一种大直径钢管混凝土灌浆密实度检测装置的制作方法

1.本实用新型属于防灾减灾中无损检测工程技术领域，具体涉及一种大直径钢管混凝土灌浆密实度检测中提高波速测量准确率的装置及方法。


背景技术：

2.钢管混凝土是一种具有良好的受力性能和施工性能的新型的建筑结构形式，具有较好的安全性，适用性和耐久性，在土木工程的领域运用的越来越广泛。钢管混凝土实际施工过程中，由于受到施工人员技术、天气等多种因素的影响，浇筑钢管混凝土的过程中会出现内部空洞和钢管壁与混凝土脱空等现象，这类现象也可以称为缺陷。这些缺陷的存在降低了钢管混凝土的强度，严重威胁着建筑物的安全，所以对于钢管混凝土的密实度检测显得十分重要。
3.目前，钢管混凝土施工过程中密实度检测的方法一般有以下三种：
4.管外敲击法：管外敲击法是技术人员敲击钢管壁，根据敲击时钢管发声的不同音色找出钢管与混凝土的脱空的位置，定性地找出缺陷的位置。该方法主要依靠技术人员的经验，操作简单便捷，广泛的应用于工程实践中，是一种比较粗略的检测手段，测试范围深度一般在10cm以内。在工程检测精度要求较高的情况无法满足，同时对于钢管混凝土内部的缺陷敲击法则不再适用。
5.超声法：超声法检测钢管混凝土缺陷的基本原理是在钢管外径的一端利用发射换能器发出超声波激励信号，经过钢管和混凝土传向钢管外径另一端的接收换能器。超声波在传播过程中遇到由各种缺陷形成的界面时就会改变传播方向和路径，其能量就会在缺陷处被衰减，造成超声波到达接收换能器时的声时、声幅、频率的相对变化。该方法广泛地应用于钢管混凝土拱桥拱肋、大型钢管混凝土柱的密实度检测。超声法有对测法和埋管法，埋管法主要应用于大型工程。超声法具有穿透能力强，检测设备简单，操作方便，检测成本低廉等优点。但因钢管的存在，超声波在钢管混凝土中的传播途径比较复杂，不能排除超声波完全通过钢管壁传播的情况。采用埋管法时，声测管为预先埋设，只能检测钢管内核心区混凝土质量，无法检测钢管壁与混凝土的黏结状况；对设有内加劲环的钢管混凝土柱，无法检测内加劲环处混凝土质量，尤其无法检测加劲环腋下是否有孔洞存在。
6.钻芯取样法：用混凝土钻芯机，直接从所需检测的结构或构件上钻取混凝土芯样判定核心混凝土的内部缺陷及钻芯处的钢管壁和混凝土的黏结情况。该方法具有检测结果直观、可靠的优点。但钻芯取样只能反映钻孔范围内混凝土质量，存在较大的盲区。钻芯法还存在设备庞大、费工费时、价格昂贵的缺点。对于大直径及设有内加强环的钢管混凝土不再适用。钻芯取样法不属于无损检测。在实际工程检测中不宜用于大批量检测。
7.此外还有冲击回波法、红外热成像法以及利用光纤传感技术对钢管混凝土的缺陷进行检测，但都存在检测精度不够，性价比低，适用范围小等缺点。


技术实现要素：

8.本实用新型的内容在于提供一种大直径钢管混凝土灌浆密实度检测中提高波速测量准确率的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
10.一种大直径钢管混凝土灌浆密实度检测装置，包括立杆1，立杆1垂直的插入钢管4内，立杆1的上方设置有套筒2和伸缩式支撑杆3；其中，套筒2外侧分别与四个伸缩式支撑杆3相连，每个伸缩式支撑杆3的端部均通过n型卡扣5固定在钢管4的顶壁上；立杆1的上中下位置各安装一个内置压电陶瓷传感器7；固定座11外套于立杆1的顶部，固定座11顶部焊接有一根水平固定的横杆12，横杆12与连接杆13铰接连接，连接杆13底部与撞击锤14相连，在撞击锤14的底部粘贴外置压电陶瓷传感器6；外置压电陶瓷传感器6(信号发射端)和内置压电陶瓷传感器7(信号接收端)均由bnc信号线9与声发射信号放大器相连。
11.本实用新型还具有以下附加技术特征：
12.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：内置压电陶瓷传感器7均通过bnc信号线9与声发射信号放大器连接，声发射信号放大器均与全信息声发射信号分析仪通过信号传输线相连，全信息声发射信号分析仪用以采集并显示内置压电陶瓷传感器7接收并放大后的声信号。
13.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：立杆1为一根或一组细长光圆的直杆，立杆1的外侧设置有刻度；立杆1长度1.0m、直径8mm。
14.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：套筒2的外侧分布四个螺纹接口，螺纹接口内径10mm，和伸缩式支撑杆3相连；套筒2上设置有压紧调节螺栓8用于锁紧立杆1；套筒2的内径9mm，外径15mm，长度15cm。
15.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：伸缩式支撑杆3分别与套筒2外侧分布四个螺纹接口连接，伸缩式支撑杆3与钢管4通过n型卡扣5连接，n型卡扣5上设置有固定螺栓10用于锁紧钢管4；伸缩式支撑杆3外径10mm，长80cm。
16.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：外置压电陶瓷传感器6(信号发射端)和内置压电陶瓷传感器7(信号接收端)的压电常数d3或d31≥120
×
10-12
c/n。
17.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：内置压电陶瓷传感器7(信号接收端)包括有声阻抗匹配层和压电陶瓷片，压电陶瓷片分为正负两极，通过焊锡与信号线中的电缆线连接；制作压电陶瓷片的粘接剂为改性302丙烯酸酯胶粘剂，屏蔽层所涂抹的材料为含银的树脂复合材料。
18.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：bnc信号线9包括bnc连接器基座、外套和探针，bnc信号线9由内外两层线圈组成，bnc信号线9直径5mm，长度为2m。
19.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：声发射信号放大器采用单端输入，传输通过两线制传输，单个放大器的增益为40db，尺寸为80mm
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50mm
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23mm，带宽为10khz-2mhz。
20.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：全信息声发射信号分析仪为ds2系列2-8通道全信息声发射信号仪，采用usb3.0接口，连续数据通过率大于48mb/s，通道输入阻抗为50ω，采用单端信号输入类型，触发方式为软件触发，信号门限触发，外部触发三种，供电方式采用外部220v供电。
21.本实用新型和现有技术相比，其优点在于：
22.优点1：本实用新型通过设置粘贴有内置压电陶瓷传感器7的立杆1，将立杆1插入灌浆后的钢管4的混凝土中，通过外侧粘贴有外置压电陶瓷传感器6的尖头锤敲击，通过过敲击钢管4侧壁发出声信号，当声信号经过钢管4侧壁和混凝土到达立杆1上的内置压电陶瓷传感器7之后被接收，信号发射端和接收端同时通过声发射信号放大器均与全信息声发射信号分析仪相连，通过对比分析发射端信号与接收端信号的首波到达时间和波形波幅等相关参数确定钢管4混凝土浇筑密实度的相关情况。
23.优点2：相比较对测法等传统的超声检测方法，本实用新型在钢管4混凝土中埋入传感器的改进方法缩短了发射和接收传感器之间的距离，同时排除了声波只沿钢管4传播而不经过混凝土的情况，提高了波速测量的准确率。解决了在波速测量中由于距离过大出现的信号接收不明显的问题和声波传播路径不明确的问题。
24.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。
26.图1为本实用新型的三维立体示意图。
27.图2为本实用新型的俯视图。
28.图3为本实用新型的立杆1、套筒2、伸缩式支撑杆3的连接结构示意图；
29.图4为本实用新型的钢管4和n型卡扣5的连接结构示意图；
30.图5为本实用新型的撞击锤14安装连接结构示意图；
31.图6为本实用新型的外置压电陶瓷传感器6安装结构示意图。
32.图中：立杆1，套筒2，伸缩式支撑杆3，钢管4，n型卡扣5，外置压电陶瓷传感器6，内置压电陶瓷传感器7，压紧调节螺栓8，bnc信号线9，固定螺栓10，固定座11，横杆12，连接杆13，撞击锤14。
具体实施方式
33.下面将参照附图更详细地描述本实用新型公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本实用新型公开的示例性实施例，然而应当理解，本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。
34.一种大直径钢管混凝土灌浆密实度检测中提高波速测量准确率的装置，包括立杆1，立杆1为一根或一组细长光圆的直杆，立杆1的外侧设置有刻度；每根立杆1均可与其他立杆1首尾连接以便根据实际情况加长，直到连接到合适长度；
35.立杆1垂直的插入钢管4内的中间位置或其他合适位置，为了保证立杆1的垂直和稳定，立杆1的上方用套筒2和伸缩式支撑杆3将立杆1固定。
36.其中，套筒2内径大于立杆1的直径，套筒2外侧分别与四个伸缩式支撑杆3相连，每个伸缩式支撑杆3的端部均通过n型卡扣5固定在钢管4的顶壁上；伸缩式支撑杆3可以伸长或缩短，以调整长度和角度将立杆1和套筒2垂直固定在合适位置。
37.在立杆1的上中下位置各安装一个内置压电陶瓷传感器7，内置压电陶瓷传感器7均匀的分布在立杆1上。在撞击锤14的底部粘贴外置压电陶瓷传感器6。外置压电陶瓷传感器6(信号发射端)和内置压电陶瓷传感器7(信号接收端)均由bnc信号线9与声发射信号放大器相连。撞击锤14的尖头部位在钢管4的适当位置敲击，通过这种方式激励发出信号。当外置压电陶瓷传感器6的声信号经过钢管4和混凝土到达立杆1上的内置压电陶瓷传感器7后被接收。
38.内置压电陶瓷传感器7均通过bnc信号线9与声发射信号放大器连接，声发射信号放大器均与全信息声发射信号分析仪通过信号传输线相连，全信息声发射信号分析仪用以采集并显示内置压电陶瓷传感器7接收到的并放大后的声信号。通过对比分析发射端信号与接收端信号的首波到达时间和波形波幅等相关参数，确定钢管4混凝土浇筑密实度的相关情况。
39.立杆1为单根长度1.0m的带有毫米刻度的细长立杆1，通过记录钢管4上边缘的刻度来确定埋入混凝土中声传感器的位置。立杆1可以是光圆钢筋或其他偏硬材质的材料，首尾均有螺纹接口可以与其他立杆1连接加长，立杆1直径8mm。
40.套筒2为内径9mm，外径15mm的圆管，低碳钢材质，长度为15cm，圆管内侧光滑，外侧分布四个螺纹接口，螺纹接口内径10mm，用于和伸缩式支撑杆3相连。套筒2上开设有水平的螺纹孔，螺纹孔内设有内螺纹，螺纹孔内螺纹穿设有压紧调节螺栓8，拧紧压紧调节螺栓8将立杆1和套筒2压紧，限制立杆1上下移动。
41.伸缩式支撑杆3的作用是调整钢筋的位置和传感器的高度。伸缩式支撑杆3与套筒2外侧的螺纹接口连接，伸缩式支撑杆3外径10mm，长80cm，细长直钢材质为钢材。n型卡扣5上开设有水平的螺纹孔，螺纹孔内设置有内螺纹，螺纹孔内螺纹穿设有压紧调节螺栓8，通过拧紧调节螺栓，借助n型卡扣5将钢杆固定在钢管4上。
42.外置压电陶瓷传感器6(信号发射端)和内置压电陶瓷传感器7(信号接收端)是一种可以同时发射与接收声信号的传感器，它具有可以适用狭小空间、便于阵列式制造的超薄型、高信噪比、高灵敏度的特点。外置压电陶瓷传感器6(信号发射端)和内置压电陶瓷传感器7(信号接收端)的压电常数d3或d31≥120
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10-12
c/n。
43.内置压电陶瓷传感器7(信号接收端)包括有)包括压电陶瓷片、声阻抗匹配层，连接介质、信号屏蔽层，信号屏蔽层信号线，压电陶瓷片分为正负两极，通过焊锡与信号线中的电缆线连接，压电陶瓷片的尺寸有5
×5×
2mm规格、10
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10
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2mm规格、15mm
×
15mm
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15mm规格等，受限于立杆1的尺寸优先选择5mm
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5mm
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2mm的压电陶瓷片。制作压电陶瓷片的粘接剂为改性302丙烯酸酯胶粘剂，屏蔽层所涂抹的材料为含银的树脂复合材料。
44.内置压电陶瓷传感器7的制作方法是将bnc信号线9用剥线钳将信号线外皮剥掉，区分好内部线和外部线，将内部线定义为正极，外部线分成两束，一束定义为负极，一束用作和屏蔽层连接。信号线处理好之后用电烙铁融化焊锡将压电陶瓷片的正极与信号线的正极连接牢固，用焊锡将压电陶瓷片的负极与信号线的负极连接牢固。为了将信号线中线束和压电陶瓷片粘贴牢固且密封完好，用改性302丙烯酸酯胶粘剂将焊接好信号线的压电陶
瓷片涂抹均匀并包裹完好。待改性302丙烯酸酯胶粘剂固结成形，用丙酮将掺有银的树脂复合材料溶解，用棉签将融化的材料涂抹在压电陶瓷的正极面所在位置，待所涂抹的材料风干后将另一束外层信号线与屏蔽层贴合密实，同样用改性302丙烯酸酯胶粘剂将线固定在传感器上，并包裹密实。屏蔽层的作用是用于保证传感器主体部分的抗噪声和抗干扰性能。
45.bnc信号线9用于保证信号传输过程中的抗噪声和抗干扰性能。bnc信号线9包括bnc连接器基座、外套和探针，bnc信号线9由内外两层线圈组成，bnc信号线9直径5mm，长度根据试验情况选择，一般为2m。
46.固定座11外套于立杆1的顶部，固定座11顶部焊接有一根水平固定的横杆12，横杆12与连接杆13铰接连接，连接杆13底部与撞击锤14相连，连接杆13通过限位器限制抬起的角度，撞击锤14敲击钢管4混凝土壁产生声信号。
47.撞击锤14为尖头锤，用以作为作为激励端，起到信号发射端的作用，尺寸为锤把为20cm长，锤把直径约2cm，锤头长约10cm，重约1.5kg。撞击锤14的锤头需要用改性302丙烯酸酯胶粘剂将制成的外置压电陶瓷传感器6粘贴在其底部，并将外置压电陶瓷传感器6连接的信号线固定在锤把上。通过撞击锤14的尖头部位敲击钢管4混凝土的外壁，激励发出声音信号。
48.声发射信号放大器是一种声发射系统监测中的前置放大器。放大器为pxpa前置放大器，用以放大并过滤传感器采集的信号，提高信噪比，其具有体积小，抗撞击，高带快，低噪音，散热好的特点。声发射信号放大器采用单端输入，传输通过两线制传输，单个放大器的增益为40db，外观尺寸为80
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50
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23mm，带宽为10khz-2mhz。
49.全信息声发射信号分析仪为ds2系列2-8通道全信息声发射信号仪，采用usb3.0接口，可以实现多通道同步信息采集，连续数据通过率大于48mb/s，通道输入阻抗为50ω，采用单端信号输入类型，触发方式为软件触发，信号门限触发，外部触发三种，供电方式采用外部220v供电。
50.全信息声发射分析仪的特点是完整采集整个实验过程的声发射信号，保证不丢失一点数据。并且可以根据采集的波形，更加精确的设定声发射参数提取条件，如各通道的门限、撞击鉴别时间、撞击锁闭时间等等。这样可以得到更加准确的声发射参数，避免了凭经验设置门限等参数，造成提取声发射参数的误差。同时采集到的声发射信号，用户可以选择全部或部分波形，以文本格式或二进制格式导出，以便使用matlab等工具进行波形分析。
51.全信息声发射信号分析仪需要与需要在计算机上安装驱动连接，并通过软件显示并分析得到的声发射信号。
52.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
53.因此，以上对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
54.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
55.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。