混凝土表面浅裂缝超声波三维检测装置及其检测方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种混凝土表面浅裂缝超声波三维检测装置及其检测方法，属工程超 声波无损检测设备技术领域，适用于深度不超过50cm的混凝土表面浅裂缝的检测。
【背景技术】：
[0002] 本技术应用领域主要针对以下三类混凝土构件：1、在建工程开裂混凝土构件；2、 因自然灾害（地震、洪水、泥石流）或交通事故（车辆船只冲撞等）的开裂混凝土构件；3、 一些需要长期监控的特殊开裂混凝土构件，特别是一些受力开裂混凝土构件，根据交通运 输部相关规定都必须对开裂混凝土构件进行检测；以确保通车使用过程中混凝土构件能安 全运营。目前在进行混凝土构件裂缝检测时通常采用的方法是超声波跨裂缝平测法，现有 装置能测出浅裂缝的垂直深度。但在实际检测工作中现有装置仍然存在三个问题：1、测出 的浅裂缝深度与实际深度误差大；2、不能测出浅裂缝在混凝土的内部走向；3、数据采集的 精度差，数据采集量少。
[0003] 为克服现有混凝土构件浅裂缝检测装置检测误差大、浅裂缝内部走向不明、采集 精度差的缺点，提供本发明。经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种混凝土表面浅裂缝超声波三 维检测装置及其检测方法。
[0005] 本发明的混凝土表面浅裂缝三维检测装置，由支架（1)、支架支撑脚（2)、固定扶 手（3)、水准器（4)、滑块（5)、超声波平面探头（6)、轮式编码器（7)、滑动助力扶手（8)、滑 块中心标示点（9)、数据传输线（10)、及超声波仪（11)组成；其装配关系为：两个支架支撑 脚（2)安装在由阻波性能好的材料制成的长方形支架（1)两端的下方，两个固定扶手（3) 安装在支架（1)两端的上方，一个水准器（4)安装在支架（1)中间点的上方，一个长方形滑 块（5)安装在支架（1)下方的中间滑槽中，两个超声波平面探头（6)置于长方形滑块（5) 两端的下方，一个轮式编码器（7)置于长方形滑块（5)的一侧面，三条数据传输线（10) - 端分别与两个超声波平面探头（6)和轮式编码器（7)连接，另一端与超声波仪（11)连接。
[0006] 用本发明装置对混凝土表面浅裂缝三维检测的方法，包括以下步骤：
[0007] (1)、仪器设备的准备与调试
[0008] 查看裂缝的分布图和延伸方向，裂缝必须处于干燥干净状态，裂缝内不能有水和 杂物存在，清除裂缝周围混凝土表面的浮浆及灰尘，调试超声波检测仪，查看仪器是否工作 正常，测出并记录系统声时；
[0009] (2)、现场检测线的布置
[0010] ①、布置检测基准线，在裂缝一侧没有浮浆、且较平整的区域布置一条与水平线垂 直的垂线作为检测基准线；
[0011] ②、布置跨缝测线，根据检测现场的需要平均等分基准线，通过基准线上每一个等 分点画与基准线垂直的水平线，且每一条水平线均穿过裂缝；所画出的每一条水平线都作 为跨缝测线；
[0012] ③、布置不跨缝测线，在同一块混凝土上的裂缝附近找没有裂缝、没有浮浆、且较 平整的区域布置一条长度大于1200mm的测线，作为不跨缝测线；
[0013] ④、布置裂缝起点测线，通过裂缝起点画与基准线垂直的水平线，所画出的水平线 作为裂缝起点测线；
[0014] ⑤、布置裂缝终点测线，通过裂缝终点画与基准线垂直的水平线，所画出的水平线 作为裂缝终点测线；
[0015] (3)、数据采集
[0016] ①、测量记录每条跨缝测线上基准线等分点与裂缝交叉点之间的距离，裂缝起点 与基准线的垂直距离，裂缝终点与基准线的垂直距离；
[0017] ②、安装检测装置，将两个支架支撑脚（2)固定在所检测的跨缝线上，同时让支架 (1)中心点与裂缝交叉点垂直；将长方形滑块（5)移动到支架⑴的一端紧贴支架⑴；
[0018] ③、数据采集，打开超声波仪（11)调试设备找到首波，移动检测长方形滑块（5)， 采集超声波声时数据和轮式编码器（7)距离数据；在采集过程中声时数据会出现大小变 化，当声时数据出现最小值时，记录滑块（5)中点对应在混凝土表面垂直投影点，将滑块 (5)移动到支架（1)的另一端且紧贴支架（1)时，完成所测跨缝线的数据采集，保存采集到 的数据；
[0019] ④、用上述方法完成所有跨缝线的数据采集；
[0020] (4)、数据分析处理
[0021] ①波速计算
[0022] 装置在采集不跨缝测线数据时，发射换能器所发射出的超声波直接由a点传播到 接收换能器的d点，a点与d点之间的距离ad使用尺子直接测量，超声波所走的声时t由 超声仪采集数值修正后得出，超声波在正常的混凝土中V m通过下面公式计算：
[0023] t =
[0024] Vi= ab/t
【主权项】
1. 一种混凝土表面浅裂缝三维检测装置，其特征在于该检测装置由支架（I)、支架支 撑脚（2)、固定扶手（3)、水准器（4)、长方形滑块（5)、超声波平面探头（6)、轮式编码器 (7)、滑动助力扶手（8)、滑块中心标示点（9)、数据传输线（10)、及超声波仪（11)组成；其 装配关系为：两个支架支撑脚（2)安装在由阻波性能好的材料制成的长方形支架（1)两端 的下方，两个固定扶手（3)安装在支架（1)两端的上方，一个水准器（4)安装在支架（1)中 间点的上方，一个长方形滑块（5)安装在支架（1)下方的中间滑槽中，两个超声波平面探头 (6)置于长方形滑块（5)两端的下方，一个轮式编码器（7)置于长方形滑块（5)的一侧面， 三条数据传输线（10) -端分别与两个超声波平面探头（6)和轮式编码器（7)连接，另一端 与超声波仪（11)连接。
2. 用权利要求1所述装置对混凝土表面浅裂缝三维检测的方法，其特征在于该检测方 法包括以下步骤： (1) 、仪器设备的准备与调试 查看裂缝的分布图和延伸方向，裂缝必须处于干燥干净状态，裂缝内不能有水和杂物 存在，清除裂缝周围混凝土表面的浮浆及灰尘，调试超声波检测仪，查看仪器是否工作正 常，测出并记录系统声时； (2) 、现场检测线的布置 ① 、布置检测基准线，在裂缝一侧没有浮浆、且较平整的区域布置一条与水平线垂直的 垂线作为检测基准线； ② 、布置跨缝测线，根据检测现场的需要平均等分基准线，通过基准线上每一个等分点 画与基准线垂直的水平线，且每一条水平线均穿过裂缝；所画出的每一条水平线都作为跨 缝测线； ③ 、布置不跨缝测线，在同一块混凝土上的裂缝附近找没有裂缝、没有浮浆、且较平整 的区域布置一条长度大于1200mm的测线，作为不跨缝测线； ④ 、布置裂缝起点测线，通过裂缝起点画与基准线垂直的水平线，所画出的水平线作为 裂缝起点测线； ⑤ 、布置裂缝终点测线，通过裂缝终点画与基准线垂直的水平线，所画出的水平线作为 裂缝终点测线； (3) 、数据采集 ① 、测量记录每条跨缝测线上基准线等分点与裂缝交叉点之间的距离，裂缝起点与基 准线的垂直距离，裂缝终点与基准线的垂直距离； ② 、安装检测装置，将两个支架支撑脚（2)固定在所检测的跨缝线上，同时让支架（1) 中心点与裂缝交叉点垂直；将长方形滑块（5)移动到支架（1)的一端紧贴支架（1); ③ 、数据采集，打开超声波仪（11)调试设备找到首波，移动检测长方形滑块（5)，采集 超声波声时数据和轮式编码器（7)距离数据；在采集过程中声时数据会出现大小变化，当 声时数据出现最小值时，记录滑块（5)中点对应在混凝土表面垂直投影点，将滑块（5)移动 到支架（1)的另一端且紧贴支架（1)时，完成所测跨缝线的数据采集，保存采集到的数据； ④ 、用上述方法完成所有跨缝线的数据采集； (4) 、数据分析处理 ①波速计算 装置在采集不跨缝测线数据时，发射换能器所发射出的超声波直接由a点传播到接收 换能器的d点，a点与d点之间的距离ad使用尺子直接测量，超声波所走的声时t由超声 仪采集数值修正后得出，超声波在正常的混凝土中V m通过下面公式计算： t = Wt1 Vi= ab/t η Vm=Vn Σ V, i=l 式中：t一声时值； h-超声波第i个测点声时值； t〇一声波检测系统延迟时间； 心一声时修正值； Vi-第i个测点声速值； ad-两换能器之间的距离； Vm-混凝土声速平均值 η-测点数； ② 发射换能器a点与裂缝止点之间距离的计算 装置在采集跨缝测线数据时，当两换能器间距的中心点与裂缝止点处于同一条垂线上 时，超声波所走的路程最短，这时仪器采集到声时最小值tmin，发射换能器的a点与裂缝止 点c之间的距离ac通过下列公式计算： t = ac = Vm t/2 式中：t一声时值； tmin-仪器所采集到的最小声时值； t〇一声波检测系统延迟时间； 心一声时修正值； ac-发射换能器与裂缝止点之间的距离； vm-混凝土声速平均值； ③ 裂缝止点与混凝土表面的垂直距离计算 裂缝止点c与混凝土表面的垂线交点b之间的距离bc，通过解直角三角形计算，由下图 所示三角形abc为直角三角形，直角边ab使用尺子测量，斜边ac通过超声仪及上述公式测 量计算，距离be通过下列公式计算： be = (ac2-ab2)1/2 式中：be-裂缝止点与混凝土表面的垂线交点之间的距离 ac-发射换能器与裂缝止点之间的距离 ab-发射换能器与两换能器间距中点之间的距离 ④ 裂缝深度计算 裂缝起点e与裂缝止点c之间的距离ec，通过解直角三角形计算，由下图所示三角形 bee为直角三角形，直角边be使用尺子测量，直角边ec使用上述步骤公式测量计算，距离 ec通过下列公式计算： ec = (bc2-be2)1/2 式中：ec-裂缝起点与裂缝止点之间的距离； be-裂缝止点与混凝土表面的垂线交点之间的距离； be-两换能器间距中点与裂缝起点之间的距离； ⑤绘制图表 对所采集数据的分析整理，分别在坐标轴x、y、z上画出裂缝的三围坐标图。
【专利摘要】本发明涉及混凝土表面浅裂缝超声波三维检测装置及检测方法，属工程超声波无损检测技术领域。本发明装置由支架(1)、支架支撑脚(2)、固定扶手(3)、水准器(4)、滑块(5)、超声波平面探头(6)、轮式编码器(7)、滑动助力扶手(8)、滑块中心标示点(9)、数据传输线(10)、及超声波仪(11)组成。本发明的方法包括仪器设备的准备与调试、现场检测线的布置、数据采集及数据分析处理步骤。本发明的优点在于：浅裂缝深度检测误差小；采集数据量大，通过编码器和超声波传感探头同时记录所采集到的声学参数和距离参数；通过采集到的数据，在三维坐标系上绘制出浅裂缝的三维坐标分布图，能为科学的分析浅裂缝形成原因提供客观数据。
【IPC分类】G01B17-00
【公开号】CN104833322
【申请号】CN201510120882
【发明人】邹磊, 杨敏, 邓旭东, 刘艳莉, 周雨亭, 符德省, 宋泽冈, 殷继华
【申请人】云南省公路科学技术研究院
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月19日