用于非金属固体材料缺陷检测的球形超声探头及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于非金属固体材料缺陷检测的球形超声探头及检测方法。本发明提供的球形超声探头能够产生呈球面状散射的超声波。基于该球形超声探头，本发明可预先通过在混凝土的浇注过程中埋入该球形超声探头、并构造指定类型的缺陷而建立对应的波形模型，然后，当在施工过程中实施混凝土浇注时，再通过在混凝土的浇注过程中埋入该球形超声探头、以及依据球形超声探头输出的超声波波形数据与已建立的波形模型的对应关系判断出流态混凝土的缺陷类型。从而，本发明能够实现对流态混凝土的缺陷检测。
【专利说明】用于非金属固体材料缺陷检测的球形超声探头及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测技术，特别涉及一种用于非金属固体材料缺陷检测的球形超声探头、以及基于该球形超声探头实现的适用于混凝土缺陷检测的一种检测方法。
【背景技术】
[0002]对于在建和待建的核电站来说，都存在着大量的大体块混凝土结构、钢板混凝土结构或其他形式的免拆模板混凝土结构。然而，这些混凝土结构中大多存在着局部密实性不足的缺陷，从而对核电站构成安全隐患。
[0003]例如，以钢筋混凝土结构为例，由于其存在钢筋分布密度大的特点，因而在浇注过程中不易对混凝土原料实施振动捣实(简称“振捣”)，从而在某些形状突变区域(如锥形区域或拐角区域等)容易形成局部密实性不足的缺陷(如孔洞、裂缝等)。
[0004]为此，就需要对这些混凝土结构实施缺陷检测。但若仅通过对这些混凝土结构进行表观检查，难以发现其内部可能存在的不密实缺陷，因此，现有技术提出了可从已成型的固态混凝土结构的外部实施缺陷检测的无损检测方法，以在不破坏已成型的固态混凝土结构的前提下检测出混凝土结构的内部缺陷。这些无损检测方法主要包括:射线检测法、超声检测法、磁粉检测法、电磁感应探伤法和浸透探伤法。
[0005]然而，上述无损检测方法只能对已成型的固态混凝土结构实施检测，即便检测到缺陷也难以进行修复。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供一种用于非金属固体材料缺陷检测的球形超声探头、以及基于该球形超声探头实现的适用于混凝土缺陷检测的一种检测方法。
[0007]本发明提供的一种用于非金属固体材料缺陷检测的球形超声探头，包括:
[0008]波源介质球面层，其具有产生超声波的内表面和外表面；
[0009]外透射球面层，其覆盖于波源介质球面层的外表面；
[0010]内屏蔽球面层，其覆盖于波源介质球面层的内表面；
[0011]插接通孔，其开设于外透射球面层，用于连接供信号导线输出的接头；
[0012]走线通孔，其贯穿开设于波源介质球面层和内屏蔽球面层、并与插接通孔连通，用于穿入从输出信号导线的接头引出的电极引线；
[0013]其中，信号导线的电极引线分别与波源介质球面层的内表面和外表面电连接，用于输出波源介质球面层的外表面形成的超声波波形数据。
[0014]优选地，波源介质球面层选用压电陶瓷材料构成。
[0015]本发明提供的一种检测方法，该检测方法适用于混凝土的缺陷检测，并包括利用如上所述的球形超声探头实现的如下步骤:
[0016]模型建立步骤:在混凝土浇注过程中埋入所述球形超声探头、并于指定位置构建指定类型的缺陷，再利用所述球形超声探头输出的超声波波形数据建立流态混凝土的指定类型缺陷所对应的波形模型；
[0017]缺陷检测步骤:在混凝土浇注过程中埋入所述球形超声探头，并依据所述球形超声探头输出的超声波波形数据与已建立的波形模型的对应关系，判断出当前的混凝土浇注过程中出现的流态混凝土的缺陷类型。
[0018]可选地，进一步包括:
[0019]缺陷修复步骤:当判断出当前的混凝土浇注过程中出现的流态混凝土的缺陷类型和位置时，对流态混凝土实施修复。
[0020]优选地，所述对流态混凝土实施修复包括:在检测出的缺陷所在位置对流态混凝土实施用于消除该类型缺陷的振捣操作。
[0021]优选地，所述的模型建立步骤针对每一指定类型的缺陷执行多种发射频率的检测、并利用多种频率下检测得到的超声波波形数据综合构建指定类型缺陷所对应的波形模型。
[0022]优选地，所述于指定位置构建指定类型的缺陷包括:在指定位置阻挡混凝土的浇注。
[0023]优选地，所述在混凝土浇注过程中埋入所述球形超声探头包括:
[0024]浇注形成流态混凝土基底；
[0025]将所述球形超声探头置于所述基底；
[0026]利用从所述球形超声探头中引出的信号导线约束所述球形超声探头；
[0027]于放置有被约束的所述球形超声探头的基底继续浇注。
[0028]更优地，所述利用从所述球形超声探头中引出的信号导线约束所述球形超声探头包括:于信号导线的外部套设套管、并固定该套管。
[0029]如上可见，本发明提供的球形超声探头包括波源介质球面层、覆盖于波源介质球面层的外表面的外透射球面层、以及覆盖于波源介质球面层的内表面的内屏蔽球面层，由于波源介质球面层的外表面所产生的超声波能够从外透射球面层射出至球形超声探头的外部、且内屏蔽球面层能够使波源介质球面层在其外表面集中产生的超声波，因而使得超声波可向球形超声探头的外部呈球面状散射。相应地，本发明可预先通过在混凝土的浇注过程中埋入该球形超声探头、并构造指定类型的缺陷而建立对应的波形模型，然后，当在施工过程中实施混凝土浇注时，再通过在混凝土的浇注过程中埋入该球形超声探头、以及依据球形超声探头输出的超声波波形数据与已建立的波形模型的对应关系判断出流态混凝土的缺陷类型。从而，基于上述的球形超声探头，本发明能够实现对流态混凝土的缺陷检测，从而使得检测到的缺陷能够通过对流态混凝土结构实施修复而减小甚至消除。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例中的球形超声探头的剖面示意图；
[0031]图2为本发明实施例中利用如图1所示的球形超声探头所实现的混凝土缺陷检测方法的示例性流程示意图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0033]在本实施例中，为了实现对流态混凝土的缺陷检测，选择在混凝土的浇注过程中实施检测，并且，将检测的位置设置在混凝土结构的内部。另外，考虑到超声波检测是现有的无损检测中发展最快、应用最广泛的无损检测技术，占有非常重要的地位，并且超声波具有能量高、以及方向性和几何特性良好的特点，本实施例选择在混凝土的浇注过程中于混凝土结构的内部采用超声波检测的方式。
[0034]为了能够在混凝土的浇注过程中于混凝土结构的内部采用超声波检测的方式，本实施例首先提供了一种球型埋置式的球形超声探头，请参见图1，该球形超声探头包括:
[0035]波源介质球面层I，其内表面和外表面均产生超声波；
[0036]外透射球面层2，其覆盖于波源介质球面层I的外表面，用于保护波源介质球面层I的外表面、并允许波源介质球面层I的外表面产生的超声波向球形超声探头的外部射出；
[0037]内屏蔽球面层3,其覆盖于波源介质球面层I的内表面,用于屏蔽波源介质球面层I的内表面产生的超声波、以使波源介质球面层I能够在其外表面集中产生的超声波；
[0038]插接通孔4，其开设于外透射球面层2，用于连接供信号导线输出的接头，此处所述的接头可以选用由例如不锈钢等材料制成的防水接头；
[0039]走线通孔5，其贯穿开设于波源介质球面层I和内屏蔽球面层3、并与插接通孔4连通(走线通孔5的孔径小于插接通孔4)，用于穿入从输出信号导线的接头引出的电极引线.-^4 ，
[0040]其中，信号导线的电极引线分别与波源介质球面层I的内表面和外表面电连接，用于输出波源介质球面层I的外表面形成的超声波波形数据。
[0041]实际应用中，波源介质球面层I可选用压电陶瓷材料构成，例如PZT(PbZrTi03，锆钛酸铅)_5系列的压电陶瓷；外透射球面层2和内屏蔽球面层3则可以分别选用可允许超声波透射、以及屏蔽超声波的不同金属材料和/或涂料，至于这些金属材料和/或涂料的具体选材，本领域技术人员可以任意选定。
[0042]基于具有上述结构的球型埋置式的球形超声探头，超声波可呈球面状向外散射，因而，只要将该球形超声探头在浇注过程中埋入在流态混凝土中，即可于混凝土结构的内部形成以该球形超声探头为中心的呈球面状散射的超声波，从而能够在浇注过程中于混凝土结构的内部实施对流态混凝土的缺陷检测。
[0043]相应地，基于具有上述结构的球型埋置式的球形超声探头，本实施例提供了一种混凝土缺陷检测方法。在本实施例所提供的混凝土缺陷检测方法中，并不是简单地通过将球形超声探头埋入在混凝土结构中、并将球形超声探头输出的流态混凝土的超声波波形数据直接作为量化的检测结果，而是预先通过在混凝土的浇注过程中埋入该球形超声探头、并构造指定类型的缺陷而建立对应的波形模型，然后，当在施工过程中实施混凝土浇注时，再通过在混凝土的浇注过程中埋入该球形超声探头、以及依据球形超声探头输出的超声波波形数据与已建立的波形模型的对应关系判断出流态混凝土的缺陷类型，以得到结论性的检测结果。从而，基于上述的球形超声探头，本发明能够实现对流态混凝土的缺陷检测。
[0044]请参见图2，本实施例中适用于混凝土缺陷检测的检测方法包括利用上述如下步骤:
[0045]模型建立步骤201:在混凝土浇注过程中埋入如图1所示的球形超声探头、并于指定位置构建指定类型的缺陷，再利用如图1所示的球形超声探头输出的超声波波形数据建立流态混凝土的指定类型缺陷所对应的波形模型；其中，波形模型的建立方式可以采用现有的建模技术予以实现，本文不予赘述。
[0046]缺陷检测步骤202:在混凝土浇注过程中埋入如图1所示的球形超声探头，并依据该球形超声探头输出的超声波波形数据与已建立的波形模型的对应关系，判断出当前的混凝土浇注过程中出现的流态混凝土的缺陷类型和位置。其中，根据超声波波形数据所体现的波形形状，能够匹配出与其波形相同或相近似的波形模型，从而判断出对应的缺陷类型；而根据波形的相位即可判断出其在球形的球形超声探头的超声波探测区域中所处的三维空间位置，从而判断出缺陷所在的位置。
[0047]实际应用中，模型建立步骤201可以是在缺陷检测步骤202之前针对各种类型的缺陷而反复执行的，并且，模型建立步骤201可以针对每一指定类型的缺陷执行多种发射频率的检测、并利用多种频率下检测得到的超声波波形数据综合构建指定类型缺陷所对应的波形模型。而且，在模型建立步骤201中，可以通过在指定位置阻挡(如利用挡板等工具)混凝土的浇注而实现在指定位置构建指定类型的缺陷。
[0048]另外，不论是模型建立步骤201还是缺陷检测步骤202，都可以按照如下方式在混凝土浇注过程中埋入球形超声探头:
[0049]SI,浇注形成流态混凝土基底；
[0050]S2，将球形超声探头置于基底；
[0051]S3，利用从球形超声探头中引出的信号导线约束球形超声探头，例如，在信号导线的外部套设套管、并固定该套管，以利用套管约束信号导线、并利用被约束的信号导线间接约束球形超声探头；
[0052]S4，于放置有被约束的球形超声探头的基底继续浇注。
[0053]此外，由于检测到的流态混凝土存在的缺陷是可修复的，因此，仍参见图2，本实施例中混凝土缺陷检测方法还可以包括:
[0054]缺陷修复步骤203:当判断出当前的混凝土浇注过程中出现的流态混凝土的缺陷类型和位置时，对流态混凝土实施修复。例如，在检测出的缺陷所在位置对流态混凝土实施用于消除该类型缺陷的振捣操作。
[0055]上述的埋入球形超声探头的方式仅仅是一种优选的实现方式，在实际应用，本领域技术人员还能够根据现场施工过程中的条件任意选定其他适合的方式。
[0056]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种用于非金属固体材料缺陷检测的球形超声探头，其特征在于，包括: 波源介质球面层，其具有产生超声波的内表面和外表面； 外透射球面层，其覆盖于波源介质球面层的外表面； 内屏蔽球面层，其覆盖于波源介质球面层的内表面； 插接通孔，其开设于外透射球面层，用于连接供信号导线输出的接头； 走线通孔，其贯穿开设于波源介质球面层和内屏蔽球面层、并与插接通孔连通，用于穿入从输出信号导线的接头引出的电极引线； 其中，信号导线的电极引线分别与波源介质球面层的内表面和外表面电连接，用于输出波源介质球面层的外表面形成的超声波波形数据。
2.根据权利要求1所述的球形超声探头，其特征在于，波源介质球面层选用压电陶瓷材料构成。
3.—种检测方法，其特征在于，该检测方法适用于混凝土的缺陷检测，并包括利用如权利要求I或2所述的球形超声探头实现的如下步骤: 模型建立步骤:在混凝土浇注过程中埋入所述球形超声探头、并于指定位置构建指定类型的缺陷，再利用所述球形超声探头输出的超声波波形数据建立流态混凝土的指定类型缺陷所对应的波形模型； 缺陷检测步骤:在混凝土浇注过程中埋入所述球形超声探头，并依据所述球形超声探头输出的超声波波形数据与已建立的波形模型的对应关系，判断出当前的混凝土浇注过程中出现的流态混凝土的缺陷类型和位置。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，进一步包括: 缺陷修复步骤:当判断出当前的混凝土浇注过程中出现的流态混凝土的缺陷类型和位置时，对流态混凝土实施修复。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述对流态混凝土实施修复包括:在检测出的缺陷所在位置对流态混凝土实施用于消除该类型缺陷的振捣操作。
6.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述的模型建立步骤针对每一指定类型的缺陷执行多种发射频率的检测、并利用多种频率下检测得到的超声波波形数据综合构建指定类型缺陷所对应的波形模型。
7.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述于指定位置构建指定类型的缺陷包括:在指定位置阻挡混凝土的浇注。
8.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述在混凝土浇注过程中埋入所述包括: 浇注形成流态混凝土基底； 将所述球形超声探头置于所述基底； 利用从所述球形超声探头中引出的信号导线约束所述球形超声探头； 于放置有被约束的所述球形超声探头的基底继续浇注。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述利用从所述球形超声探头中引出的信号导线约束所述球形超声探头包括:于信号导线的外部套设套管、并固定该套管。
【文档编号】G01N29/24GK104237388SQ201410446105
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】张兴斌, 房厦, 陈李华, 闫立阳, 张晓旭, 张忠, 王永焕 申请人:中冶建筑研究总院有限公司