CN105866247A - 钢板粘贴密实度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢板粘贴密实度检测装置及方法，所述钢板粘贴密实度检测装置包括多个用于发射超声波的发射换能器、多个用于接收超声波的接收换能器、扫描装置和数据处理系统；多个所述发射换能器、多个所述接收换能器与所述数据处理系统依次连接，所述扫描装置与所述数据处理系统并联，所述数据处理系统包括用于放大所述接收换能器接收到的信号的放大器和用于对数据进行图形显示的示波器。本发明提供的钢板粘贴密实度检测装置及方法不损伤构件、检测可靠、工作量小、工作效率高、可定性定量检测脱空程度。

Description

钢板粘贴密实度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及土木建筑工程领域，具体涉及一种钢板粘贴密实度检测装置及方法。

背景技术

粘钢加固亦称粘贴钢板加固，是将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面，使钢板与混凝土形成统一的整体，利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的，可以对桥梁、房屋等进行加固。因此钢板的粘贴质量直接影响加固效果的发挥，从而对其粘贴质量的检测便至关重要。

以下为常用检测方法：

钻孔取芯法，具体为对混凝土随机选取一定检测点开孔，提取混凝土芯样检测，从而对粘贴质量进行判断，但该法对构件本身会造成损伤；

人工敲击法，具体为人工敲击钢板，从其发声状况判断是否脱空及大致判断脱空程度，该法仅能定性判断钢板与混凝土的粘结状况，无法准确判断钢板粘贴脱空的程度。

以上方法中有损检测法会对混凝土造成损伤，很多场合无法使用。人工敲击的无损检测法受操作人员的经验和主观意识的影响，检测结果不够客观、准确。

经检索，申请号为201310656933.1、名称为“一种钢管脱空超声在线检测系统”的专利申请公开了如下技术方案：

“1.一种钢管脱空超声在线检测系统，其特征在于：包括用于检测钢管在被敲击时钢管的发出声音的数据信息的检测装置(1)，所述检测装置(1)将检测到的数据信息输出至数据处理单元(2)，所述数据处理单元(2)接收检测装置(1)传送的声时、声速、振幅、频率和波形参数信息，并将上述信息进行处理、计算，判断该钢管内的混凝土均匀性是否良好。

2.根据权利要求1所述一种钢管脱空超声在线检测系统，其特征还在于：所述数据处理单元(2)包括用于存储标准化钢管的声时值信息的储存模块(21)、用于接收储存模块(21)传送的标准化钢管的声时值信息，并与新接收到的待测钢管的检测信息进行比较，判断该钢管是否存在缺陷问题的诊断模块(22)。

3.根据权利要求1所述的一种钢管脱空超声在线检测系统，其特征还在于：该钢管脱空超声在线检测系统，还包括报警单元(3)，所述报警单元(3)与数据处理单元(2)连接，接收数据处理单元(2)传送的指令信息。”

但上述技术方案只能对钢管的是否脱空进行定性检测，不能对钢管的脱空程度进行定量判断，且检测对象仅限于标准化的钢管，检测范围比较窄。

另有申请号为200910183514.4，名称为“钢管脱空超声检测方法”的专利申请公开了如下技术方案：

“钢管脱空超声检测方法，其特征是，该方法包括以下步骤；

步骤1确定每根钢管的检测断面，在钢管表面设置若干测线，每根测线分布在钢管断面直径的两端，各测线在钢管表面均匀分布；

步骤2用小锤对拱肋各断面各测线敲击，根据敲击声对钢管内的混凝土密实度进行初步判断，并记录判处结果，对处判有缺陷的地方作为重点检测对象；

步骤3用工具尺测出各断面测线的直径，并记录；

步骤4在钢管表面涂抹耦合剂，对每个测线用检测装置进行检测，并记录仪器显示的声时、声速、振幅、频率和波形参数；

步骤5对上步骤记录的多组数据进行分析计算，得出管内的混凝土均匀状况；

步骤6如果钢管内混凝土均匀性好，则进行管内缺陷的定量计算，通过检测装置测出的声时值，计算出各断面的管内缺陷值；如果钢管内混凝土均匀性不好，则得出结论，完成检测。”

以上方案具有如下问题：

首先，需要用小锤敲击以进行人工的初步判断，主观影响因素大。

其次，采取表面对测，为检测整个断面，需要在被测构件上布置很多检测点，增大了检测工作量，工作效率低。

最后，检测数据信息太多，没有建立数据处理系统，整个检测过程以及数据处理工作繁杂。

故本领域仍需要一种不损伤构件、检测可靠、工作量小、工作效率高、可定性定量检测钢板脱空程度的装置或/和方法。

发明内容

为克服现有技术中钢板粘贴密实度检测装置及方法的不足，本发明提供一种检测可靠、工作量小、工作效率高、可定性定量检测脱空程度的钢板粘贴密实度检测装置及方法。具体方案如下：

一种钢板粘贴密实度检测装置，所述检测装置包括用于发射超声波的发射换能器、用于接收超声波的接收换能器、扫描装置和数据处理系统；

所述发射换能器、所述接收换能器与所述数据处理系统依次连接，所述扫描装置一端连接所述发射换能器，另一端连接所述接收换能器，所述数据处理系统包括用于放大所述接收换能器接收到的信号的放大器和用于对数据进行图形显示的示波器。

根据本发明的一个优选实施例，所述数据处理系统包括数据存储模块、数据分析模块和预警模块，所述数据存储模块、所述数据分析模块与所述预警模块依次连接。

根据本发明的一个优选实施例，所述数据分析模块包括计算方法选择模块和计算结果比较模块，所述计算方法选择模块、所述计算结果比较模块相互连接。

一种钢板粘贴密实度检测方法，包括如下步骤：

S1、在钢板混凝土构件两侧对应且均匀地布置若干检测点；

S2、将各个所述发射换能器布置在钢板一侧的检测点上，将各个所述接收换能器布置在混凝土一侧的检测点上；

S3、连接所述数据处理系统与各个所述接收换能器，所述扫描装置在检测点范围内对构件进行来回扫描，各检测点信息同时测出，然后所述接收换能器将信号输入所述数据处理系统进行处理，最后输出检测结果，需要进行下个区域的检测时，将检测装置移至相应的位置即可。

根据本发明的一个优选实施例，所述步骤S3具体包括如下步骤：

S31、所述接收换能器接收到的信号被所述放大器放大，经放大的信号随后被传输至所述数据存储模块；

S32、所述数据存储模块将接收到的经放大的信号输送至所述数据分析模块(42)；

S33、所述数据分析模块对收到的信号进行计算分析，所述示波器对所述数据分析模块输出的信号进行波形的图样显示，然后将分析信号传输至所述预警模块，所述预警模块显示所述数据分析模块的分析结果，若数据超出预设范围，则进行预警；若数据在正常范围内，则显示正常。

根据本发明的一个优选实施例，所述步骤S33包括选择适用于不同场合的计算方法的步骤和比较不同的计算结果精度的步骤。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1、钢管脱空超声在线检测系统仅具有数据处理单元，其根据接收到的检测装置传送的声时、声速、振幅、频率和波形参数信息，将上述信息进行处理、计算，判断该钢管内的混凝土均匀性是否良好，该方案还具有储存模块、报警单元，但都仅能检测钢管与混凝土粘贴处是否脱空，不能对脱空程度进行检测，即不可定量检测脱空程度。本发明提供的技术方案除了能对钢板与混凝土是否脱空进行检测，还可通过具体的算法，计算出钢板的脱空程度，从而更好地检测钢板和混凝土的粘贴质量，更好地进行维修，以防止事故发生。

2、钢管脱空超声检测方法的步骤4为在钢管表面涂抹耦合剂，对每个测线用检测装置进行检测，在钢管表面涂抹耦合剂比较费时，且该步骤需要对每个测线逐个检测，比较费时，工作量大，而本发明提供的方案中使用扫描装置，可对不同检测点进行自动扫描，时间短，不需逐个检测，工作量小，工作效率高。

3、钢管脱空超声检测方法的步骤2需要用小锤对拱肋各测线进行敲击，然后根据敲击声对钢管内的混凝土密实度进行初判，记录判处结果，将判处有缺陷的地方作为重点检测对象，因为敲击由操作人员执行，不同操作人员的习惯不一样，力度不一样，细心程度也不一样，且使用的小锤可能也会不相同，故主观因素影响较大，很有可能影响初判结果，漏掉有缺陷的地方，其检测准确率有待提升。本方案提供的检测方法均为自动检测，不需要人工敲击钢板，故不存在主观因素的影响，检测可靠性高。

4、钢管脱空超声检测方法中需要人工使用小锤敲击，且需要逐个涂抹耦合剂，操作复杂繁琐，而本发明提供的技术方法无需人工操作，使用简单方便。

5、本方案提供的检测装置设备轻巧、对人体无害、灵敏度高、适用性好、穿透力强，可及时得到探伤结果，并能在线检查正在运行的装置和设备。

6、采用空间交叉对测法，布置检测点较少，且可对构件进行较大范围扫描，从而得到更准确的检测结果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本技术方案提供的检测装置的示意图；

图2是超声波探头的检测点布置图；

图3是钢板脱粘时的超声波传播路线图；

图中：1、发射换能器，2、接收换能器，3、扫描装置，4、数据处理系统，41、数据存储模块，42、数据分析模块，43、预警模块，44、放大器，45、示波器；

01、钢板，02、混凝土。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1～图3，一种钢板粘贴密实度检测装置，包括多个用于发射超声波的发射换能器1、多个用于接收超声波的接收换能器2、扫描装置3和数据处理系统4。

所述发射换能器1、所述接收换能器2与所述数据处理系统4依次连接，所述扫描装置3一端连接所述发射换能器1，另一端连接所述接收换能器2，所述数据处理系统4包括用于放大所述接收换能器2接收到的信号的放大器44和用于对数据进行图形显示的示波器45。

一种钢板粘贴密实度检测方法，包括如下步骤：

S1、在钢板混凝土构件两侧对应且均匀地布置若干检测点；

S2、将各个所述发射换能器1布置在钢板01一侧的检测点上，同时将各个所述接收换能器2布置在混凝土02一侧对应的检测点上；

S3、连接所述数据处理系统4与各个所述接收换能器2，所述扫描装置3在检测点范围内对构件进行来回扫描，各检测点信息同时测出，然后所述接收换能器2将信号输入所述数据处理系4统进行处理，最后输出检测结果，需要进行下个区域的检测时，将检测装置移至相应的位置即可。

请参阅图2，钢板01一侧的超声波检测点记为M1～M8(此处以8个检测点为例，实际检测中根据需要确定)，混凝土02一侧的超声波检测点记为N1～N8，M1～M8处均布置有所述发射换能器1，N1～N8处均布置有所述接收换能器2，布置完毕后，所述扫描装置3在检测点范围内对构件进行来回扫描，然后开始检测。检测时，检测点M1～M8处的各个所述发射换能器1同时发射超声波，检测点N1～N8处的各个所述接收换能器2同时相应接收超声波，N1接收M1发射的超声波，N2接收M2发射的超声波，依次类推。各个检测点根据检测需要均匀分布。

为保证测试结果的准确性，测试过程中，必须使用同一台检测装置，同一对收发换能器、同一电压及相同的发射频率。

超声波空间交叉对测法的检测原理详述如下：

请继续参阅图2和图3，根据多面体展开后两点之间的最短距离可以得出图3所示的M1和N1之间沿钢板的最短距离为M1RN1的路径长度，因此，基于超声波传输的原理，知其中，为所述发射换能器1的发射探头和所述接收换能器2的接收探头之间最短的距离，为两探头之间沿钢板01的最短距离。

若钢板的声速取v_c＝5700m/s计，根据模型结构截面尺寸 由t_c＝t_s得v_c＝3651.5m/s，因此可得知钢板粘贴质量情况。

钢板粘贴缺陷主要表现为脱粘，定量检测脱粘尺寸有其上限值，上限值是由于透射波迟于折射波或绕射波到达检测点而未能成为首波所致，因此超声波的绕射过脱空缺陷后再通过混凝土内部到达接收换能器的传播时间为：

$t_{\mathrm{\α}}=\frac{dcos\left(\mathrm{\α}\right)}{v_s}+\frac{\sqrt{D^2-2Dsin\frac{dsin\left(\mathrm{\α}\right)}{2D}}}{v_c}$

则脱空或脱粘厚度定量检测的实际上限值为h_max＝(t_α-t)·v_k

其中D为检测点之间混凝土02的厚度；α为入射角；v_k为超声波在空气中的传播速度；d为钢板厚度。

进一步地，所述数据处理系统4包括数据存储模块41、数据分析模块42和预警模块43，所述数据存储模块41、所述数据分析模块42与所述预警模块43依次连接，所述放大器44连接所述数据存储模块41，所述示波器45连接所述预警模块43。

进一步地，所述数据分析模块42包括计算方法选择模块和计算结果比较模块，所述计算方法选择模块、所述计算结果比较模块相互连接。

进一步地，所述步骤S3具体包括如下步骤：

S31、所述接收换能器2接收到的信号被所述放大器44放大，经放大的信号随后被传输至所述数据存储模块41；

S32、所述数据存储模块41将接收到的经放大的信号输送至所述数据分析模块42；

S33、所述数据分析模块42对收到的信号进行计算分析，判断方法包括首波声时法(声速法)、波形识别法、首波频率法以及首波幅度法等，所述示波器45对所述数据分析模块42输出的信号进行波形的图样显示，然后将分析信号传输至所述预警模块43，所述预警模块43显示所述数据分析模块42的分析结果，若数据超出预设范围，则进行预警，并定量评估钢板粘贴脱空量，即密实度的大小；若数据在正常范围内，则显示正常。

进一步地，所述步骤S33包括选择适用于不同场合的计算方法的步骤和比较不同的计算结果精度的步骤，具体为设置自动选择功能键，里面编制多种钢板粘贴质量的判断方法模块，根据需要选取不同的方法进行分析判断。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种钢板粘贴密实度检测装置，其特征在于，所述检测装置包括多个用于发射超声波的发射换能器(1)、多个用于接收超声波的接收换能器(2)、扫描装置(3)和数据处理系统(4)；

多个所述发射换能器(1)、多个所述接收换能器(2)与所述数据处理系统(4)依次连接，所述扫描装置(3)一端连接所述发射换能器(1)，另一端连接所述接收换能器(2)，所述数据处理系统(4)包括用于放大所述接收换能器(2)接收到的信号的放大器(44)和用于对数据进行图形显示的示波器(45)。

2.根据权利要求1所述的钢板粘贴密实度检测装置，其特征在于，所述数据处理系统(4)包括数据存储模块(41)、数据分析模块(42)和预警模块(43)，所述数据存储模块(41)、所述数据分析模块(42)与所述预警模块(43)依次连接。

3.根据权利要求2所述的钢板粘贴密实度检测装置，其特征在于，所述数据分析模块(42)包括相互连接的计算方法选择模块和计算结果比较模块。

4.一种钢板粘贴密实度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在钢板混凝土构件两侧对应且均匀地布置若干检测点；

S2、将多个所述发射换能器(1)布置在钢板(01)一侧的检测点上，同时将多个所述接收换能器(2)布置在混凝土(02)一侧的检测点上；

S3、连接所述数据处理系统(4)与各个所述接收换能器(2)，所述扫描装置(3)在检测点范围内对构件进行来回扫描，各检测点信息同时测出，然后所述接收换能器(2)将信号输入所述数据处理系(4)统进行处理，最后输出检测结果，需要进行下个区域的检测时，将检测装置移至相应的位置即可。

5.根据权利要求4所述的钢板粘贴密实度检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：

S31、所述接收换能器(2)接收到的信号被所述放大器(44)放大，经放大的信号随后被传输至所述数据存储模块(41)；

S32、所述数据存储模块(41)将接收到的经放大的信号输送至所述数据分析模块(42)；

S33、所述数据分析模块(42)对收到的信号进行计算分析，所述示波器(45)对所述数据分析模块(42)输出的信号进行波形的图样显示，然后将分析信号传输至所述预警模块(43)，所述预警模块(43)显示所述数据分析模块(42)的分析结果，若数据超出预设范围，则进行预警；若数据在正常范围内，则显示正常。

6.根据权利要求4所述的钢板粘贴密实度检测方法，其特征在于，所述步骤S33包括选择适用于不同场合的计算方法的步骤和比较不同的计算结果精度的步骤。