一种用于检测预应力值的表面超声波装置及方法与流程

本申请涉及预应力检测技术领域，尤其涉及一种用于检测预应力值的表面超声波装置及方法。

背景技术：

大体积混凝土结构(例如，核电站安全壳等)的预应力值一直是大体积混凝土结构安全所重点关注的，目前的现有技术中有多种方法可对上述预应力值进行检测、监测。例如，可以在其内部的钢筋上布置钢筋计，并在其内部接近表面处的混凝土内安装应变计等等。现有技术中的此类内置式的技术方案能够较好地实现对预应力值的检测和长期监测。但是，在实际的执行过程中，会出现由于埋置在结构内部的传感器、应变计等损坏或线缆损坏而导致系统失效的问题；而且，由于上述传感器和应变计是预埋在结构中的，因此无法对此类装置进行更换。所以，需要提出一种在结构表面对预应力值进行检测的技术方案作为保障。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用于检测预应力值的表面超声波装置及方法，从而可以对待测结构体的内部的预应力状态进行无损检测。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种用于检测预应力值的表面超声波装置，该装置包括：发射端、接收端和控制中心；

所述发射端和接收端均设置在待测结构体的表面；所述发射端与所述接收端之间间隔预设的第一距离；

所述发射端组件包括：第一球形超声波探头和第一底座；

所述第一底座的底面与所述待测结构体的表面抵接；所述第一底座上设置有斜面；所述第一球形超声波探头嵌入在所述第一底座的斜面中；所述第一球形超声波探头与所述控制中心连接；

所述第一球形超声波探头，用于向待测结构体发送超声波；

所述接收端包括：第二超声波探头；所述第二超声波探头与所述控制中心连接；

所述第二超声波探头，用于从待测结构体接收超声波；

所述控制中心，用于根据第一球形超声波探头发送的超声波的信息以及第二超声波探头接收的超声波的信息，计算得到待测结构体内部的预应力。

较佳的，所述接收端的第二超声波探头为平面超声波探头。

较佳的，所述接收端包括：第二球形超声波探头和第二底座；

所述第二底座的底面与所述待测结构体的表面抵接；所述第二底座上设置有斜面；所述第二球形超声波探头嵌入在所述第二底座的斜面中；所述第二球形超声波探头与所述控制中心连接。

较佳的，所述第一底座由电胶木制成。

较佳的，所述第二底座由电胶木制成。

本发明还提供了一种检测预应力值的方法，该方法包括如下步骤：

将发射端的第一球形超声波探头嵌入在第一底座的斜面中，并将第一底座设置在待测结构体的表面上；

将接收端设置在待测结构体的表面上；

将第一球形超声波探头和接收端中的第二超声波探头分别与控制中心连接；

第一球形超声波探头向待测结构体发送超声波；

第二超声波探头从待测结构体接收超声波；

控制中心根据第一球形超声波探头发送的超声波的信息以及第二超声波探头接收的超声波的信息，计算得到待测结构体内部的预应力。

较佳的，所述接收端的第二超声波探头为平面超声波探头。

较佳的，所述接收端包括：第二球形超声波探头和第二底座；

所述第二底座的底面与所述待测结构体的表面抵接；所述第二底座上设置有斜面；所述第二球形超声波探头嵌入在所述第二底座的斜面中；所述第二球形超声波探头与所述控制中心连接。

较佳的，所述第一底座由电胶木制成。

较佳的，所述第二底座由电胶木制成。

如上可见，在本发明中的用于检测预应力值的表面超声波装置及方法中，设置了发射端、接收端和控制中心，在发射端中设置了球形超声波探头和底座，并通过该球形超声波探头向待测结构体发送超声波，再通过接收端从待测结构体接收超声波，最后再通过控制中心根据发送的超声波的信息以及接收的超声波的信息，计算得到待测结构体内部的预应力，从而可以对待测结构体的内部的预应力状态进行检测。此时，由于发射端和接收端均设置在待测结构体的表面，而不必设置在待测结构体的内部，因此可以利用表面波的检测方法真正地实现无损检测，而无需在待测结构体中预埋传感器，从而可以很方便地对待测结构体的内部进行预应力状态的无损检测。

附图说明

图1为本发明实施例中的用于检测预应力值的表面超声波装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中的检测预应力值的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中的用于检测预应力值的表面超声波装置的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例中的用于检测预应力值的表面超声波装置包括：发射端11、接收端12和控制中心13；

所述发射端11和接收端12均设置在待测结构体10的表面；所述发射端11与所述接收端12之间间隔预设的第一距离；

所述发射端11包括：第一球形超声波探头111和第一底座112；

所述第一底座112的底面与所述待测结构体10的表面抵接；所述第一底座112上设置有斜面；所述第一球形超声波探头111嵌入在所述第一底座112的斜面中；所述第一球形超声波探头111与所述控制中心13连接；

所述第一球形超声波探头111，用于向待测结构体10发送超声波；

所述接收端12包括：第二超声波探头；所述第二超声波探头与所述控制中心13连接；

所述第二超声波探头，用于从待测结构体10接收超声波；

所述控制中心13，用于根据第一球形超声波探头111发送的超声波的信息以及第二超声波探头接收的超声波的信息，计算得到待测结构体10内部的预应力。

在上述的用于检测预应力值的表面超声波装置中，发射端中设置了一个球形超声波探头和一个底座，且该球形超声波探头嵌入在该底座的斜面中，因此，当该球形超声波探头向待测结构体发送超声波时，其所发送的超声波可以通过该底座均匀、定向地沿待测结构体的表面传播。当待测结构体的内部有预应力时(例如，待测结构体的内部埋设有预应力波纹管等)，上述超声波在待测结构体的内部传播时，其传播速度必然会受到内部预应力的影响。因此，接收端可以从待测结构体中接收上述的超声波，并将所接收到的超声波的信息发送给控制中心。控制中心即可根据第一球形超声波探头发送的超声波的信息以及第二超声波探头接收到的超声波的信息，计算得到待测结构体内部的预应力，从而可以对待测结构体内部的预应力状态进行判断。

例如，在本发明的技术方案中，可以通过如下的方式来判断待测结构体内部的预应力状态。

基于声波声弹性公式进行测量，利用声波速度的变化可得：

其中，vt为待测结构体在应力σ1、σ2状态下的超声波的传播速度，v0为待测结构体在无应力的状态下的超声波的传播速度，k为超声波的声弹性系数。

因此可知，当控制中心获知第一球形超声波探头发送的超声波的信息以及第二超声波探头接收到的超声波的信息之后，即可根据上述公式判断待测结构体内部的预应力状态。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的接收端。以下将以其中的几种具体实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述接收端的第二超声波探头为平面超声波探头。

再例如，作为示例，在本发明的另一个具体实施例中，所述接收端包括：第二球形超声波探头121和第二底座122；

所述第二底座122的底面与所述待测结构体10的表面抵接；所述第二底座122上设置有斜面；所述第二球形超声波探头121嵌入在所述第二底座122的斜面中；所述第二球形超声波探头121与所述控制中心13连接。

在该具体实施例中，也可以在接收端中使用球形超声波探头，并将球形超声波探头嵌入到底座的斜面中，从而可以利用底座更均匀地接收沿待测结构体传播的超声波，并利用球形超声波探头的全方位接收超声波的功能，更全面、更均匀地从待测结构体中接收超声波，以获取更清晰、更精确的超声波信息。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述第一底座由电胶木等材质的材料制作而成，从而可以更好地发送超声波。

另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述第二底座也可以由电胶木等材质的材料制作而成，从而可以更好地接收超声波。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置发射端和接收端之间的第一距离，在此不再赘述。

此外，在本发明的技术方案中，还提出了一种检测预应力值的方法。

图2为本发明实施例中的检测预应力值的方法的流程图。

如图2所示，本发明实施例中的检测预应力值的方法包括如下所述步骤：

步骤21，将发射端的第一球形超声波探头嵌入在第一底座的斜面中，并将第一底座设置在待测结构体的表面上。

步骤22，将接收端设置在待测结构体的表面上。

步骤23，将第一球形超声波探头和接收端中的第二超声波探头分别与控制中心连接。

步骤24，第一球形超声波探头向待测结构体发送超声波。

步骤25，第二超声波探头从待测结构体接收超声波。

步骤26，控制中心根据第一球形超声波探头发送的超声波的信息以及第二超声波探头接收的超声波的信息，计算得到待测结构体内部的预应力。

通过上述的步骤21～26，即可通过上述的表面超声波装置检测得到待测结构体内部的预应力。

另外，在本发明的技术方案中，上述接收端的第二超声波探头可以是平面超声波探头，也可以是球形超声波探头(即第二球形超声波探头)。当

接收端的第二超声波探头为第二球形超声波探头时，该接收端还包括一个第二底座。在使用该接收端时，可以将第二球形超声波探头嵌入在第二底座的斜面中，并将第二底座设置在待测结构体的表面上。

综上所述，在本发明的技术方案中，设置了发射端、接收端和控制中心，在发射端中设置了球形超声波探头和底座，并通过该球形超声波探头向待测结构体发送超声波，再通过接收端从待测结构体接收超声波，最后再通过控制中心根据发送的超声波的信息以及接收的超声波的信息，计算得到待测结构体内部的预应力，从而可以对待测结构体的内部的预应力状态进行检测。此时，由于发射端和接收端均设置在待测结构体的表面，而不必设置在待测结构体的内部，因此可以利用表面波的检测方法真正地实现无损检测，而无需在待测结构体中预埋传感器，从而可以很方便地对待测结构体的内部进行预应力状态的无损检测。

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。