式，本技术所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器采用两个压电晶体换能器，其中，一个压电晶体换能器，为激发压电晶体1，用于激发超声波，在高压脉冲波的激励下输出超声波；另一个压电晶体换能器，为接收压电晶体2，用于接收超声波信号；该用于桩基超声波检测的超声波传感器还包括前置处理电路3、透声胶4、不锈钢外壳5和连接电缆6;其中，所述接收压电晶体2的输出端与所述前置处理电路3的输入端连接；所述激发压电晶体1、所述接收压电晶体2和所述前置处理电路3设于所述不锈钢外壳5中；所述前置处理电路3的输出端与所述连接电缆6连接，经过前置处理后的超声波信号从连接电缆6差分输出，便于远距离传输信号；在不锈钢外壳5与激发压电晶体1、接收压电晶体2之间填充充透声胶，以降低超声波在收发过程衰减作用。该接收压电晶体2将该超声波信号输出至前置处理电路3 ；所述前置处理电路3中的U2B运算放大器对该超声波信号进行阻抗变换和放大， 再进行滤波；所述前置处理电路3中的滤波电路设计为窄带通滤波器，其中心频率为激发压电晶体1输出的超声波信号的谐振峰值频率，以保证经过滤波后得到的放大的超声波信号为激发压电晶体1激发输出的超声波信号，这样提高了超声波传感器接收的灵敏度和信噪比，确保用于桩基完整性检测的超声波传感器真正满足国家有关检测规程和规范的基本要求，使得检测评定本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，包括压电晶体换能器、前置处理电路和连接电缆，其中，所述前置处理电路包括前置放大电路和带通滤波电路，其中，所述前置放大电路和所述带通滤波电路连接；所述压电晶体换能器的输出端与所述前置放大电路的输入端连接；所述带通滤波电路的输出端与所述连接电缆连接；所述压电晶体换能器输出的超声波信号通过所述前置放大电路放大，并所述前置放大电路将放大后的超声波信号传输至所述带通滤波电路；所述带通滤波电路，对该放大后的超声波信号进行带通滤波，并将带通滤波后的超声波信号传送至所述连接电缆。

【技术特征摘要】
1.一种用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，包括压电晶体换能器、前置处理电路和连接电缆，其中，所述前置处理电路包括前置放大电路和带通滤波电路，其中，所述前置放大电路和所述带通滤波电路连接；所述压电晶体换能器的输出端与所述前置放大电路的输入端连接；所述带通滤波电路的输出端与所述连接电缆连接；所述压电晶体换能器输出的超声波信号通过所述前置放大电路放大，并所述前置放大电路将放大后的超声波信号传输至所述带通滤波电路；所述带通滤波电路，对该放大后的超声波信号进行带通滤波，并将带通滤波后的超声波信号传送至所述连接电缆。2.如权利要求1所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，所述带通滤波器，其中心频率为压电晶体换能器输出的超声波信号的谐振峰值频率。3.如权利要求1所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，所述压电晶体换能器为两个，其中，一个所述压电晶体换能器，为激发压电晶体；另一个所述压电晶体换能器，为接收压电晶体；所述接收压电晶体的输出端与所述前置放大电路的输入端连接。4.如权利要求1所述的用于桩基超声波检测的超声波传感器，其特征在于，所述前置处理电路还包括阻抗变换电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克俭，刘黄华，
申请(专利权)人：武汉华和机电技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：83