一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置及方法与流程

本发明涉及超声相控阵检测，更具体的说是涉及一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置及方法。

背景技术：

1、混凝土作为建筑结构中应用最为广泛的材料之一，混凝土结构广泛应用于基础设施以及民用建筑，如建筑设备基础、桥梁和水利水电等工程之中。随着使用年限的增加，混凝土结构构件内部常常会存在空洞和裂缝等缺陷，严重的影响了结构的使用性能与安全性能，因此混凝土的质量检测尤为重要。

2、超声相控阵技术近些年不断发展，在混凝土结构检测中应用日益广泛，超声相控阵是基于探头各阵元延时激励与接收，对物体不同深度进行扫描，其检测精度与阵元延时准确性密不可分。但是混凝土结构随着使用年限以及建造特点存在表面不平整的问题，探头与混凝土的接触位置并不固定，目前超声相控阵技术假设阵元与混凝土接触面为平面，所计算的各阵元延时与实际具有一定偏差，容易造成超声相控阵技术检测结果精度低、检测效果差。

3、因此，如何提出一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置及方法，提高表面不平整混凝土的超声相控阵技术检测精度是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置及方法，解决工程中混凝土表面存在不平整造成超声相控阵技术检测精度降低的问题，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

2、一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置，包括：控制器、显示装置和多个探测单元；所述探测单元与所述控制器的输入端连接，所述显示装置与所述控制器的输出端连接；所述探测单元根据混凝土不平整度调整伸出长度，使多个所述探测单元的超声波阵元均与所述混凝土抵接。

3、可选的，所述探测单元包括：超声波阵元、弹簧、测力传感器、压力板和探头封装板，所述压力板上间隔设置探头封装板构成多个探测单元，所述测力传感器一端与探测单元底部的压力板固定连接，另一端通过弹簧与超声波阵元弹性连接。

4、可选的，所述控制器为单片机，所述控制器分别与测力传感器和显示装置信号连接，采集测力传感器实时信号，并在显示装置上进行显示。

5、可选的，所述超声波阵元尺寸与探测单元尺寸适配，所述超声波阵元在探测单元中上下伸缩运动。

6、可选的，还包括：压力把手，所述压力把手固定设置在压力板的两端，通过压力把手向压力板施加向下的压力使弹簧受力形变。

7、可选的，所述显示装置上包括压力显示区域、压缩量显示区域和耦合指示灯显示区域，每个所述超声波阵元对应一组压力显示区域、压缩量显示区域和耦合指示灯显示区域。

8、可选的，所述显示装置用于将控制器获取压力大小、是否达到耦合应力与弹簧压缩量计算结果进行显示，显示结果以矩阵的形式展现，数据排布形式与阵元排布形式相对应。

9、可选的，所述超声波阵元的排列方式为一维线性阵列或二维矩形阵列。

10、可选的，每个阵元主体后连接相同弹性系数弹簧，每个弹簧后均连接测力传感器用来进行探头受到的压力数据采集。弹簧压缩量的计算根据胡克定律，依据测力传感器得到压力fi与弹簧的弹性系数k进行确定，即压缩量δdi计算公式为δdi＝fi/k。

11、可选的，单片机内有数据传输电路、计算电路与判断电路，其结果与显示装置中的压力显示区域、压缩量显示区域、耦合指示灯显示区域一一对应。

12、可选的，所述控制器通过电连接线与测力传感器电性连接，所述测力传感器采集超声波阵元受到的压力数据，将数据通过电路输入控制器，控制器将压力数据经计算电路计算弹簧压缩量确定各超声波阵元与混凝土的接触位置，并将结果传输到显示装置。

13、可选的，一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测方法，其特征在于，包括：

14、确定混凝土的检测深度和混凝土波速信息；

15、将超声相控阵检测装置与混凝土进行耦合，通过所述超声相控阵检测装置获取接触位置矩阵并计算各阵元相控阵延时；

16、依据延时进行阵元发射与接收，将阵列信号叠加归一化成像。

17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置及方法，具有如下有益效果：

18、一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置，包括：控制器、显示装置和多个探测单元；所述探测单元与所述控制器的输入端连接，所述显示装置与所述控制器的输出端连接；所述探测单元根据混凝土不平整度调整伸出长度，使多个所述探测单元的超声波阵元均与所述混凝土抵接。本发明所述装置通过按压的方式与待测物进行耦合，确定探头中各阵元与混凝土的接触位置，配合相应的检测成像方法，获取更为准确的阵元延时，使得超声相控阵检测技术在面对表面不平整混凝土结构时成像结果更为精确。

技术特征：

1.一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置，其特征在于，包括：控制器(4)、显示装置(5)和多个探测单元；所述探测单元与所述控制器(4)的输入端连接，所述显示装置(5)与所述控制器(4)的输出端连接；所述探测单元根据混凝土不平整度调整伸出长度，使多个所述探测单元的超声波阵元(1)均与所述混凝土抵接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置，其特征在于，所述探测单元包括：超声波阵元(1)、弹簧(2)、测力传感器(3)、压力板(7)和探头封装板(9)，所述压力板(7)上间隔设置探头封装板(9)构成多个探测单元，所述测力传感器(3)一端与探测单元底部的压力板(7)固定连接，另一端通过弹簧(2)与超声波阵元(1)弹性连接。

3.根据权利要求1所述的一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置，其特征在于，所述显示装置(5)上包括压力显示区域(10)、压缩量显示区域(11)和耦合指示灯显示区域(12)，每个所述超声波阵元(1)对应一组压力显示区域(10)、压缩量显示区域(11)和耦合指示灯显示区域(12)。

4.根据权利要求1所述的一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置，其特征在于，所述控制器(4)通过电连接线(6)与测力传感器(3)电性连接，所述测力传感器(3)采集超声波阵元(1)受到的压力数据，将数据通过电路输入控制器(4)，控制器(4)将压力数据经计算电路计算弹簧压缩量确定各超声波阵元(1)与混凝土的接触位置，并将结果传输到显示装置(5)。

5.一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种适用于表面不平整混凝土超声相控阵检测装置及方法，涉及超声相控阵检测技术领域，包括：控制器、显示装置和多个探测单元；所述探测单元与所述控制器的输入端连接，所述显示装置与所述控制器的输出端连接；所述探测单元根据混凝土不平整度调整伸出长度，使多个所述探测单元的超声波阵元均与所述混凝土抵接。本发明装置通过按压的方式与待测物进行耦合，确定探头中各阵元与混凝土的接触位置，配合相应的检测成像方法，获取更为准确的阵元延时，使得超声相控阵检测技术在面对表面不平整混凝土结构时成像结果更为精确。

技术研发人员：汪隆臻,赵骞,宋雷,陈建方,刘常鸿,范超阳,魏敏,吴曦翱,缪春辉,王勇,邢明军,姚克亮
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15