技术特征：
1.一种基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，包括分别植入待检测混凝土结构两端的驱动端和接收端，所述驱动端连接多通道信号发生器，所述接收端连接多通道信号采集仪，所述多通道信号发生器和所述多通道信号采集仪均连接工作站；其中，所述驱动端采用聚焦型压电陶瓷阵列传感器，所述接收端采用聚焦型压电陶瓷阵列传感器、单向感知型压电陶瓷阵列传感器、或者球形压电陶瓷阵列传感器中的一种；所述聚焦型压电陶瓷阵列传感器为圆柱形模块，内部均匀设置多个圆弧形聚焦压电陶瓷，多个所述圆弧形聚焦压电陶瓷通过屏蔽导线连接多孔接线器，所述多孔接线器连接所述多通道信号发生器或所述多通道信号采集仪；所述单向感知型压电陶瓷阵列传感器为圆柱形模块，内部均匀设置多个矩形片状压电陶瓷，多个所述矩形片状压电陶瓷通过屏蔽导线连接多孔接线器，所述多孔接线器连接所述多通道信号采集仪；所述球形压电陶瓷阵列传感器为圆柱形模块，内部均匀设置多个球形压电陶瓷，多个所述球形压电陶瓷通过屏蔽导线连接多孔接线器，所述多孔接线器连接所述多通道信号采集仪。2.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述聚焦型压电陶瓷阵列传感器包括底部半圆柱和顶部半圆柱，所述底部半圆柱和所述顶部半圆柱分别对应设置多个容纳二分之一所述圆弧形聚焦压电陶瓷的圆弧形凹槽，所述圆弧形凹槽的位置用于对所述圆弧形聚焦压电陶瓷进行定位，所述底部半圆柱和所述顶部半圆柱扣合形成圆柱形模块，内部容纳多个所述圆弧形聚焦压电陶瓷。3.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述单向感知型压电陶瓷阵列传感器包括底部半圆柱和顶部半圆柱，所述底部半圆柱和所述顶部半圆柱分别对应设置多个容纳二分之一所述矩形片状压电陶瓷的矩形凹槽，所述矩形凹槽的位置用于对所述矩形片状压电陶瓷进行定位，所述底部半圆柱和所述顶部半圆柱扣合形成圆柱形模块，内部容纳多个所述矩形片状压电陶瓷。4.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述球形压电陶瓷阵列传感器包括底部半圆柱和顶部半圆柱，所述底部半圆柱和所述顶部半圆柱分别对应设置多个容纳二分之一所述球形压电陶瓷的球形凹槽，所述球形凹槽的位置用于对所述球形压电陶瓷进行定位，所述底部半圆柱和所述顶部半圆柱扣合形成圆柱形模块，内部容纳多个所述球形压电陶瓷。5.根据权利要求2至4中任一项所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述底部半圆柱和所述顶部半圆柱采用高强低收缩混凝土基体，通过3d打印技术制备，两者扣合后，采用环氧树脂封装。6.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述聚焦型压电陶瓷阵列传感器中，多个所述圆弧形聚焦压电陶瓷的排列方式包括以下三种：平行阵列增强型，多个所述圆弧形聚焦压电陶瓷以均匀间隔沿直线排列，各个所述圆弧形聚焦压电陶瓷的聚焦方向平行；线性阵列增强型，多个所述圆弧形聚焦压电陶瓷以均匀间隔沿直线排列，各个所述圆
弧形聚焦压电陶瓷的聚焦方向汇聚在第一汇聚点，所述第一汇聚点为经过阵列第一个圆弧形聚焦压电陶瓷的聚焦点和最后一个圆弧形聚焦压电陶瓷的聚焦点的圆的圆心；环形阵列增强型，多个所述圆弧形聚焦压电陶瓷的聚焦点位于同一个圆上，且以均匀间隔排列，各个所述圆弧形聚焦压电陶瓷的聚焦方向汇聚在第二汇聚点，所述第二汇聚点为该圆的圆心。7.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，位于驱动端的圆弧形聚焦压电陶瓷的数量不小于5个，位于接收端的圆弧形聚焦压电陶瓷或矩形片状压电陶瓷或球形压电陶瓷的数量与驱动端的圆弧形聚焦压电陶瓷的数量相对应。8.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括示波器和电压信号放大器，所述示波器连接所述多通道信号发生器，所述电压信号放大器的输入端连接所述多通道信号发生器，所述电压信号放大器的输出端连接所述驱动端。9.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述驱动端和所述接收端的安装方法如下：待检测混凝土结构尺寸测量；对于尺寸较大的混凝土结构，采用排列方式为环形阵列增强型的聚焦型压电陶瓷阵列传感器；对于尺寸较小的混凝土结构，采用排列方式为平行阵列增强型或线性阵列增强型的聚焦型压电陶瓷阵列传感器；依据待检测混凝土结构尺寸和测试面积，定位驱动端的圆弧形聚焦压电陶瓷的具体位置；依据测试精度要求，选择作为接收端的压电陶瓷传感器类型，包括聚焦型压电陶瓷阵列传感器、单向感知型压电陶瓷阵列传感器、球形压电陶瓷阵列传感器中的一种；依据待检测结构尺寸和测试面积，定位接收端的圆弧形聚焦压电陶瓷或矩形片状压电陶瓷或球形压电陶瓷的具体位置；以高强低收缩混凝土为基体，分别制作驱动端和接收端；待检测混凝土结构的两端开孔，分别植入驱动端和接收端，灌注低收缩环氧树脂，静置固化24小时以上；连接外部设备进行调试。10.根据权利要求1所述的基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，其特征在于，所述检测系统的检测方法如下：工作站的计算机向多通道信号发生器发出触发信号；多通道信号发生器生成波形，并通过示波器进行波形检查；若波形检查正常，则将信号输入电压信号放大器；若波形检查异常，则进行线路检查，重新发出触发信号；电压信号放大器将放大后的信号输入驱动端，驱动端产生高频应力波；接收端感知高频应力波，产生感应信号并传输至多通道信号采集仪；多通道信号采集仪将采集的感应信号发送至工作站的计算机进行存储和分析；工作站的计算机根据采集的感应信号进行信号时域/频域分析，基于包括信号能量、首波声时、信号频率、幅值在内的参数同时作为裂缝识别指标，实现多参数的裂缝识别。
技术总结
本发明公开了一种基于聚焦型压电陶瓷阵列的混凝土内部裂缝检测系统，包括分别植入待检测混凝土结构两端的驱动端和接收端，驱动端连接多通道信号发生器，接收端连接多通道信号采集仪，多通道信号发生器和多通道信号采集仪均连接工作站；其中，驱动端采用聚焦型压电陶瓷阵列传感器，接收端采用聚焦型压电陶瓷阵列传感器、单向感知型压电陶瓷阵列传感器、或者球形压电陶瓷阵列传感器中的一种。本发明充分利用聚焦型压电陶瓷阵列的自聚焦特性，能够实现对驱动端信号幅值的自放大，有效延长超声波的传输距离，提高检测信号的信噪比，提升检测效果。效果。效果。
技术研发人员：陈洪兵 李媛媛 聂鑫 孔庆钊
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2022.10.14
技术公布日：2023/1/31