一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法，该系统包括：超声探头阵列，包括多个阵列状分布的阵元；阵元为干耦合探头，用于激发出纵波作为检测载体；磁吸装置，安装在超声探头阵列上，用于吸附在钢管的钢板表面，以使得各干耦合探头与钢板之间均匀耦合；脉冲发射器，用以驱动各阵元；信号放大器，用于放大各干耦合探头接收到的超声信号；信号接收模块，用于接收信号放大器放大后的超声信号，并将接收到的超声信号通过无线传输模块传输至数据处理模块。该系统在检测时采用磁体吸附于钢板表面，实现了探头与被检介质间的均匀耦合，不需要涂抹耦合剂，检测速度快，使得该系统可以在钢管混凝土浇筑过程中及时发现缺陷。可以在钢管混凝土浇筑过程中及时发现缺陷。可以在钢管混凝土浇筑过程中及时发现缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法


[0001]本专利技术涉及建筑施工领域，尤其涉及一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法。

技术介绍

[0002]钢管混凝土结构通过在钢管内填充混凝土提高钢管的强度和刚度，具有承载力高、延性高、抗震性能优越、施工周期短和结构自重轻等优点，但受截面尺寸大、内部构造复杂、施工困难等的影响，以现有施工技术浇筑的钢管混凝土构件往往存在孔洞、疏松、脱空等质量缺陷，严重影响了工程结构的安全性能。
[0003]钢管混凝土浇筑质量的检测方法主要有对测式超声法和超声相控阵法。对测式超声法采用两个超声探头，通过测试分析超声纵波在浇筑后钢管混凝土中的传播速度、幅值和相位，以判断钢管混凝土的浇筑质量，但方法采用单点检测，检测效率低。超声相控阵采用阵列式分布的阵元传感器，通过控制各阵元激励或接收脉冲的延迟时间，可实现超声波声束偏转和聚焦成像，以检测浇筑后钢管混凝土内部是否存在缺陷及其位置，但当前所用相控阵仪器大都采用50kHz的剪切波作为检测载体，在混凝土硬化后进行无损检测，对于识别出的缺陷需采用破损方法进行修复，时效性差、修复成本高，且无法实现缺陷的定量化识别。同时，当前相控阵仪器多采用压电探头或干耦合探头，压电探头需在被检对象表面添加耦合剂，干耦合探头需人工施加压力，在检测过程中易出现耦合不均匀，且检测效率低下。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法，采用该系统能够在混凝土浇筑过程中对钢板
‑r/>混凝土结合面和混凝土内部缺陷进行实时检测，可及时发现、修复缺陷，时效性强，以提高钢管混凝土的现场施工质量。
[0005]为实现上述目的本专利技术提供了一种超声相控阵系统，其包括：
[0006]超声探头阵列，包括多个阵列状分布的阵元；所述阵元为干耦合探头，用于激发出纵波作为检测载体；
[0007]磁吸装置，安装在所述超声探头阵列上，用于吸附在钢管的钢板表面，以使得各所述干耦合探头与钢板之间均匀耦合；
[0008]脉冲发射器，用以驱动各所述阵元；
[0009]信号放大器，用于放大各所述干耦合探头接收到的超声信号；
[0010]信号接收模块，用于接收所述信号放大器放大后的超声信号，并将接收到的超声信号通过无线传输模块传输至数据处理模块。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：所述脉冲发射器通过延时驱动各阵元，使得超声探头阵列的波束偏转和聚焦；所述脉冲发射器的激励电压可调，其范围是1～1000V。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：所述干耦合探头为200kHz或500kHz的探头。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：所述磁吸装置包括环绕分布在所述超声探头阵列边缘
的磁体。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：所述磁吸装置包括分布在所述干耦合探头之间的磁体。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：所述磁体为电磁体和/或永磁体。
[0016]本专利技术还提供一种钢管混凝土施工方法，该方法进行分段浇筑，至少一段的浇筑过程包括以下步骤：
[0017]S1：向钢管中浇筑预定高度的混凝土；
[0018]S2：清洁钢管表面，沿外表面布置与新浇混凝土对应的若干测试区域，安装权利要求1至6中任一所述的超声相控阵系统；安装过程中，利用磁吸装置将超声探头阵列固定在测试区域所在的钢板表面，以使得所述超声探头阵列的干耦合探头与钢板耦合；
[0019]S3：利用脉冲发射器延时激励超声探头阵列中不同阵元，调节信号放大器的增益直至得到高信噪比的超声信号；
[0020]S4：利用信号接收模块采集不同通道的超声信号，通过WiFi无线传输至数据处理模块；
[0021]S5：在数据处理模块中对超声信号进行集中处理，以识别混凝土内部以及混凝土
‑
钢板结合面是否存在缺陷；若存在缺陷，则提示施工人员对新浇混凝土采用人工振捣法进行振捣，直到缺陷消除；若不存在缺陷，则进行下一段浇筑。
[0022]本专利技术的进一步改进在于：数据处理模块所采用的算法包括：滤波算法、合成孔径算法、人工智能缺陷识别算法。
[0023]本专利技术提供的装置及方法具有以下技术效果：
[0024]1)检测时采用磁体自动吸附于钢板表面，实现了探头与被检介质间的均匀耦合，不需要涂抹耦合剂，检测速度快；
[0025]2)在钢管混凝土浇筑过程中进行检测，施工现场识别钢管混凝土中的缺陷，检测时效性高，缺陷修复成本低；
[0026]3)采用高频纵波为检测载体，利用人工智能算法实现了缺陷识别的自动化和定量化，检测精度高。
附图说明
[0027]图1是本专利技术超声相控阵系统使用过程的示意图；
[0028]图2是本专利技术超声相控阵系统的原理图；
[0029]图3是钢管混凝土施工方法的流程图。
具体实施方式
[0030]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]为了阐释的目的而描述了本专利技术的一些示例性实施例，需要理解的是，本专利技术可
通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。
[0032]如图1、图2所示，本专利技术的实施例包括一种超声相控阵系统，其包括：
[0033]超声探头阵列31，包括多个阵列状分布的阵元。本实施例中阵元为干耦合探头，用于激发出纵波作为检测载体，可选频率为：75kHz、100kHz、200kHz和500kHz，可根据不同的检测对象和精度选取探头频率。
[0034]磁吸装置，安装在超声探头阵列31上，用于吸附在钢管1的钢板表面，以使得各干耦合探头与钢管的钢板之间均匀耦合。磁吸装置与超声探头阵列31的总成被称为超声相控阵3。
[0035]脉冲发射器33，用以驱动各阵元。脉冲发射器33通过延时驱动各阵元以调节各阵元发出的超声波的相位，使得超声探头阵列的波束偏转和聚焦。脉冲发射器33的激励电压可调，其范围是1～1000V。
[0036]信号放大器34，用于放大各干耦合探头接收到的超声信号。信号放大器34的增益可调，最大增益为100dB。
[0037]信号接收模块35，用于接收信号放大器放大后的各路超声信号，并将接收到的超声信号通过无线传输模块36传输至数据处理模块37。无线传输模块36通过加密WiFi将超声信号数据无线传输至数据处理模块37，最高传输速率可达120Mbps。
[0038]数据处理模块37具有合成孔径自动成像算法和基于深度学习的缺陷自动识别算法，可自动识别缺陷位置与尺寸，实现缺陷的定量化检测。数据处理模块37所采用的算法为现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声相控阵系统，其特征在于包括：超声探头阵列，包括多个阵列状分布的阵元；所述阵元为干耦合探头，用于激发出纵波作为检测载体；磁吸装置，安装在所述超声探头阵列上，用于吸附在钢管的钢板表面，以使得各所述干耦合探头与钢板之间均匀耦合；脉冲发射器，用以驱动各所述阵元；信号放大器，用于放大各所述干耦合探头接收到的超声信号；信号接收模块，用于接收所述信号放大器放大后的超声信号，并将接收到的超声信号通过无线传输模块传输至数据处理模块。2.根据权利要求1所述的一种超声相控阵系统，其特征在于：所述脉冲发射器通过延时驱动各阵元，使得超声探头阵列的波束偏转和聚焦；所述脉冲发射器的激励电压可调，其范围是1～1000V。3.根据权利要求1所述的一种超声相控阵系统，其特征在于：所述干耦合探头为200kHz或500kHz的探头。4.根据权利要求1所述的一种超声相控阵系统，其特征在于：所述磁吸装置包括环绕分布在所述超声探头阵列边缘的磁体。5.根据权利要求1所述的一种超声相控阵系统，其特征在于：所述磁吸装置包括分布在所述干耦合探头之间的磁体。6.根据权利要求4或5所述的一种超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东波，李向民，张辉，王卓琳，许清风，高润东，
申请(专利权)人：上海市建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：