專利名稱：一種裂縫深度測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種裂縫深度測(cè)試儀，尤其涉及一種利用聲波衍射法來 測(cè)量固體介質(zhì)中裂縫深度的裝置。
生產(chǎn)生活中常常會(huì)利用聲波衍射法來對(duì)固體表面的裂縫深度進(jìn)行測(cè)量， 尤其可以用于建筑工程中廣泛存在的混凝土裂縫深度的檢測(cè)。
目前檢測(cè)混凝土非貫穿性裂縫的深度，主要采用聲波衍射法，具體測(cè)試
方法有以下兩種
第一種是"衍射聲時(shí)計(jì)算法"。該方法被英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS-4408和中國(guó)工程 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》(CECS 21:2000， 以下簡(jiǎn)稱《測(cè)缺少見程》)所采用，具體測(cè)量步驟為
1. 在沒有裂縫處的混凝土表面，多點(diǎn)測(cè)量發(fā)射換能器與接收換能器的間 距與傳播聲時(shí)，用線性回歸法得到聲時(shí)一測(cè)距線性關(guān)系的回歸系數(shù)，即混凝 土的聲速v
2. 將發(fā)射與接收換能器分別置于以裂縫為對(duì)稱的兩側(cè)，在兩換能器之間
的間距^取100mm、 150mm、 200ran、 250ram、......時(shí)，分別讀取聲時(shí)值、裂
縫深度計(jì)算式為
式中化一第z'點(diǎn)計(jì)算的裂縫深度值(ran)
A —第^點(diǎn)兩換能器之間的間距(mm) C一第/點(diǎn)聲波傳播時(shí)間(戸)
W —不同間距測(cè)點(diǎn)裂縫深度平均值 "一測(cè)點(diǎn)數(shù)
1確定裂縫深度將各間距測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的間距值〖與平均縫深^相比較， 凡間距纟小于^或大于3氣，應(yīng)剔除該組數(shù)據(jù)，取余下的4的平均值作為裂
背景技術(shù)縫深度。
第二種是"首波相位反轉(zhuǎn)法"。該方法也被《測(cè)缺規(guī)程》所采用，該方 法的具體測(cè)試步驟、裂縫深度計(jì)算公式與"衍射聲時(shí)計(jì)算法"相同，但對(duì)不
同間距裂縫深度值的取舍方法不同。具體測(cè)量步驟為在不同間距測(cè)點(diǎn)的測(cè) 試中，觀察首波相位的變化。當(dāng)在某個(gè)間距測(cè)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)首波反相時(shí)，用該間距 測(cè)點(diǎn)及兩個(gè)相鄰間距測(cè)點(diǎn)的裂縫深度測(cè)量值的平均值作為裂縫深度值。
但是上述方法存在誤差大，耗時(shí)長(zhǎng)，技術(shù)要求高以及繁雜的數(shù)據(jù)剔除步 驟等缺陷。針對(duì)上述缺陷可以釆用一種更為簡(jiǎn)便，測(cè)試精度更高的方法。
將聲波繞劈(wedge)產(chǎn)生衍射(diffraction)的衍射場(chǎng)近似公式，應(yīng)用 于衍射法檢測(cè)混凝土裂縫深度，進(jìn)一步考慮了聲波的衰減、換能器的指向性 以及脈沖波的復(fù)頻特性，推導(dǎo)出適用于裂縫測(cè)試的聲波衍射場(chǎng)數(shù)學(xué)近似表達(dá) 式
式中，Q為指向性因子 A為衰減因子
S是對(duì)組成復(fù)頻波的單頻衍射波的求和 對(duì)其求模("to")即為衍射場(chǎng)的振幅
同時(shí)根據(jù)裂縫深度計(jì)算公式物理?xiàng)l件的要求，在確定合適的換能器間距 即合適的衍射角時(shí)，顯然衍射場(chǎng)的范圍越小越好，即衍射角越小越好。然后， 從衍射聲場(chǎng)表達(dá)式分析出最合適的衍射角，使之既能保證足夠的振幅，又能 獲得盡量小的衍射角度。
在上述聲衍射場(chǎng)數(shù)學(xué)理論支持的情況下，經(jīng)過大量的試驗(yàn)和研究，這種 測(cè)量固體介質(zhì)中裂縫深度的方法具體包括以下步驟
1. 在無縫區(qū)將發(fā)射換能器與接收換能器固定于某一間距/,測(cè)量傳播聲 時(shí)"計(jì)算混凝土聲速v-〃h其中^為50mm~ 300mm，通常取200mm。
2. 選擇第一測(cè)點(diǎn)，將發(fā)射與接收換能器分別置于以裂縫為對(duì)稱的兩側(cè)， 發(fā)射與接收換能器的間距為、讀取聲時(shí)值、并由下式計(jì)算裂縫深度、
爐一爐o)
cos — + l
V
(—)2-1，其中，A的范圍為30wTM^/, S500mw。3.選擇第二測(cè)點(diǎn)，將發(fā)射與接收換能器的間距置為/2， /2的范圍為 0.1/^ S/2 Sl0/i,或者30wm^/2 S500w附，通常當(dāng)/z， S50w附時(shí)，/2為^的0. 6 ~ 8倍、 或者30wm S /2 S 200附w ; 當(dāng)/ 、 > 時(shí)，/2為^的 0. 1 ~ 5倍、或者
50wW^/2S400;w 。其余條件與第一測(cè)點(diǎn)測(cè)量的情況相同，讀取聲時(shí)值/2;采
用與上述相同公式計(jì)算第二測(cè)點(diǎn)裂縫深度值^;
4. 計(jì)算4與^的平均值"5A+W, ^為裂縫深度。
5. 在上述步驟4中，還可以繼續(xù)計(jì)算離散A-h-^，若該離散值小于某一
限定值^，則以^為裂縫深度；否則，再增加一個(gè)測(cè)點(diǎn)，直到該測(cè)點(diǎn)的深度 值與之前其他任何一個(gè)測(cè)點(diǎn)深度值的離散值小于限定值~ ，則以此離散值所
屬的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)深度值的平均值作為裂縫深度。
目前按照《測(cè)缺規(guī)程》進(jìn)行聲波衍射法檢測(cè)裂縫深度，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作繁 瑣，需要畫出測(cè)點(diǎn)位置，測(cè)量測(cè)距，測(cè)試中需要判讀記錄聲時(shí)，觀察波形變 化等，而且使用的測(cè)試儀器是通用的超聲儀，價(jià)格高，對(duì)測(cè)試人員還需要進(jìn) 行超聲波基礎(chǔ)知識(shí)、測(cè)試儀器使用方法以及數(shù)據(jù)處理方法的培訓(xùn)。
與本實(shí)用新型相關(guān)的中國(guó)實(shí)用新型專利"混凝土裂縫測(cè)試儀，，(專利號(hào) ZL200420016797. 6，以下筒稱對(duì)比專利)，該專利利用了與"首波相位反轉(zhuǎn) 法"相類似的方法，采用多個(gè)發(fā)射和接收換能器依次發(fā)射和接收多個(gè)聲波信 號(hào)，在多個(gè)聲波信號(hào)中找到首波反相的測(cè)點(diǎn)位置，利用測(cè)點(diǎn)的相位變化計(jì)算 測(cè)定出被測(cè)裂縫的深度。
該測(cè)試儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)需要多個(gè)發(fā)射和接收換能器，儀器成本高。 而且在測(cè)試過程中需要觀察首波相位的變化，由于在測(cè)試中，何時(shí)能夠出現(xiàn) 首波反相的測(cè)點(diǎn)是無法預(yù)知的，因此使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作變得十分繁瑣，同時(shí)對(duì) 測(cè)試人員的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)也要求更高。另外，大量試驗(yàn)表明，在首波剛剛出現(xiàn)反 相時(shí)，首波幅度會(huì)明顯減小，這時(shí)會(huì)直接影響聲時(shí)的測(cè)試精度，如不仔細(xì)觀 察，甚至可能丟波， 一旦丟波，會(huì)使測(cè)試精度明顯下降。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述測(cè)試儀器的操作復(fù)雜，誤差大，操作技術(shù)要求高和儀器成 本高等缺陷，需要尋找一種結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，操作更簡(jiǎn)便，無需培訓(xùn)即可快速掌 握和使用且精度高，成本低的設(shè)備。本實(shí)用新型根據(jù)上述以聲衍射場(chǎng)數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)提出的測(cè)量固體介質(zhì) 中裂縫深度的方法，提出了一種裂縫深度測(cè)試儀，包括主控系統(tǒng)、發(fā)射換
能器、接收換能器、電源模塊；所述的主控系統(tǒng)通過高壓發(fā)射模塊與發(fā)射 換能器相連接，所述的高壓發(fā)射模塊通過施加高壓脈沖使發(fā)射換能器產(chǎn)生 聲波信號(hào)；接收換能器將接收到的聲波信號(hào)通過信號(hào)接收調(diào)理模塊進(jìn)行放 大、濾波處理，然后由;f莫數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給主控系統(tǒng)；主 控系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理并直接計(jì)算出裂縫深度；所述的主控 系統(tǒng)通過人機(jī)接口模塊與使用者進(jìn)行交互。
具有上述結(jié)構(gòu)的裂縫深度測(cè)試儀，可以直接得到測(cè)量結(jié)果，即在現(xiàn)場(chǎng) 通過該儀器就可以直接得到縫深值。而不必像《測(cè)缺規(guī)程》中規(guī)定的那樣， 需要使用通用超聲儀進(jìn)行測(cè)量，并需人工現(xiàn)場(chǎng)判讀和記錄測(cè)試參量(即需要 人工現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)點(diǎn)的相位變化，發(fā)現(xiàn)首波反相的測(cè)點(diǎn)位置)，也不需要后期 人工計(jì)算或調(diào)用分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本實(shí)用新型中的裂縫深度測(cè)試儀與 通用超聲儀相比，結(jié)構(gòu)更為筒單，設(shè)備成本明顯降低。與對(duì)比專利相比，上 述結(jié)構(gòu)的裂縫深度測(cè)試儀其結(jié)構(gòu)更筒單，可以只采用 一對(duì)發(fā)射和接收換能 器，并且可以直接得到縫深值，設(shè)備成本明顯降低，操作更為簡(jiǎn)便。使用本 實(shí)用新型的裂縫深度測(cè)試儀，測(cè)試人員不需要了解超聲波基礎(chǔ)知識(shí)、也不需 要經(jīng)過復(fù)雜的測(cè)試儀器使用方法以及數(shù)據(jù)處理方法的培訓(xùn)，即可快速的掌握 和使用該設(shè)備。
進(jìn)一步，所述主控系統(tǒng)采用的裂縫深度的計(jì)算公式如下
其中A為裂縫深度值，/為兩換能器的間距，/為聲波傳播時(shí)間，v為 被測(cè)固體介質(zhì)中的聲速。
進(jìn)一步，所述的高壓發(fā)射模塊中的高壓激勵(lì)電路為單次高壓激勵(lì)電路， 所述的單次高壓激勵(lì)電路使發(fā)射換能器產(chǎn)生的是單次脈沖聲波信號(hào)。
進(jìn)一步，所迷的信號(hào)接收調(diào)理模塊采用固定增益放大器。
進(jìn)一步，所述的信號(hào)接收調(diào)理模塊采用放大倍數(shù)高于600倍的高增益放 大器。
進(jìn)一步，所述的信號(hào)接受調(diào)理模塊采用放大倍數(shù)為IOOO倍的高增益放大器。進(jìn)一步，所述的主控系統(tǒng)由主控CPU模塊、邏輯控制模塊組成；主控CPU 模塊分別與邏輯控制模塊、人機(jī)接口模塊、電源管理模塊之間電連接，用于 實(shí)現(xiàn)各功能模塊之間的調(diào)度；主控CPU模塊通過邏輯控制模塊與高壓發(fā)射模 塊電連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過邏輯控制模塊與主控CPU模塊電連接。
進(jìn)一步，所述的主控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信模塊與外接設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
進(jìn)一步，所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，還包括至少一個(gè)換能器支架，至 少一對(duì)發(fā)射換能器和接收換能器分別被固定在支架兩邊，并分別可沿?fù)Q能器 支架上的滑軌移動(dòng)。
進(jìn)一步，在所述的換能器支架上、沿滑軌方向上設(shè)有刻度標(biāo)識(shí)。
進(jìn)一步，在所述的換能器支架上設(shè)有一個(gè)中心標(biāo)識(shí)。
進(jìn)一步，所述的換能器支架上的刻度標(biāo)識(shí)由成對(duì)的標(biāo)識(shí)線組成，每對(duì)刻 度標(biāo)識(shí)線對(duì)稱的分布在中心標(biāo)識(shí)兩側(cè)。
進(jìn)一步，所述的刻度標(biāo)識(shí)線有四對(duì)，每對(duì)刻度標(biāo)識(shí)間的距離分別為50mm、 100mm、 150薩、200mm,并在相應(yīng)位置標(biāo)有標(biāo)識(shí)值。
進(jìn)一步，所述的換能器支架上設(shè)有定位裝置，該定位裝置可將換能器固 定在滑軌上。
進(jìn)一步，所述的換能器支架上設(shè)有定位裝置，該定位裝置可將換能器固 定在刻度標(biāo)識(shí)處。
進(jìn)一步，所述的中心標(biāo)識(shí)為一個(gè)標(biāo)有十字刻線的有機(jī)玻璃板，在十字刻 線中心設(shè)有一個(gè)小孔。


圖1為本實(shí)用新型的裂縫測(cè)試儀原理示意圖 圖2為本實(shí)用新型的裂縫測(cè)試儀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3a為本實(shí)用新型的單次高壓激勵(lì)電路示意圖。 圖3b為單次脈沖信號(hào)波形。 圖4為本實(shí)用新型的固定大增益放大電路示意圖。 圖5為本實(shí)用新型的裂縫深度測(cè)試儀操作流程圖。 圖6a為本實(shí)用新型的換能器支架示意圖。 圖6b為本實(shí)用新型的換能器支架示意圖。
具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng) 參閱以下有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說明與附圖，附圖僅提供參考與說明，并非 用來限制本實(shí)用新型。
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行描述。
圖1為本實(shí)用新型的裂縫測(cè)試儀原理示意圖。該測(cè)試系統(tǒng)由裂縫深度測(cè)
試儀主機(jī)l，發(fā)射換能器2和接收換能器3組成。主控系統(tǒng)l通過高壓發(fā)射 模塊的高壓激勵(lì)電路施加高壓脈沖于發(fā)射換能器2,產(chǎn)生單次脈沖的聲波信 號(hào)，進(jìn)入混凝土，經(jīng)裂縫末端繞射，被接收換能器3所接收，接收的信號(hào)經(jīng) 測(cè)試儀信號(hào)接收調(diào)理模塊的固定增益放大系統(tǒng)，進(jìn)行放大、濾波處理后，由 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。測(cè)試儀主機(jī)還包含同步控制元件， 以實(shí)現(xiàn)高壓激勵(lì)電路的輸出與A/D轉(zhuǎn)換模塊的接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步。主控系統(tǒng) 對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集、判讀，獲取聲波走時(shí)"根據(jù)預(yù)先設(shè)定的混凝 土聲速值v以及換能器支架確定的換能器間距/，由以下公式計(jì)算并顯示裂縫 深度
所述發(fā)射換能器2和接收換能器3可以采用50kHz的平面換能器。因?yàn)?采用的聲波信號(hào)為單次脈沖信號(hào)，并將可調(diào)增益放大系統(tǒng)改變?yōu)楣潭ㄔ鲆娣?大系統(tǒng)，大大減少了測(cè)試儀中的同步控制部件和增益放大元件，簡(jiǎn)化了操作 步驟，降低了技術(shù)難度，減少了儀器成本。
圖2為本實(shí)用新型的裂縫測(cè)試儀結(jié)構(gòu)示意圖。主機(jī)由主控CPU模塊、邏 輯控制模塊、高壓發(fā)射模塊、信號(hào)接收調(diào)理模塊、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊、 人機(jī)接口模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和電源管理模塊組成。
主控CPU模塊是測(cè)試系統(tǒng)的核心模塊，內(nèi)嵌智能分析軟件，實(shí)現(xiàn)各功能 模塊之間的調(diào)度，由C語言和匯編語言混合編程，主要有裂縫測(cè)試、數(shù)據(jù)查 看、數(shù)據(jù)清除和數(shù)據(jù)傳輸四個(gè)程序模塊。裂縫測(cè)試程序模塊對(duì)采集回來的信 號(hào)進(jìn)行分析處理，得出表征被測(cè)裂縫的聲速及其裂縫的深度，并進(jìn)行存儲(chǔ)。 數(shù)據(jù)查看程序模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)已存測(cè)試數(shù)據(jù)的回放并分頁進(jìn)行瀏覽。數(shù)據(jù)清除程 序模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的清空，為測(cè)試數(shù)據(jù)提供足夠的存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)傳輸程序功能實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)的功能，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)備 份。
邏輯控制模塊是實(shí)現(xiàn)主控CPU模塊調(diào)度功能的重要載體。通過邏輯控制 模塊，主控CPU模塊將高壓激勵(lì)信號(hào)加載到發(fā)射換能器，同時(shí)又將接收信號(hào) A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳至CPU以供進(jìn)一步的分析處理。在本測(cè)試系統(tǒng)中， 邏輯控制模塊用CPLD (可編程邏輯器件)實(shí)現(xiàn)。
高壓發(fā)射模塊主要實(shí)現(xiàn)從低電壓到高電壓的轉(zhuǎn)換，對(duì)發(fā)射換能器產(chǎn)生高 壓激勵(lì)。信號(hào)接收調(diào)理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)來自接收換能器的信號(hào)進(jìn)行放大、濾 波等處理。模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊主要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。人 機(jī)接口模塊主要指LCD (液晶顯示屏)和鍵盤等與使用者直接交互的功能模 塊。數(shù)據(jù)通信模塊是實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)所存數(shù)據(jù)向PC機(jī)傳輸?shù)挠布d體，所述 的主控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信模塊與外接設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在具體實(shí)施方 式中，可以有USB和RS232兩種通信方式。電源管理模塊由電源、DC-DC電 源轉(zhuǎn)換等部分組成。實(shí)現(xiàn)從原始電源到主機(jī)各功能模塊所需電壓的轉(zhuǎn)換和分 配，原始電源可以是鋰離子可充電電池、鎳氳可充電電池或普通干電池等。
圖3a為本實(shí)用新型的單次高壓激勵(lì)電路示意圖。在本實(shí)施方式中，單 次高壓激勵(lì)電路由容值為0. 47jiF的隔直通交電容C2,開關(guān)三極管Ql BU806， 容值為0. 47^iF的儲(chǔ)能電容C1組成，通過一個(gè)倍壓整流電路實(shí)現(xiàn)從低電壓到 高電壓(500V以上)的轉(zhuǎn)換，單次激勵(lì)脈沖經(jīng)隔直通交電容C2到開關(guān)三極 管Ql的基極B，控制高壓由開關(guān)三極管Ql的集電極C到發(fā)射極E,使儲(chǔ)能 電容C1放電，對(duì)發(fā)射換能器產(chǎn)生單次高壓激勵(lì)脈沖信號(hào)，其波形如圖3b所 示。圖4為本實(shí)用新型的固定大增益放大電路示意圖。固定大增益放大電路 由放大器OP37,比例電阻R21和R22,濾波電路電阻R23和C20組成。發(fā)射 換能器產(chǎn)生的聲波信號(hào)由接收換能器經(jīng)阻值為lkQ的電阻R23,容值為 0. 022pF的電容C20組成的濾波電路，濾掉不需要的信號(hào)，再經(jīng)放大器OP37, 阻值為lkQ的比例電阻R21和阻值為1MQ的比例電阻R22使輸入信號(hào)放大 一千倍，使微弱信號(hào)能被模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集識(shí)別。
圖4為本實(shí)用新型的裂縫深度測(cè)試儀操作流程圖。打開測(cè)試儀后，對(duì)變 量定義及初始化，對(duì)顯示屏清屏，然后進(jìn)入聲速測(cè)試，測(cè)試完成后進(jìn)入裂縫 測(cè)試模式，選擇否，則返回聲速測(cè)試模式，若選擇是，則進(jìn)行第一次測(cè)試，第一次測(cè)試后，進(jìn)入下一步測(cè)試，選擇否，則返回第一次測(cè)試，若選擇是， 則進(jìn)行第二次測(cè)試，完成后查看測(cè)試結(jié)果是否滿意，若離散值小于限定值，
則選擇是，否則選擇否，重新返回第2次測(cè)試模式，改變測(cè)試點(diǎn)間距，重復(fù) 測(cè)量，直到測(cè)量值所得結(jié)果的離散值小于限定值，然后導(dǎo)出測(cè)試結(jié)果。
圖5為本實(shí)用新型的換能器支架的一種實(shí)施例。換能器支架由換能器1、 換能器套2、隔聲材料3、換能器蓋4、彈簧5、滑軌6、定位裝置7、測(cè)試 板8和刻度標(biāo)識(shí)9組成。
圖6a左側(cè)為換能器支架的剖視圖，換能器支架由非金屬材料制作而成， 能有效減輕重量，即使在冬天測(cè)試時(shí)，也不會(huì)有冰涼的感覺，依然具有較好 的手感。兩換能器1置于兩換能器套2內(nèi)，換能器套2環(huán)向內(nèi)壁與換能器1 之間用環(huán)形隔聲材料3配合的方式，有效的防止了換能器1與換能器套2的 聲短路。換能器套2頂部?jī)?nèi)壁與換能器1頂部之間用彈簧5配合的方式，換 能器蓋4頂住換能器1底部，通過螺紋等方式固定到換能器套2上，使換能 器1與測(cè)試表面在不平的情況下依然能保證良好的耦合。兩換能器套2分別 被固定在支架兩端，并分別可沿?fù)Q能器支架上的滑軌6移動(dòng)。它能保證換能 器與測(cè)試面良好的耦合，且能直接快速、準(zhǔn)確測(cè)試裂縫。右圖為換能器支架 的背面圖，滑軌6上設(shè)有定位裝置7，也可以采用將定位裝置7設(shè)置在換能 器套2或支架上等多種方式。
圖6b為換能器支架的俯視圖，支架兩側(cè)對(duì)稱印有50mm、 100mm、 150mm、 200mm等四個(gè)成對(duì)的刻度標(biāo)識(shí)9，并在相應(yīng)刻度標(biāo)識(shí)9位置設(shè)有定位裝置7， 當(dāng)換能器套2移動(dòng)到相應(yīng)的刻度標(biāo)識(shí)時(shí)，換能器套2通過定位裝置7能自動(dòng) 固定，使發(fā)射和接收換能器間距準(zhǔn)確。支架底部中心位置裝有一個(gè)標(biāo)有十字 刻線的有機(jī)玻璃測(cè)試板8，且中心是一個(gè)孔，以保證測(cè)試時(shí)支架能準(zhǔn)確地放 在被測(cè)裂縫的某一確定位置上，這樣可以有效地避免人工測(cè)距劃線以及手持 換能器時(shí)位置放置不準(zhǔn)確造成的誤差，大大提高了測(cè)量的效率和測(cè)量值的精 準(zhǔn)度。支架可以根據(jù)需要制成不同的長(zhǎng)度，比如100mm~ 600mm。在具體實(shí)施 中，若縫深在50mm以下，可以采用兩側(cè)對(duì)稱印有50mm、 lOOnun、 150鵬、200mm 等四個(gè)成對(duì)刻度標(biāo)識(shí)的支架，支架的總長(zhǎng)度在250咖~ 300mm左右，便于操 作和攜帶。 '
使用換能器支架時(shí)，先選擇第一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的間距，將兩換能器套2以測(cè)試板8的中心孔為中心對(duì)稱的置于滑軌刻度標(biāo)識(shí)9上的相應(yīng)位置，中心孔對(duì) 準(zhǔn)待測(cè)裂縫，將支架滑軌壓緊測(cè)試面，使換能器與測(cè)試面良好的耦合，進(jìn)行 第一次測(cè)量。進(jìn)行第二次或第三次測(cè)量時(shí)，保持支架滑軌不動(dòng)，對(duì)稱的改變 兩換能器套2的位置，從而改變第二、第三或多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的間距，進(jìn)行測(cè)量。 本實(shí)用新型的裂縫深度測(cè)試儀以及換能器支架也可用于各類非金屬固 體材料裂縫的檢測(cè)，不單局限于對(duì)混凝土材料裂縫的檢測(cè)。
權(quán)利要求1.一種裂縫深度測(cè)試儀，包括主控系統(tǒng)、發(fā)射換能器、接收換能器、電源模塊，其特征在于所述的主控系統(tǒng)通過高壓發(fā)射模塊與發(fā)射換能器相連接，所述的高壓發(fā)射模塊通過施加高壓脈沖使發(fā)射換能器產(chǎn)生聲波信號(hào)；接收換能器將接收到的聲波信號(hào)通過信號(hào)接收調(diào)理模塊進(jìn)行放大、濾波處理，然后由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給主控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并直接計(jì)算出裂縫深度；所述的主控系統(tǒng)通過人機(jī)接口模塊與使用者進(jìn)行交互。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述主控 系統(tǒng)采用的裂縫深度的計(jì)算公式如下其中A為裂縫深度值，/為兩換能器的間距，,為聲波傳播時(shí)間，v為 被測(cè)固體介質(zhì)中的聲速。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的高 壓發(fā)射模塊中的高壓激勵(lì)電路為單次高壓激勵(lì)電路，所述的單次高壓激勵(lì)電 路使發(fā)射換能器產(chǎn)生的是單次脈沖聲波信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的信 號(hào)接收調(diào)理模塊采用固定增益放大器。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的信 號(hào)接收調(diào)理模塊采用放大倍數(shù)高于600倍的高增益放大器。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的信 號(hào)接受調(diào)理模塊采用放大倍數(shù)為IOOO倍的高增益放大器。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的主 控系統(tǒng)由主控CPU模塊、邏輯控制模塊組成；主控CPU模塊分別與邏輯控制 模塊、人機(jī)接口模塊、電源管理模塊之間電連接，用于實(shí)現(xiàn)各功能模塊之間 的調(diào)度；主控CPU模塊通過邏輯控制模塊與高壓發(fā)射模塊電連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊通過邏輯控制模塊與主控CPU模塊電連接。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的主控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信模塊與外接設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于還包括至 少一個(gè)換能器支架，至少一對(duì)發(fā)射換能器和接收換能器分別被固定在支架兩 邊，并分別可沿?fù)Q能器支架上的滑軌移動(dòng)。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于在所述的 換能器支架上、沿滑軌方向上設(shè)有刻度標(biāo)識(shí)。
11. 如權(quán)利要求9所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于在所述的 換能器支架上設(shè)有一個(gè)中心標(biāo)識(shí)。
12. 如權(quán)利要求IO所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的換 能器支架上的刻度標(biāo)識(shí)由成對(duì)的標(biāo)識(shí)線組成，每對(duì)刻度標(biāo)識(shí)線對(duì)稱的分布在 中心標(biāo)識(shí)兩側(cè)。
13. 如權(quán)利要求12所述的一種裂縫深度測(cè)試4義，其特征在于所述的刻 度標(biāo)識(shí)線有四對(duì)，每對(duì)刻度標(biāo)識(shí)間的距離分別為50mm、 100mm、 150mm、 200mm, 并在相應(yīng)位置標(biāo)有標(biāo)識(shí)值。
14. 如權(quán)利要求9所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的換 能器支架上設(shè)有定位裝置，該定位裝置可將換能器固定在滑軌上。
15. 如權(quán)利要求9所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的換 能器支架上設(shè)有定位裝置，該定位裝置可將換能器固定在刻度標(biāo)識(shí)處。
16. 如權(quán)利要求11所述的一種裂縫深度測(cè)試儀，其特征在于所述的中 心標(biāo)識(shí)為一個(gè)標(biāo)有十字刻線的有機(jī)玻璃板，在十字刻線中心設(shè)有一個(gè)小孔。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種裂縫深度測(cè)試儀。該裝置包括主控系統(tǒng)通過高壓發(fā)射模塊與發(fā)射換能器相連接，所述的高壓發(fā)射模塊通過施加高壓脈沖使發(fā)射換能器產(chǎn)生聲波信號(hào)；接收換能器將接收到的聲波信號(hào)通過信號(hào)接收調(diào)理模塊進(jìn)行放大、濾波處理，然后由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給主控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并直接計(jì)算出裂縫深度；所述的主控系統(tǒng)通過人機(jī)接口模塊與使用者進(jìn)行交互。該測(cè)試儀結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，操作更簡(jiǎn)便，無需培訓(xùn)即可快速掌握和使用而且精度高，成本低。
文檔編號(hào)G01B17/00GK201221940SQ20082010846
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者唐金祥, 孫剛柱, 崔艷秋, 徐松濤, 靜 楊, 濮存亭, 王利廣, 王文秋, 闞月鵬 申請(qǐng)人:北京市市政工程研究院;北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司;北京市康科瑞工程檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司