一种硅烷浸渍深度检测装置及方法与流程

本发明涉及深度检测技术领域，特别是涉及一种硅烷浸渍深度检测装置及方法。

背景技术

硅烷浸渍深度检测是对混凝土结构表面进行硅烷喷涂后，测量硅烷浸渍的深度值。现有规范中规定的硅烷浸渍深度测试方法包括:交通部规范jtc/tb07-01-2006《公路工程混凝土结构防腐技术规范》规定，在试验区随机钻取混凝土芯样，按规范要求烘干处理并劈开后，在劈裂面喷水，量测劈开面上干燥区域的尺寸；交通部规范jtj275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》规定，在最后一次喷涂硅烷至少7d，钻取直径50mm深度40±5mm的芯样，用密封袋封好，实验时，芯样在40℃下烘干24h，然后将芯样沿直径方向劈开，在劈裂时喷涂水基短效染料，不吸收染料的区域表明硅烷的浸渍深度。仅对采用试验室混凝土试块进行劈开测量硅烷浸渍深度，无法真实反映混凝土构件的硅烷浸渍质量。

最新的研究中，宫旭黎在《硅烷表面防护浸渍深度的微破损检测方法》中所述的混凝土构件硅烷浸渍深度微破损检测方法是在混凝土构件不同部位钻出3个微孔，然后使用水基燃料进行显示测量。该方法对混凝土构件结构有较大的破坏，导致其结构强度和承载力降低，这些混凝土构件服役后会给所在工程的长期运营带来较大的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种硅烷浸渍深度检测装置及方法，具有不破坏混凝土构件结构即可测量硅烷浸渍深度的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种硅烷浸渍深度检测装置，包括：超声波检测装置、数据传输装置和数据处理器；所述超声波检测装置具体包括：超声波探头、信号比较器和计时器；

所述超声波探头，用于从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，还用于接收超声波回波并将超声波回波转变成超声波回波电信号；

所述信号比较器，与所述超声波探头电连接，用于接收所述超声波回波电信号，并将所述超声波回波电信号的波幅值与第一预设阈值对比；

所述计时器，与所述信号比较器电连接，用于记录所述超声波回波电信号的波幅值第一次等于所述第一预设阈值的时刻为第一计时时刻，还用于记录所述超声波回波电信号的波幅值第二次等于所述第一预设阈值的时刻为第二计时时刻；

所述数据传输装置，与所述计时器连接，用于将所述第一计时时刻与第二计时时刻传输至数据处理器；

所述数据处理器，用于根据所述第一计时时刻和所述第二计时时刻计算混凝土管片硅烷浸渍深度。

可选的，所述硅烷浸渍深度无损检测装置，还包括：存储器和显示器；

所述存储器，与所述数据处理器电连接，用于存储所述第一计时时间和所述第二计时时间；

所述显示器，与所述数据处理器电连接，用于显示计算出的混凝土管片硅烷浸渍深度。

可选的，所述硅烷浸渍深度无损检测装置，所述超声波检测装置还包括：超声波探头支架；

所述超声波探头支架包括多个第一支撑杆和第二支撑杆；所述第一支撑杆水平排列；所述第二支撑杆水平设置，所述第二支撑杆与所述第一支撑杆垂直，所述第二支撑杆与各个所述第一支撑杆固定连接；在所述第一支撑杆上安装有多个超声波探头。

可选的，所述硅烷浸渍深度无损检测装置，所述超声波检测装置还包括：伸缩式机械臂；

所述伸缩式机械臂夹持于所述第二支撑杆上，用于调整所述超声波探头与所述混凝土管片的距离。

可选的，所述第二支撑杆固定在各个所述第一支撑杆的中点。

本发明还提供一种硅烷浸渍深度检测方法，应用于上述硅烷浸渍深度无损检测装置，该方法包括：

超声波探头从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，同时计时器开始计时；

信号比较器实时获取超声波回波电信号并将所述超声波回波电信号的波幅值与第一预设阈值对比；

计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第一次等于所述第一预设阈值的时刻为第一计时时刻；

计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第二次等于所述第一预设阈值的时刻为第二计时时刻；

数据传输装置将所述第一计时时刻和所述第二计时时刻发送至数据处理器；

所述数据处理器根据所述第一计时时刻和所述第二计时时刻计算混凝土管片硅烷浸渍深度。

本发明还一种硅烷浸渍深度检测方法，应用于上述硅烷浸渍深度无损检测装置，该方法包括：

超声波探头从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，同时计时器开始计时；

信号比较器实时获取超声波回波电信号并将所述超声波回波电信号的波幅值与第一预设阈值对比；

计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第一次等于所述第一预设阈值的时刻为第一计时时间；

计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第二次等于所述第一预设阈值的时刻为第二计时时间；

数据传输装置将所述第一计时时间和所述第二计时时间发送至数据处理器；

比较所述记录所述第一计时时间和所述第二计时时间的次数与第二预设阈值的大小；若所述记录第一计时时间和第二计时时间的次数小于所述第二预设阈值，将所述计时器的计时时间归零，返回步骤“超声波探头从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，同时计时器开始计时”；否则，所述数据处理器计算所述第一计时时间的平均值得到第一计时时刻，同时计算所述第二计时时间的平均值得到第二计时时刻；

所述数据处理器根据所述第一计时时刻和所述第二计时时刻计算混凝土管片硅烷浸渍深度。

可选的，所述数据处理器根据所述第一计时时刻和所述第二计时时刻计算混凝土管片硅烷浸渍深度的具体计算公式为：

式中，v为超声波在所述混凝土管片硅烷浸渍层中的传播速度；t1为所述第一计时时刻；t2为所述第二计时时刻。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种硅烷浸渍深度检测装置及方法，采用超声波测距的方法，能够快速无损检测混凝土管片硅烷浸渍深度，解决了传统检测方法对混凝土构件结构有较大的破坏，导致其结构强度和承载力降低，并存在较大的安全隐患的问题。

再有，由于被检测混凝土管片为砂石和水泥的混合物，每片管片混合均匀程度不相同，其超声波衰减的程度也不一样，导致超声回波信号的强度存在较大差异，而在采用本发明的方法和装置之后，这种差异对检测结果的影响可以消除。

本发明提供的一种硅烷浸渍深度检测装置包含多个测量探头，可以实现一次多点测量。可根据管片面积大小和形状自由装配测量探头，在测量过程中每个测量机构独立工作，不相互干扰，可以分别单独测量整片的不同局部的浸渍深度。各个测量探头结构相同，具有互换性，减少了零件储备量，并且每个测量探头均是独立工作的，当某个测量机构出现故障时，可以独立更换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中超声波探头支架俯视图；

图2为本发明实施例一中超声波探头支架主视图；

图3为本发明实施例二中硅烷浸渍深度检测方法流程图；

图4为本发明实施例二中计时器及信号比较器阈值检测原理示意图；

图5为本发明实施例三中硅烷浸渍深度检测方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前现有技术中尚未有混凝土管片表面硅烷浸渍深度无损检测装置及方法领域的研究，本发明提供一种基于超声波硅烷浸渍深度无损检测方法，超声波无损检测技术是根据超声波脉冲反射原理达到测量物体厚度(深度)、缺陷的目的，超声波发生器探头产生的超声波脉冲进入被测物体，到达物体背部材料分界面时超声波脉冲被反射回来被探头接收，根据测量装置记录的超声波脉冲在该层材料传播过程所用时间t和波速v，即可计算出该层材料的厚度s。在利用超声波反射原理测量物体厚度时，超声波在被测材料中传播的时间为：计时器从探头的超声波发生器发射超声波开始计时，到超声波被反射回被探头传感器接收时停止计时，计时器记录的这段时间即为所求传播时间t。目前，计时器是否停止计时的检测有两种方法：

第一种方法是对超声波接收传感器设定一个超声波回波能触发其工作的阈值，超声波发生器对被测试件发射超声波时计时器开始计时，当超声回波的首波到达接收传感器，并且超声波回波信号波幅超过设置的阈值时，计时器停止计时，该阈值即为计时器判断超声回波首波到达接收传感器的标志，在此过程中，计时器所测得的时间即为超声波在试件内传播的总时间。由于超声波波长会因超声波发生器电路、换能器、探头与试件耦合状况、温度等发生变化，被测试件内部组成物质尺寸和分布的均匀性也会引起波长的变化，波长变化将导致超声波回波首波上能触发传感器阈值的点发生向前或向后偏移，即波长的变化会导致超声波回波触发阈值的时间提前或延迟，此时就会导致计时器得到的超声波在被测试件中传播时间缩短或增大，尤其是在测量较薄的材料时误差会更大。

第二种方法是超声波发生器对被测试件发射超声波时计时器开始计时，当超声回波的首波峰值被接收传感器接收时，计时器停止计时，在此过程中，计时器所测得的时间即为超声波在试件内传播的总时间。该种判断计时器停止计时的方法能避免第一种方法的误差，但是以波峰到达接收传感器结束计时的方法需要高速数据采集器以得到较高的采样频率和较高性能的微处理器，这就导致最终仪器的体积和成本大大增加。

本发明的目的是提供一种硅烷浸渍深度无损检测装置及方法，具有在不破坏混凝土构件结构即可测量硅烷浸渍深度的基础上提高检测精度的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明提供的硅烷浸渍深度检测装置，包括：超声波检测装置、数据传输装置、数据处理器、存储器和显示器。所述超声波检测装置，包括：超声波探头、信号比较器、计时器、超声波探头支架和伸缩式机械臂。

所述超声波探头，用于从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，还用于接收超声波回波并将超声波回波转变成超声波回波电信号。

所述信号比较器，与所述超声波探头电连接，用于接收所述超声波回波电信号，并将所述超声波回波电信号的波幅值与第一预设阈值对比。

所述计时器，与所述信号比较器电连接，用于记录所述超声波回波电信号的波幅值第一次等于所述第一预设阈值的时刻为第一计时时刻，还用于记录所述超声波回波电信号的波幅值第二次等于所述第一预设阈值的时刻为第二计时时刻。

所述数据传输装置，与所述计时器连接，用于将所述第一计时时刻与第二计时时刻传输至数据处理器。

所述数据处理器，用于根据所述第一计时时刻和所述第二计时时刻计算混凝土管片硅烷浸渍深度。

所述存储器，与所述数据处理器电连接，用于存储所述第一计时时间和所述第二计时时间。

所述显示器，与所述数据处理器电连接，用于显示计算出的混凝土管片硅烷浸渍深度。

图1为超声波探头支架俯视图；

图2为超声波探头支架主视图。

如图1-2所示，超声波探头支架位于混凝土管片1上方，超声波探头支架包括多个第一支撑杆3和第二支撑杆4；所述第一支撑杆3水平排列；所述第二支撑杆4水平设置，所述第二支撑杆4与所述第一支撑杆3垂直，所述第二支撑杆4与各个所述第一支撑杆3固定连接；所述第二支撑杆4固定在各个所述第一支撑杆3的中点；在所述第一支撑杆3上安装有多个超声波探头2。伸缩式机械臂5夹持于所述第二支撑杆4上，用于调整所述超声波探头2与所述混凝土管片1的距离。

由于硅烷浸渍深度检测装置包含多个测量探头，可以实现一次多点测量。可根据管片面积大小和形状自由装配测量探头，在测量过程中每个测量机构独立工作，不相互干扰，可以分别单独测量整片管片的不同测点位置的硅烷浸渍深度。各个测量探头结构相同，具有互换性，减少了零件储备量，并且每个测量探头均是独立工作的，当某个测量机构出现故障时，可以独立更换。

实施例二

图3为本发明提供的一种硅烷浸渍深度检测方法流程图；

图4为计时器及信号比较器阈值检测原理示意图。

如图3-4所示，硅烷浸渍深度检测方法包括：

步骤101：超声波探头从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，同时计时器开始计时。

步骤102：信号比较器实时获取超声波回波电信号并将所述超声波回波电信号的波幅值与第一预设阈值对比。

步骤103：计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第一次等于所述第一预设阈值的时刻为第一计时时刻t1。

步骤104：计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第二次等于所述第一预设阈值的时刻为第二计时时刻t2。

步骤105：数据传输装置将所述第一计时时刻t1和所述第二计时时刻t2发送至数据处理器。

步骤106：所述数据处理器根据所述第一计时时刻t1和所述第二计时时刻t2计算混凝土管片硅烷浸渍深度。计算混凝土管片硅烷浸渍深度的公式为：

式中，v为超声波在所述混凝土管片硅烷浸渍层中的传播速度；t1为所述第一计时时刻；t2为所述第二计时时刻。

实施例三

图5为本发明提供的一种硅烷浸渍深度检测方法流程图。

如图4-5所示，硅烷浸渍深度检测方法包括：

步骤201：超声波探头从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，同时计时器开始计时。

步骤202：信号比较器实时获取超声波回波电信号并将所述超声波回波电信号的波幅值与第一预设阈值对比。

步骤203：计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第一次等于所述第一预设阈值的时刻为第一计时时间。

步骤204：计时器记录所述超声波回波电信号的波幅值第二次等于所述第一预设阈值的时刻为第二计时时间。

步骤205：数据传输装置将所述第一计时时间和所述第二计时时间发送至数据处理器。

步骤206：比较所述记录所述第一计时时间和所述第二计时时间的次数与第二预设阈值的大小；若所述记录第一计时时间和第二计时时间的次数小于所述第二预设阈值，执行步骤207；否则，执行步骤208。

步骤207：将所述计时器的计时时间归零，返回步骤“超声波探头从经硅烷浸渍后的混凝土管片表面向所述混凝土管片内部发射超声波，同时计时器开始计时”。

步骤208：所述数据处理器计算所述第一计时时间的平均值得到第一计时时刻，同时计算所述第二计时时间的平均值得到第二计时时刻。

步骤209：所述数据处理器根据所述第一计时时刻和所述第二计时时刻计算混凝土管片硅烷浸渍深度。计算混凝土管片硅烷浸渍深度的公式为：

式中，v为超声波在所述混凝土管片硅烷浸渍层中的传播速度；t1为所述第一计时时刻；t2为所述第二计时时刻。

采用本发明实施例二和实施例三的超声波测距的方法，能够快速无损检测混凝土管片硅烷浸渍深度，解决了传统检测方法对混凝土构件结构有较大的破坏，导致其结构强度和承载力降低，并存在较大的安全隐患的问题。此外还可以解决由于被检测的混凝土管片为砂石和水泥的混合物，不同管片因配合比及混合均匀程度均不相同，超声波衰减程度不一样，导致的超声回波信号的强度存在较大差异而对检测结果造成影响的问题。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。