專(zhuān)利名稱(chēng)：利用超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)高速公路護(hù)欄立柱長(zhǎng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)部分埋置于路基中的高速公路護(hù) 欄立柱長(zhǎng)度的方法，屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。
技術(shù)背景為防止在高速公路上行駛的汽車(chē)沖出公路或駛?cè)牍返膶?duì)向車(chē)道引發(fā)交 通事故，現(xiàn)代高速公路的路側(cè)及中央隔離帶內(nèi)都架設(shè)有防撞護(hù)欄，護(hù)欄立柱 是護(hù)欄的主要承載部件。由于工作環(huán)境較惡劣，如水分、潮濕空氣、雨水等液 體滲入到地層中，致使護(hù)欄立柱發(fā)生局部腐蝕而導(dǎo)致立柱的腐蝕斷裂。除此 之外，施工過(guò)程中，個(gè)別施工方為謀取不當(dāng)利益，偷工減料，往往擅自縮短護(hù) 欄立柱的長(zhǎng)度，使其達(dá)不到設(shè)計(jì)承載強(qiáng)度，給高速公路的安全運(yùn)行造成潛在 的事故隱患。由于公路護(hù)欄立柱部分埋置于公路的路基中，其失效形式存在 著很強(qiáng)的隱蔽性，對(duì)其進(jìn)行有效的檢測(cè)特別是埋地部分存在很大的困難。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)目前采用方法是將立柱拔出檢驗(yàn)，或者開(kāi)挖，也有用敲擊震動(dòng) 的人工方法，沒(méi)有見(jiàn)到利用超聲導(dǎo)波方法檢測(cè)的相關(guān)報(bào)道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種新的高速公路護(hù)欄立柱長(zhǎng)度的檢測(cè)方法，該 方法不受周?chē)吠粱N類(lèi)的影響，在不破壞公路路基的前提下，可以實(shí)現(xiàn) 簡(jiǎn)單，快速，準(zhǔn)確地檢測(cè)半埋于路基中護(hù)欄立柱的長(zhǎng)度。本發(fā)明為一種利用超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)部分埋置于不同介質(zhì)中護(hù)欄立柱長(zhǎng) 度的方法，其特征在于該種方法是按以下步驟進(jìn)行檢測(cè)的1) 確定被檢測(cè)護(hù)欄立柱的有效直徑、壁厚、密度、縱波波速、橫波波速；2) 從未埋地的立柱群速度頻散曲線(xiàn)上選取頻率在50kHz-200kHz范圍內(nèi)， 群速度在5300m/s-5400m/s之間的縱向軸對(duì)稱(chēng)模態(tài)所對(duì)應(yīng)頻率檢測(cè)頻率，在此 頻率和群速度范圍內(nèi)埋地前和埋地后立柱的頻散曲線(xiàn)相同； 3)將所選檢測(cè)頻率輸入高頻信號(hào)發(fā)生器1，高頻信號(hào)發(fā)生器1生成中心頻 率為該檢測(cè)頻率的單音頻信號(hào)，經(jīng)功率放大模塊2放大后得到較高的激勵(lì)電 壓，通過(guò)信號(hào)分離開(kāi)關(guān)模塊3傳輸至置于埋于路基中的護(hù)欄立柱端部的雙模態(tài)導(dǎo)波探頭4，在護(hù)欄立柱中激勵(lì)縱向軸對(duì)稱(chēng)導(dǎo)波模態(tài)；該導(dǎo)波模態(tài)遇到立柱 端部產(chǎn)生反射形成回波信號(hào)，由同一雙模態(tài)導(dǎo)波探頭4接收此端面回波信號(hào)， 經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊3傳輸至示波器5;通過(guò)示波器5顯示的端面反射波形圖確定 端面回波對(duì)應(yīng)時(shí)間，從立柱的群速度頻散曲線(xiàn)中獲取對(duì)應(yīng)該檢測(cè)頻率下縱向 模態(tài)的群速度，用此群速度乘以反射回波對(duì)應(yīng)時(shí)間，除以2，即得到埋于路基 中的護(hù)欄立柱的長(zhǎng)度。所述的雙模態(tài)導(dǎo)探頭4為壓電超聲導(dǎo)波探頭、或磁致伸縮探頭。 本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)無(wú)需考慮立柱周?chē)坊牧系挠绊?，?未埋地立柱的頻散曲線(xiàn)確定檢測(cè)頻率；(2)所用頻率范圍遠(yuǎn)超出自然界和常 見(jiàn)振動(dòng)頻率范圍之外，不受工況影響；(3)檢測(cè)準(zhǔn)確度高，誤差能夠滿(mǎn)足工 程要求；(4)檢測(cè)速度快，對(duì)公路路基沒(méi)有破壞，檢測(cè)成本低。


圖1檢測(cè)裝置原理2檢測(cè)方法流程示意3立柱縱向軸對(duì)稱(chēng)模態(tài)群速度頻散曲線(xiàn)圖4激勵(lì)信號(hào)中心頻率為100kHz時(shí)所接收的埋于路基中的護(hù)欄立柱端面反 射波形
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例中立柱為長(zhǎng)度1800mm，內(nèi)徑105mm，外徑114mm， 壁厚4.5mm的無(wú)縫鋼管。密度為7800kg/m3，縱波波速為5960m/s，橫波波速 為3260m/s。周?chē)橘|(zhì)為1.7g/ci^的壓實(shí)土壤。1)根據(jù)護(hù)欄立柱和路基土的參數(shù)，計(jì)算群速度頻散曲線(xiàn)，在50-200kHz范圍
內(nèi)選取群速度為5340m/s模態(tài)所對(duì)應(yīng)頻率100kHz作為檢測(cè)頻率；2) 將檢測(cè)頻率輸入任意函數(shù)發(fā)生器l，任意函數(shù)發(fā)生器1產(chǎn)生一個(gè)中心頻率 為lOOkHz的單音頻信號(hào)。經(jīng)功率放大模塊2進(jìn)行電壓放大，經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊 3施加于雙模態(tài)導(dǎo)波探頭4上，在被測(cè)立柱中產(chǎn)生縱向軸對(duì)稱(chēng)導(dǎo)波模態(tài)；雙模 態(tài)導(dǎo)波探頭4由壓電探頭、磁致伸縮探頭組成；3) 上述縱向軸對(duì)稱(chēng)導(dǎo)波模態(tài)在立柱的另一端部反射，導(dǎo)波收發(fā)元件接收到縱向?qū)Рǖ亩瞬炕夭ㄐ盘?hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊3，放大電流信號(hào)后，送入示波器5;4) 根據(jù)示波器5上顯示的端面反射波形圖，確定端面回波時(shí)間，將其乘以此 頻率下的縱向?qū)РB(tài)在立柱群速度頻散曲線(xiàn)上所對(duì)應(yīng)的群速度，并除以2， 即得到立柱長(zhǎng)度。圖4為lOOkHz頻率下所接收的部分埋于路基中的高速公路護(hù)欄立柱端面 反射波形圖。第一次端面回波時(shí)間為0.667ms，此頻率下自由立柱導(dǎo)波模態(tài)的 群速度為5340m/s，故立柱長(zhǎng)度計(jì)算為1781mm，誤差僅為1.13%。
權(quán)利要求
1、一種利用超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)半埋置于不同類(lèi)型高速公路路基中的護(hù)欄立柱長(zhǎng)度的方法，其特征在于，該種方法是按以下步驟進(jìn)行檢測(cè)的1)確定被檢測(cè)立柱的有效直徑、密度、縱波波速、橫波波速，計(jì)算埋置前立柱的群速度頻散曲線(xiàn)；2)從埋置前立柱的群速度頻散曲線(xiàn)上選取頻率在50～200kHz范圍內(nèi)、群速度在5300m/s～5400m/s縱向軸對(duì)稱(chēng)模態(tài)所對(duì)應(yīng)頻率、作為檢測(cè)頻率，在此頻率和群速度范圍內(nèi)，埋地前和埋地后的頻散曲線(xiàn)相同；3)將所選檢測(cè)頻率輸入高頻信號(hào)發(fā)生器(1)，高頻信號(hào)發(fā)生器(1)生成中心頻率為該檢測(cè)頻率的單音頻信號(hào)，經(jīng)功率放大模塊(2)放大后得到較高的激勵(lì)電壓，通過(guò)信號(hào)分離開(kāi)關(guān)模塊(3)傳輸至置于埋于路基中的護(hù)欄立柱端部的導(dǎo)波收發(fā)元件(4)，在護(hù)欄立柱中激勵(lì)縱向軸對(duì)稱(chēng)導(dǎo)波模態(tài)；該導(dǎo)波模態(tài)遇到立柱端部產(chǎn)生反射形成回波信號(hào)，由同一導(dǎo)波收發(fā)元件(4)接收此端面回波信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊(3)傳輸至示波器(5)；通過(guò)示波器(5)顯示的端面反射波形圖確定端面回波對(duì)應(yīng)時(shí)間，從立柱的群速度頻散曲線(xiàn)中獲取對(duì)應(yīng)該檢測(cè)頻率下縱向模態(tài)的群速度，用此群速度乘以反射回波對(duì)應(yīng)時(shí)間，除以2，即得到部分埋于路基中的護(hù)欄立柱的長(zhǎng)度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)部分埋置于不同類(lèi) 型路基中護(hù)欄立柱長(zhǎng)度的方法，其特征在于所述的導(dǎo)波收發(fā)元件(4)為雙 模態(tài)導(dǎo)波探頭為壓電超聲探頭、磁致伸縮探頭。
全文摘要
利用超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)半埋置于不同高速公路路基中的護(hù)欄立柱長(zhǎng)度的方法，屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。該方法是先確定埋置前護(hù)欄立柱的參數(shù)，計(jì)算埋地前立柱的群速度頻散曲線(xiàn)；從該曲線(xiàn)上選取檢測(cè)頻率并輸入任意函數(shù)發(fā)生器(1)生成單音頻信號(hào)，經(jīng)功率放大模塊(2)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊(3)、導(dǎo)波收發(fā)元件(4)，在立柱中激勵(lì)縱向軸對(duì)稱(chēng)導(dǎo)波模態(tài)；該導(dǎo)波模態(tài)遇到立柱端部產(chǎn)生端面回波，該端面回波經(jīng)導(dǎo)波收發(fā)元件(4)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊(3)、傳至示波器(5)；確定端面回波對(duì)應(yīng)時(shí)間，從自由立柱群速度頻散曲線(xiàn)中獲取群速度，用此群速度乘以端面回波時(shí)間，除以2，得到立柱的長(zhǎng)度。本發(fā)明具有無(wú)需考慮立柱周?chē)橘|(zhì)、檢測(cè)準(zhǔn)確度高、檢測(cè)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S15/00GK101131319SQ20071017609
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者何存富, 斌 吳, 王學(xué)浦, 王秀彥 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)