一种用于套筒表面超声波法检测灌浆饱满度的传感器的制作方法

本实用新型涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种用于套筒表面超声波法检测灌浆饱满度的传感器。

背景技术：

预制装配式建筑是指建筑的部分或全部构件及部品在预制厂生产完成，再运输到施工现场，采用可靠的连接方式和安装机械将构件组装起来，形成具备设计使用功能的建筑物。与现浇结构施工相比，预制装配式结构具有施工方便、工程进度快、周围环境影响小、建筑构件质量容易得到保证等优点。装配式结构在我国的工业建筑中应用较多，近十年来在民用建筑特别是住宅建筑中大力推广应用。

灌浆套筒连接是目前预制装配式混凝土结构中钢筋主要连接方式之一，该技术通过专用灌浆套筒和高强度无收缩灌浆料实现钢筋连接，具有施工快捷、受力简单、附加应力小、适用范围广、易吸收施工误差等优点。因该连接方式在构件同一个截面的接头数量是100％，且一般处于构件重要受力部位，故连接质量至关重要，如果灌浆套筒内部灌浆不饱满，钢筋连接将达不到设计的预期性能，则可能带来严重的结构安全隐患。

在施工过程中，灌浆套筒内部漏浆、少灌、堵塞的情况时有发生，灌浆套筒连接质量不符合要求的工程问题也有所报道，工程验收时对灌浆饱满度问题尤为关注。由于钢筋套筒灌浆连接构造复杂又属于隐蔽工程，常常受到钢筋、混凝土、套筒、灌浆料、墙体厚度、保温层等多因素耦合影响，灌浆饱满度检测是国内外公认的难点。

近年来，研究人员相继提出了预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法(必要时结合内窥镜法)、冲击回波法及X射线法，但在使用条件、检测精度、便捷性等方面还存在各自的局限性。其中，预埋传感器法及预埋钢丝拉拔法需要在灌浆施工过程中埋设传感器或钢丝，并要求套筒出浆口必须外接直管；冲击回波法在一定程度上可以发现灌浆不饱满的情况，但定量结果与实际情况存在误差，总体而言尚不成熟；X射线法受限于便携式X射线机的穿透能力，目前只适用于套筒居中或梅花形布置的200mm厚预制剪力墙套筒灌浆饱满度检测，检测效率低、检测成本高，且检测时须在辐射范围内进行人员清场。

也有学者研究在混凝土表面通过超声波检测灌浆套筒内部缺陷，但常用灌浆套筒内腔灌浆料截面尺寸平均在10mm左右，最小尺寸约5mm，考虑到混凝土中骨料影响，需要在超声波频率和可识别最小缺陷尺寸上寻找平衡，高频超声波衰减很快，无法接收到超声波，低频超声波又无法识别10mm级别以下的缺陷。因检测对象的复杂性，通过超声波透过混凝土检测灌浆套筒内部灌浆缺陷的无损检测技术研究进展缓慢，现有成果尚不能满足工程使用要求。

综上可知，目前的预埋类检测方法及无损类检测方法能解决部分问题，但是对于预制构件厚度超出便携式X射线机穿透能力范围同时套筒出浆口又外接软管的新建工程，或是既不能满足X射线法使用条件又未预先布设传感器的已建工程，现有的预埋类检测方法及无损类检测方法均不适用。

鉴于便携式X射线机的穿透能力，有学者提出一种局部破损检测方法：在不截断受力钢筋的前提下，剔凿套筒周边的混凝土，使套筒背面能够放置成像板(胶片或IP板)，然后只针对单个套筒进行透射成像。但是，该方法为使套筒背面能够放置成像板，剔凿范围过大，现场不宜操作，且X射线法的其他缺点仍然存在。

倘若能够通过局部剔凿套筒外混凝土保护层，露出套筒外表面，然后采用套筒表面超声的方法仅在套筒单侧表面探测灌浆饱满度，就既能够避免套筒外混凝土保护层干扰，又可以尽量减小预制构件的破损程度。但是，传统的混凝土超声传感器的辐射端为平面，习惯采用两个传感器一发射一接收，通常需要在被测构件两面同时布置，目前尚无既能与套筒外表面贴合匹配又集发射和接收功能于一体的超声传感器。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于套筒表面超声波法检测灌浆饱满度的传感器，能够在小范围精准探测，并且集合了发射和接收功能，只需在套筒单面检测，具有操作便捷，对预制构件表面破损小的优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于套筒表面超声波法检测灌浆饱满度的传感器，包括金属外壳，所述金属外壳上设置有检测口，所述金属外壳内设置有分隔板，所述分隔板将金属外壳内部均匀分割为发射腔和接收腔，所述发射腔内设置有发射模组,所述接收腔内设置有接收模组，所述发射模组和接收模组沿分隔板对称设置，所述金属外壳上还设置有高频发射插座和高频接收插座；

所述发射模组包括从检测口至发射腔内依次设置的第一前匹配垫块、第一金属垫片、第一压电晶片和发射端声背衬，所述第一压电晶片沿分隔板表面倾斜设置并朝向检测口，所述第一压电晶片通过第一高频导线与高频发射插座连接；

所述接收模组包括从检测口至接收腔内依次设置的第二前匹配垫块、第二金属垫片、第二压电晶片和接收端声背衬，所述第二压电晶片沿分隔板表面倾斜设置并朝向检测口，所述第二压电晶片通过第二高频导线与高频接收插座连接；

所述第一前匹配垫块和第二前匹配垫块位于检测口的表面均设置有圆弧面，两个圆弧面配合形成圆弧抵接面。

进一步的，分隔板由隔声板和金属屏蔽板组成，所述发射模组和接收模组分别设置在隔声板两侧表面上，所述分隔板的厚度为0.8-3mm。

进一步的，所述第一压电晶片的上下表面和第二压电晶片的上下表面均涂有导电银层并作为上电极及下电极，两个所述下电极分别与对应的第一高频导线和第二高频导线连接。

进一步的，所述第一高频导线上设置有电匹配组件或者所述第一高频导线及第二高频导线上均设置有电匹配组件，所述电匹配组件为电感器，所述电感器一端与相对应的第一高频导线或第二高频导线连接，另一端与金属外壳连接。

进一步的，所述第一前匹配垫块、第一金属垫片、第一压电晶片和发射端声背衬之间均通过环氧胶水固定连接，所述第二前匹配垫块、第二金属垫片、第二压电晶片和接收端声背衬之间均通过环氧胶水固定连接。

进一步的，所述发射端声背衬和接收端声背衬位于远离检测口的一端均设置有消音角。

进一步的，所述金属外壳表面设有手持粗糙部。

进一步的，所述检测口设置有与圆弧抵接面外周匹配的曲线边。

进一步的，所述金属外壳位于检测口一端设置为锥形台结构，所述锥形台的小端直径小于等于18mm，大端直径小于等于25mm。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过将压电晶片倾斜放置，使得声波投射到待测物件与反射波形成一个小的探测区域，从而达到小范围精准探测的效果。

2、圆弧状的前匹配，使得传感器与被测套筒无缝贴合，更加适用于圆管类结构的内部缺陷探测，相比普通平面传感器，探测灵敏度高结果更加精准。

3、本实用新型集发射功能与接收功能于一体，只需局部剔凿套筒外混凝土保护层露出套筒外壁，随后在套筒表面单面测试，无需将套筒背面的混凝土一并剔凿进行双面对测，因此可以大大减小套筒周围混凝土的剔凿量，最大程度的保障预制构件的受力性能，同时又提高了检测效率。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的部分截面示意图；

图3是本实用新型的使用时结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1和图2所示，本实用新型的用于套筒表面超声波法检测灌浆饱满度的传感器的一实施例，包括金属外壳1，金属外壳上设置有检测口2，金属外壳内设置有分隔板3，分隔板将金属外壳内部均匀分割为发射腔和接收腔，发射腔内设置有发射模组4，接收腔内设置有接收模组5，发射模组和接收模组沿分隔板对称设置，金属外壳上还设置有高频发射插座6和高频接收插座7；分隔板将发射模组和接收模组完全分隔开，分隔板具有隔音和隔磁的效果，保证发射模组和接收模组互不干扰。发射模组将超声波从检测口发出，而后通过反射从检测口被接收模组接收，从而可以在同一方向达到收发的效果，无需在套筒背面设置发射模组或是接收模组进行双面对测，大大提高检测便捷性，降低检测难度和人工耦合的劳动强度。

上述的发射模组包括从检测口至发射腔内依次设置的第一前匹配垫块8、第一金属垫片9、第一压电晶片10和发射端声背衬11，第一压电晶片通过第一高频导线12与高频发射插座连接；并且接收模组包括从检测口至接收腔内依次设置的第二前匹配垫块13、第二金属垫片14、第二压电晶片15和接收端声背衬17，第二压电晶片通过第二高频导线18与高频接收插座连接；高频发射插座与外部的发射电路连接，高频接收插座与外部的接收电路连接；上述的第一前匹配垫块、第一金属垫片、第一压电晶片和发射端声背衬设置在同一直线上，并且位于水平面的投影尺寸一致，第二前匹配垫块、第二金属垫片、第二压电晶片和接收端声背衬也设置在同一直线上，并且位于水平面的投影尺寸一致；第一压电晶片和第二压电晶片均沿分隔板表面倾斜设置并朝向检测口，使得声波投射到待测物件与反射波形成一个小的探测区域，从而达到小范围精准探测的效果。

第一前匹配垫块和第二前匹配垫块位于检测口的表面均设置有圆弧面19，两个圆弧面配合形成圆弧抵接面，使得传感器与被测套筒无缝贴合，更加适用于圆管类结构的内部缺陷探测，相比普通平面传感器，耦合效果好、探测灵敏度高、更加精准。检测口设置有与圆弧抵接面外周匹配的曲线边，使得检测口能够将第一前匹配垫块和第二前匹配垫块完全包裹，在使用时能够起到有效保护，提高传感器的使用寿命。

分隔板由隔声板20和金属屏蔽板21组成，隔声板具有隔振和隔电磁干扰的功能，金属屏蔽板主要用于隔离电磁干扰，当然分隔板由一块隔声板制备而成也是可以的，发射模组和接收模组分别设置在隔声板两侧表面上，分隔板的厚度为0.8-3mm，在保证隔音和隔磁功能的同时，降低设置厚度，减小传感器尺寸。

第一压电晶片上下表面和第二压电晶片上下表面均涂有导电银层作为上电极及下电极，其中两个下电极分别通过第一高频导线与高频发射插座连接以及通过第二高频导线与高频接收插座连接，上电极与对应的第一金属垫片和第二金属垫片表面贴合，通过第一金属垫片和第二金属垫片与金属外壳相连，金属外壳则通过两个插座接地。

在上述的第一高频导线或者第一高频导线及第二高频导线上设置有电匹配组件22，电匹配组件为电感器，电感器一端与相对应的第一高频导线或第二高频导线连接，另一端与金属外壳连接，由高频导线分支连接的电感能够较好实现滤波作用，大大提高发声效率，减少干扰。

第一前匹配垫块、第一金属垫片、第一压电晶片和发射端声背衬之间均通过环氧胶水固定连接，第二前匹配垫块、第二金属垫片、第二压电晶片和接收端声背衬之间均通过环氧胶水固定连接。

发射端声背衬和接收端声背衬位于远离检测口的一端均设置有消音角，从而减少无效背反射声的产生，有效提高发声功率。

金属外壳表面包覆有塑料保护外壳作为手持粗糙部23，能够保护金属外壳，且方便拿用。金属外壳位于检测口一端设置为锥形台结构，锥形台的小端直径可以设置在15mm左右，大端直径在25mm左右；锥形台具有声波导向作用，提高声波的聚焦能力，提高探测结果的精准度。

参照图3所示，构件内预埋有套筒24，套筒距离构件表面最近的部分进行开槽，槽25的大小能够容纳传感器伸入并露出套筒外壁即可，具有开槽尺寸小，工作量少的优点；开槽结束后，传感器与检测设备连接，传感器的检测口抵接在套筒上，然后传感器的发射模组激发超声波，超声波在套筒壁内传播，当套筒内部有灌浆料时，超声波在灌浆套筒内壁与灌浆料界面处发生反射，反射后的超声波能够被传感器的接收模组接收，当套筒内部无灌浆料时，超声波在灌浆套筒内壁与空气界面处发生反射，而后被传感器的接收模组接收。根据反射波的首波信号强弱程度判断该测点处的套筒内部是否灌浆，根据多个测点处套筒内是否有灌浆料综合判断所述套筒灌浆的饱满度。使用本实用新型进行套筒表面超声探测，能够避免套筒外混凝土保护层干扰，避免超声波在混凝土中发生复杂的反射与散射，大大提高了检测结果的可靠性。

以上实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。