实时，敲击的能力迅速向前传递，收到的反馈波形幅度弱，波形呈高频震荡，属于杂波范畴。
[0068]上述依据的原理是基于板翘力学的振动性原理，中面为一平面的扁平连续体称为平板，当厚度远小于中间面的最小尺寸时则成为薄板，平板在垂直于中面的横向扰曲，会产生振动，而背后密实的则不属于板翘振动理论，二者所产生的震动曲线有明显的差异性，从所采集到的曲线的不同，可以判定隧道二衬背后是否存在脱空，进而对脱空曲线进一步细化，可以从脱空处对应的震动曲线中分辨出脱空的程度。隧道二衬的脱空相当于脱空周边被固定约束的自由振动。
[0069]具体地，该方法包括步骤:
[0070](I)使隧道脱空检测仪的所述探测头的轮子贴靠隧道内壁，并使所述锤击部分的锤头正对所述内壁；
[0071](2)使所述探测头的轮子沿所述内壁滚动，并使所述锤击部分锤击所述内壁；
[0072](3)采集锤击产生的声波信号；优选地，通过检波器采集由敲击产生的波形与时间曲线，即振动波在此处二衬拾取携带脱空等声学参数的声音信息；
[0073](4)对声波信号进行处理；
[0074](5)根据处理后的声波信号进行脱空识别及判定。
[0075]其中，对声波信号进行处理的步骤包括:对声波信号进行去噪、消除表面波、对剩余有效波进行叠加分析和处理。
[0076]其中，对声波信号进行处理的步骤还包括:对声波信号的脉冲按先后顺序进行编号，从标记初始锤击信号的位置开始计数，根据公式S = 2 R(n-l)/k计算获得任意编号η的脉冲对应的锤击位置，其中S是锤击位置与初始锤击位置之间的距离，R是轮子的半径，k是轮子每滚动一周锤击的次数。
[0077]优选地，前述的步骤(5)包括:根据处理后的声波信号的曲线，对应已建立的或对比预存的判定特征波形，判定隧道内壁的密实程度。
[0078]另外，本发明的检测方法还可以包括步骤:在识别出脱空存在的情况下，记录脱空部位对应的锤击位置。
[0079]再另外地，本发明的检测方法还可以包括步骤:根据轮子行走的圈数或角度，计算隧道的里程长度。
[0080]本发明所述脱空检测方法，与常规雷达检测相比，脱空缺陷判定更清晰、准确、直观性强；操作性强，省时省力，经济实用；改变了必须用人工完成高空采集完成的检测方法，大大提高安全保障；可以在进行脱空判定的同时，记录脱空的位置，可以不停车连续检测。
[0081]如图7、8所示，脱空结果的初步判定:当被检测对象背后存在严重脱空或较严重脱空时，收到的震动波形幅度大，能力强，呈低频曲线；当被检测对象背后密实时，敲击的能力迅速向前传递，收到的反馈波形幅度弱，波形呈高频震荡，属于杂波范畴。从所采集到的曲线的不同，可以判定隧道二衬背后是否存在脱空，进而对脱空曲线进一步细化，可以从脱空处对应的震动曲线中分辨出脱空的程度。
[0082]本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
[0083]本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本发明权利要求所涵盖。
【主权项】
1.隧道脱空探测头，其包括锤击部分、声波接收装置和至少两个轮子，其特征在于，所述声波接收装置相对于所述锤击部分固定，所述至少两个轮子同轴地布置在所述锤击部分的两侧，并且相对于所述锤击部分可枢转。2.如权利要求1所述的探测头，其特征在于，所述锤击部分具有锤头，所述锤头具有锤击位置和缩回位置，其中，在所述锤头处于所述缩回位置中时，所述锤击部分全部位于所述轮子的轮缘范围以内，在所述锤头处于所述锤击位置中时，所述锤头突出于所述轮子的轮缘范围以外。3.如权利要求1或2所述的探测头，其特征在于，所述锤击部分包括基座，所述声波接收装置固定至所述基座，所述至少两个轮子可枢转地附装至所述基座。4.如权利要求3所述的探测头，其特征在于，所述锤击部分包括电动锤，和/或，所述声波接收装置包括声波接收传感器，优选还包括检波器；优选地，所述电动锤包括锤头、锤杆、锤体和压缩弹簧，所示压缩弹簧套设在所述锤杆上位于所述锤头和所述锤体之间，锤体内部设置有电磁发生装置，所述电磁发生装置通电时使所述锤头缩回至所述缩回位置中，所述电磁发生装置断电时所述压缩弹簧将所述锤头弹射出去。5.如权利要求4所述的探测头，其特征在于，所述声波接收传感器的数目为两个，所述两个声波接收传感器以与所述锤击部分的锤头等距的方式大致对称地布置在所述锤击部分的两侧，并且所述两个声波接收器的连线大致平行于所述至少两个轮子之一所处的平面。6.如权利要求5所述的探测头，其特征在于，所述声波接收传感器借助于传感器连接板固定至所述基座，使得所述声波接收传感器的测头大致朝向所述锤头。7.如权利要求4所述的探测头，其特征在于，至少一个靠近所述锤击部分的轮子的轮辋内侧上设置有触发装置，所述锤击部分的与所述触发装置相对的侧面上设置有控制开关，所述控制开关用于控制所述电磁发生装置的通电状态，所述轮子在转动时带动所述触发装置经过所述控制开关以便进行触发；优选地，所述控制开关为常闭开关，所述触发装置经过所述控制开关时使所述控制开关断开。8.如权利要求7所述的探测头，其特征在于，所述触发装置包括多个，所述多个触发装置围绕所述轮子的枢转中心等间隔地布置在相同的半径处。9.隧道脱空检测仪，其包括推进部分、信号处理部分、脱空识别与判定部分、以及前述权利要求之一所述的探测头，所述探测头附装至所述推进部分，所述声波接收装置连接至所述信号处理部分，所述信号处理部分连接至脱空识别与判定部分； 优选地，所述信号处理部分能够对锤击产生的声波信号的脉冲按先后顺序进行编号，从标记初始锤击信号的位置开始计数，根据公式S = 2 R(n-1)/k计算获得任意编号η的脉冲信号对应的锤击位置，其中S是锤击位置与初始锤击位置之间的距离，R是轮子的半径，k是轮子每滚动一周锤击的次数； 优选地，所述推进部分包括支撑臂，优选为伸缩支撑臂，所述探测头通过所述锤击部分的基座附装至所述支撑臂的上端，所述支撑臂的下端适于固定至可移动的底座支架上。10.利用权利要求9所述的隧道脱空检测仪检测隧道脱空的方法，其包括步骤: (I)使所述隧道脱空检测仪的探测头的轮子贴靠隧道内壁，并使所述锤击部分的锤头正对所述内壁； (2)使所述探测头的轮子沿所述内壁滚动，并使所述锤击部分锤击所述内壁； (3)采集锤击产生的声波信号； (4)对声波信号进行处理； (5)根据处理后的声波信号进行脱空识别及判定； 优选地，步骤⑷包括: 对声波信号进行去噪、消除表面波、对剩余有效波进行叠加分析和处理； 优选地，步骤(4)还包括: 对声波信号的脉冲按先后顺序进行编号，从标记初始锤击信号的位置开始计数，根据公式S = 2 R(n-l)/k计算获得任意编号η的脉冲对应的锤击位置，其中S是锤击位置与初始锤击位置之间的距离，R是轮子的半径，k是轮子每滚动一周锤击的次数； 优选地，所述方法还包括步骤: 在识别出脱空存在的情况下，记录脱空部位对应的锤击位置； 优选地，步骤(5)包括: 根据处理后的声波信号的曲线，对应已建立的或对比预存的判定特征波形，判定隧道内壁的密实程度； 优选地，所述方法还包括步骤: 根据轮子行走的圈数或角度，计算隧道的里程长度。
【专利摘要】本发明公开了一种隧道脱空探测头，其包括锤击部分、声波接收装置和至少两个轮子，其特征在于，所述声波接收装置相对于所述锤击部分固定，所述至少两个轮子同轴地布置在所述锤击部分的两侧，并且相对于所述锤击部分可枢转。本发明的隧道脱空探测头可通过对隧道二衬砌表面进行锤击，激励隧道二衬混凝土产生声波，通过拾取振动波形的声学特征来判定隧道二衬是否脱空及脱空程度。本发明同时还提供了一种隧道脱空检测仪以及一种检测隧道脱空的方法。
【IPC分类】G01N29/14
【公开号】CN105044217
【申请号】CN201510364939
【发明人】郑静, 李永才, 苏建辉, 楚小刚, 窦顺, 金灿强
【申请人】中铁西北科学研究院有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月29日