專利名稱：表面波施工質量快速無損檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種表面波施工質量快速無損檢測儀，可用于土木工程施工質量管理中，對現場施工質量進行檢測與評定。
在土木工程施工中，如修筑水壩、公路、鐵路、地基、機場、港灣等，常用土石材料及混凝土進行施工。在施工中為檢測及管理施工質量，目前采用的主要方法是用挖坑取樣(對土石料碾壓施工)及鉆孔取芯(對混凝土施工)來測試其施工后的力學參數(如密度、抗壓強度等)，評定施工質量。
但是，以上方法存在主要問題是對在大面積施工作業面上的取樣率很低，抽樣檢測數據不能正確代表工程施工質量，再加上實施這類方法要花費較多人力及時間，勞動強度大，獲得測試結果周期長、誤差大，不能達到快速正確掌握施工質量及管理施工質量的目的，因此，上述方法距現代化施工管理要求差距很大。
表面波施工質量快速無損檢測儀是采用新的檢測原理及高新磁電技術研制成功的科技產品，用這種儀器進行施工質量檢測時，無需鉆孔及挖坑，完全不損傷結構物，檢測速度快，數據量充分，能對施工質量進行全面檢測及評估，從而解決了現代化施工質量管理中的重大難題。
本發明已通過技術鑒定，其樣機稱大體積混凝土深部質量無損掃描檢測儀已獲實用新型專利(專利號91200278、6)，為使其更臻完善，我們又在原有基礎上進行了功能擴展，結構改進，性能提高，從而完成了可用于土木工程施工質量管理中的一種新型快速無損檢測儀。
本發明儀器的檢測原理是表面波無損檢測理論當在半無限彈性介質表面進行垂直激振時，在介質中產生的表面波垂直于材料表面振動，沿結構表面傳播，其垂直波動深度范圍與發射頻率，表面波速度，具有如下關系VR＝2fD D＝1/2式中VR表面波速度(M/S) f表面波振動頻率(C/S)D傳播平均深度(M)λ波長(M)根據實驗及研究證明，表面波速度VR與材料密度、強度等力學參數存在良好相關性，因而通過現場檢測得到施工工程材料中表面波傳播速度，即可推算材料力學性能，對施工質量進行檢測與評定。
如
圖1所示，本發明的檢測儀由發射裝置及接收裝置組成。在發射裝置中組裝有表面波激振器(1)、功率放大器(2)、程控波形發生器(3)、振源檢測傳感器(4)、控制電路(5)、充電電池(6)等部件。在接收裝置中組裝有自動增益控制低噪聲高精度信號放大器(7)、自動跟蹤帶通濾波器(8)、相關檢測與計算機采集處理器(9)、讀數顯示器(10)、信號接收傳感器(11)、輸出接口(12)、直流電源變換器(13)等部件。發射裝置與接收裝置用電纜連接。
它們的主要組成部份詳細說明如下圖2所示為表面波激振器(1)，它由重錘(A)、永磁鋼(B)、勵磁線圖(C)、彈簧片(D)、振源檢測傳感器(E)、外殼(F)、底座(G)等組成，在勵磁線圈中通入正弦波或調制波電流時，將產生一個周期性穩態垂直激振力，此力通過底座傳遞到被測材料上產生表面波。
圖3所示為程控波形發生器(3)，這是一種采用數字頻率合成技術設計的任意函數波形發生器。它由IC1～IC5集成電路及附屬電阻電容等組成。IC2是數字存儲器，在其中存入了被量化的波形數據(根據需要可任意設定，IC2中的波形數據在IC1地址計數器的引導下，經IC3，D/A轉換器將波形數字量變換成模擬電壓，然后經IC4構成的緩沖濾波器輸出波形。波形發生器輸出的波形頻率由IC5構成的時鐘電路控制，在IC5中存入了由計算機給出了預置頻率，該程控波形發生器是根據檢測儀要求專門設計研制的。與通用的函數發生器相比具有電路簡單、精度和穩定性好、波形種類和頻率設定方便等優點。
圖4所示為自動增益控制低噪聲高精度信號放大器(7)，它由IC1-IC5等5塊集成電路組成。IC1是阻抗變換器，輸入端與傳感器相連，輸出端與IC2放大電路連接。IC2的增益由增益控制電路IC3控制，其控制基準是根據IC2輸出電壓V0與設定控制電壓V5在比較器IC5中進行比較后輸出正負比較信號VR，通過控制器電路IC4去改變增益控制電路IC3中的網絡參數，以達到對主放大器增益進行自動跟蹤控制。
圖5所示為自動跟蹤帶通濾波器(8)，它是由一個可預置中心頻率的時鐘發生器(由IC1-IC11，11塊數字集成電路組成)和一個濾波器集成電路IC12、電阻R5-R12，二個可調電阻W1、W2等組成的中心頻率可任意設置的自動跟蹤窄帶濾波器。中心頻率設置電路由集成電路IC1、IC2與面板上安裝的4位代碼開關的碼盤連接，輸出連接4位計數器集成電路IC3、IC4、IC5、IC6作為預置、計數比較電路。晶振XTAL電路產生的時鐘信號經IC8、IC9、IC10進行分頻后與IC11鎖相電路連接，其輸出經IC7分頻后，由IC6、IC4、IC3進行計數比較后去控制IC11輸入端，使IC11輸出端的頻率被鎖定在設置頻率上，把IC11的輸出頻率接至濾波器電路IC12上，作為選頻時鐘，實現了對輸入表面波信號按設置中心頻率進行自動跟蹤窄帶濾波。
圖6所示為相關檢測與計算機采集處理器(9)，它是由30塊集成電路組成三個功能塊電路組成。它們分別是相關檢測器PC1，計算機采集處理器PC2，檢測參數設定器PC3。二個表面波輸入信號經由相關檢測器PC1測定波形相位差，其數值由PC2讀入計算機內，對數據進行存儲、統計計算后由存儲器保持及顯示器(10)讀數顯示。此外在測量時儀器預設參數通過PC2先讀入然后再將其數碼送到檢測參數設定器PC3中，對儀器工作參數進行設定控制。由此可知，相關檢測與計算機采集處理器是控制儀器運行過程及進行檢測數據處理的部件。
儀器技術指標及功能如下檢測深度0.2-1(M)VR分辨率1(M/S)根據不同檢測材料儀器分五檔Ⅰ.土檢測密度及變異性Ⅱ.堆石檢測密度及變異性Ⅲ.砂礫料檢測密度及變異性Ⅳ.碾壓混凝土(大體積)檢測密度及變異性Ⅴ.常態混凝土(大體積)檢測密度及變異性本發明對施工質量進行快速無損檢測的應用是這樣實現的在土、石材料(或碾壓混凝土，常態混凝土)施工的結構物上，水平安裝發射裝置及接收裝置(圖7)，當打開儀器用發射裝置垂直激振產生表面波時，表面波將垂直于結構平面振動，沿表層材料向周圍傳播，其振源信號由傳感器(4)接收。在距振源中心L處安裝接收裝置，則表面波傳播信號將由安裝在接收裝置底盤上的信號接收傳感器(11)接收。若設信號接收傳感器(11)的信號比振源傳感器(4)的信號的時間上延時為△t＝t2-t1，則表面波傳播速度VR＝L/△t表面波穿透結構材料深度為D＝VR/2f，這樣就可測出發射裝置與接收裝置中心距內一定深度D范圍的表面波速度值。根據試驗率定，將表面波速度VR與材料密度、抗壓強度等建立方程，由此檢測計算材料力學參數，對檢測的大量數據進行數據處理、分析來評估管理施工質量。
權利要求
1.表面波施工質量快速無損檢測儀，它由發射裝置和接收裝置組成。其特征是發射裝置由表面波激振器(1)、功率放大器(2)、程控波形發生器(3)、振源檢測傳感器(4)、控制電路(5)、充電電池(6)等構成，組裝在一個鋁合金機箱內。接收裝置由自動增益控制低噪聲、高精度信號放大器(7)、自動跟蹤帶通濾波器(8)、相關檢測與計算機采集處理器(9)、讀數顯示器(10)、信號接收傳感器(11)、輸出接口(12)、直流電源變換器(13)等構成，組裝在另一個鋁合金機箱內。
2.如權利要求1所述，表面波激振器(1)，其特征是由重錘(A)、永磁鋼(B)、勵磁線圈(C)、彈簧片(D)、振源檢測傳感器(E)、外殼(F)、底座(G)等組成，在勵磁線圈中通入正弦波或調制波電流時，將產生一個周期性垂直激振力，此力通過底座傳遞到被測材料上產生表面波。
3.如權利要求1所述，程控波形發生器(3)，其特征是一種采用數字頻率合成技術設計的任意函數波形發生器，它由IC1-IC6集成電路及附屬電阻電容等組成。IC2是數字存儲器，在其中存入了被量化的波形數據(根據需要可任意設定)，IC2中的波形數據，在IC1地址計數器的引導下，經IC3，D/A變換器將波形數字量變換成模擬電壓，然后經IC4構成的緩沖濾波器輸出波形。波形發生器輸出的波形頻率由IC5構成的時鐘電路控制，在IC5中存入了由計算機給出的預置頻率，該程控波形發生器是根據檢測儀要求專門設計研制的。
4.如權利要求1所述，自動增益控制低噪聲高精度信號放大器(7)，其特征是由IC1-IC5等5塊集成電路組成。IC1是阻抗變換器，輸入端與傳感器相連，輸出端與IC2放大電路連接。IC2的增益由增益控制電路IC3控制，其控制基準是根據IC2輸出電壓V0與設定控制電壓VS在比較器IC5中進行比較后輸出正負比較信號VR，通過控制器電路IC4去改變增益控制電路IC3中的網絡參數，以達到對主放大器增益進行自動跟蹤控制。
5.如權利要求1所述，自動跟蹤帶通濾波器(8)，其特征是它是由一個可預置中心頻率的時鐘發生器(由IC1-IC11，11塊數字集成電路組成)和一個濾波器集成電路IC12、電阻R5-R12，二個可調電阻W1、W2組成的新型中心頻率可任意設置的自動跟蹤窄帶濾波器。中心頻率設置電路由集成電路IC1、IC2與面板上安裝的4位代碼開關的碼盤連接，后接4位計數器集成電路IC3、IC4、IC5、IC6作為預置、計數比較電路。晶振XTAL電路產生的時鐘信號經IC8、IC9、IC10進行分頻后與IC11鎖相電路連接，其輸出經IC7分頻后，由IC6、IC4、IC3進行計數比較后去控制IC11的輸入端，使IC11輸出端的頻率被鎖定在設置頻率上，把IC11的輸出頻率接至濾波器電路IC12上，作為選頻時鐘，實現了對輸入表面波信號按設置中心頻率進行自動跟蹤窄帶濾波。
6.如權利要求1所述，相關檢測與計算機采集處理器(9)，其特征是由30塊集成電路組成三個功能塊電路組成。它們分別是相關檢測器PC1，計算機采集處理器PC2，檢測參數設定器PC3。二個表面波輸入信號經由相關檢測器PC1測定其波形相位差，其數值由PC2讀入計算機內，對數據進行存儲、統計計算后由存儲器保持及顯示器(10)讀數顯示，此外在測量時儀器預設參數通過PC2先讀入后再將其數碼送到檢測參數設定控制器PC3中，對儀器工作參數進行設定控制，由此可知，相關檢測與計算機采集處理器是控制儀器運行過程及進行檢測數據處理的部件。
全文摘要
本發明提供了一種表面波施工質量快速無損檢測儀。這是一種以新型無損檢測理論為基礎，把集成電路、電磁材料與微電子技術、微計算機技術、數理統計分析方法相結合為一體的新型快速無損檢測儀器。采用該儀器進行施工質量檢測與管理，完全不損傷結構物，儀器安裝簡便，檢測速度快，可獲得充分數據量，因而能對施工質量進行全面檢測及評估，達到快速正確掌握施工質量和管理施工質量的目的。本發明所提供的儀器可用于土木工程中(如修筑水壩、公路、鐵路、地基、機場、港灣等)，進行施工質量管理及評定。
文檔編號G01N29/04GK1083218SQ9310485
公開日1994年3月2日 申請日期1993年4月28日 優先權日1993年4月28日
發明者孫繼增, 陶惠珍, 奚美芳, 高鳳龍, 范劼 申請人:水利水電科學研究院儀器研究所