專利名稱：一種滾動式運動傳感器裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾動式運動傳感器裝置及其使用方法，屬于地球物理勘探和工程勘察中的地震勘探或無損檢測，應用于較平整表面介質(zhì)內(nèi)部工程隱患和缺陷勘察，特別是各種鋼筋混凝土構(gòu)件或公路、鐵路路基下已生成或即將生成的空洞、裂隙等隱患探測。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土板、梁、柱以及城市街道、公路、鐵路路基竣工驗收以及后期養(yǎng)護和運營中，鋼筋混凝土面層下隱患探測與評估，事關(guān)類似結(jié)構(gòu)的使用安全、運行壽命等，受到工程界廣泛重視。鋼筋混凝土或路基下覆隱患探測采用的物探方法包括地質(zhì)雷達、面波勘探、電阻率法。地質(zhì)雷達和電阻率法分別以介質(zhì)結(jié)構(gòu)介電常數(shù)和電阻率差異作為主要探測前提，不能直接反應介質(zhì)結(jié)構(gòu)的力學性質(zhì)和狀態(tài)。地質(zhì)雷達能夠一定程度上反映路基隱患的存在狀態(tài)，但其勘探深度非常有限；另外，由于地質(zhì)雷達屬于電磁波一類裝備，在鋼筋密集的混凝土結(jié)構(gòu)中實施檢測受到的干擾嚴重，有時無法勝任檢測任務。面波或地震勘探等彈性波勘探可以提供與被探測介質(zhì)結(jié)構(gòu)力學性狀相關(guān)的波速參數(shù)，但通常只能以人工方式逐點完成傳感器的移動固定，實施地震勘探或無損檢測記錄采集時，測量效率和自動化程度低，不適合現(xiàn)場工程要求。如果能提供一種連續(xù)快速檢測技術(shù)，既能提供與路基內(nèi)部介質(zhì)結(jié)構(gòu)力學性質(zhì)相關(guān)的物理參數(shù)指標，又能形成車載式連續(xù)探測，提高作業(yè)效率，對于路基下覆隱患排查和加固治理方案設計有重要價值。以彈性波傳播原理為理論基礎(chǔ)的地震勘探或無損檢測，如果將傳感器的連續(xù)移動和耦合問題同時解決，則可以形成新的路基隱患探測與評估技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種能連續(xù)快速實現(xiàn)彈性波接收的滾動式運動傳感器裝置。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種能連續(xù)快速探測混凝土結(jié)構(gòu)或路基下覆隱患或介質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況的滾動式運動傳感器裝置的使用方法。為了解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的滾動式運動傳感器裝置，包括至少一個傳感器、震源和震動信號采集儀器，所述的傳感器安裝固定在滾動輪的輪軸上，指向所需耦合方向，所述的滾動輪通過軸-輪滾動裝置繞所述的輪軸旋轉(zhuǎn)滾動，所述的滾動輪整體為剛性材質(zhì)制成；或所述的滾動輪為能在半球狀或環(huán)帶狀支護架內(nèi)自由滾動的球狀滾珠，所述的球狀滾珠在所述的半球狀或環(huán)帶狀支護架內(nèi)沿介質(zhì)表面360方向行進，所述的傳感器固定在所述的半球狀或環(huán)帶狀支護架上。所述的傳 感器是磁電式傳感器或壓電式傳感器，所述的傳感器是單分量、二分量或多分量傳感器。
所述的滾動輪是一個或多個；多個所述的傳感器垂直于前進方向平行排列或順所述的滾動輪前進方向線性排列。多個同規(guī)格同耦合方向的所述的傳感器同時安裝在一個或多個所述的滾動輪的輪軸上，以所述的滾動輪為對稱軸成對稱安裝固定，輸出信號并聯(lián)。所述的滾動輪貼地接觸面制成齒狀或刃口狀，以適應不同平整度的被檢測介質(zhì)表面耦合條件。為了解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的使用滾動式運動傳感器裝置的方法，所述的傳感器的輸出信號與所述的震動信號采集儀器采用通信連接；所述的震源與所述的滾動輪同步持續(xù)前行，所述的震源分次在介質(zhì)表面激勵近似脈沖彈性波，依次同時通過觸發(fā)器向所述的震動信號采集儀器提供同步信號，由所述的震動信號采集儀器完成介質(zhì)表面地震勘探記錄的依次采集，依次采集記錄形成地震排列記錄，由該地震排列記錄進行隱伏在滾動介質(zhì)表面下隱患的探測識別。所述的傳感器和所述的震動信號采集儀器之間的信號傳輸通過導線或通過基于網(wǎng)絡WIFI或藍牙無線通訊方式傳輸。所述的傳感器的安裝耦合方向根據(jù)需要自由確定，以檢測不同類型的地震波。采用上述技術(shù)方案的滾動式運動傳感器裝置及其使用方法，傳感器安裝固定在滾動輪的輪軸上，指向所需耦合方向，滾動輪通過軸-輪滾動裝置繞滾動軸旋轉(zhuǎn)滾動過程中，輪軸相對固定，保證傳感器的耦合方向不變；傳感器通過輪軸表面與所行使的介質(zhì)表面耦合，將介質(zhì)表面震動信號傳遞到安裝在滾動軸上的傳感器。傳感器安裝在可以繞軸自由轉(zhuǎn)動的滾動輪輪軸上，滾動輪滾動時，輪軸不旋轉(zhuǎn)，相對靜止。滾動輪整體為剛性材質(zhì)制成，被探測介質(zhì)表面的震動通過滾動輪表面耦合，再通過滾動輪傳遞到輪軸，再傳遞到安裝在滾動輪輪軸上的傳感器。傳感器可以是磁電式傳感器、壓電式傳感器或其它傳感器中的一種或多種，傳感器可以是單分量、二分量或多分量傳感器。滾動輪用來支撐定向耦合安裝傳感器，根據(jù)應用環(huán)境條件，滾動輪可以是一個或多個；多個傳感器垂直于前進方向平行排列或順滾動輪前進方向線性排列。多個同規(guī)格同耦合方向的傳感器可以同時安裝在滾動軸上，以滾動輪為對稱軸對稱安裝固定，輸出信號并聯(lián)，達到信號的增強目的。傳感器的安裝耦合方向可以自由確定，以檢測不同類型的地震波。本發(fā)明從根本上解決了傳感器的平穩(wěn)移動和與介質(zhì)表面的耦合難題。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面實施無損檢測時，可以避開鋼筋的電磁干擾，形成可靠的探測記錄數(shù)據(jù)；在鋼筋混凝土公路、鐵路路基下覆隱患探測時，可以通過車載方式實現(xiàn)連續(xù)檢測，提高了作業(yè)效率，保障了勘探深度，為工程領(lǐng)域質(zhì)量安全檢測提供了可靠的檢測技術(shù)手段。使用本發(fā)明提供的滾動式運動傳感器裝置及其使用方法，相關(guān)震源、地震儀、傳感器裝置可以形成一體化探測設備，通過車載方式在運動中實現(xiàn)持續(xù)數(shù)據(jù)采集，可以連續(xù)提供單炮多道地震記錄，也可以通過多個傳感器裝置線型連接或面型連接，形成單炮多道道集記錄，對探測區(qū)段或區(qū)域形成多次覆蓋。為后續(xù)數(shù)據(jù)資料處理與解釋提供素材。載著傳感器前進的滾動輪本身即可以單獨運動，也可以作為小型檢測裝置的運動輪，經(jīng)過對震源和滾動傳感器簡化設計，可以研制適合在小尺度混凝土介質(zhì)表面進行彈性波連續(xù)檢測的特殊裝備。 該發(fā)明適用于各種鋼筋混凝土構(gòu)建的無損檢測以及城市道路、公路、鐵路路基下覆隱患探測。


圖1是運動傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是傳感器個體相對滾動輪較小時的彈性波信號采集模式示意圖。圖3是對稱固定在滾動輪兩側(cè)的兩個傳感器并聯(lián)輸出方式。圖4是通過支撐臂固定在滾動輪軸上的單個運動傳感器示意圖。圖5是傳感器個體相對滾動輪較大時的彈性波信號采集模式示意圖。圖6是一種利用運動檢波器進行信號采集的車載式探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖7是一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)探測用無損檢測系統(tǒng)示意圖。圖8是滾動輪為能在半球狀或環(huán)帶狀支護架內(nèi)自由滾動的球狀滾珠示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1和圖4，傳感器I是單分量傳感器，傳感器I安裝固定在滾動輪2的輪軸4上，滾動輪2旋轉(zhuǎn)滾動過程中，輪軸4相對固定，保證傳感器I的耦合方向；當傳感器I為壓電式傳感器等個體較小的傳感器時，可以直接安裝在輪軸4上，如圖1所示，當傳感器I為磁電式傳感器等個體較大的傳感器時，則可以通過支撐臂20跨接固定在滾動輪2的輪軸4上。傳感器I通過輪軸表面3與所行使的介質(zhì)表面耦合，將震動信號傳遞到安裝在滾軸4上的傳感器I。傳感器I的輸·出信號通過接頭6與震動信號采集儀器7采用導線9連接。滾動輪2接觸介質(zhì)表面的輪邊緣可以制成刃口狀，適合傳感器I在特定介質(zhì)表面耦合環(huán)境。該傳感器I在運動中保持傳感器I安裝耦合方向，在滾動前行中實現(xiàn)連續(xù)震動信號采集，是一種適用于路基隱患12或混凝土結(jié)構(gòu)體質(zhì)量連續(xù)檢測的關(guān)鍵組件。參見圖3，傳感器I是二分量傳感器，多個同規(guī)格傳感器I可以同時安裝在輪軸4上，傳感器I對稱安放在滾動輪2的兩側(cè)或中央，輸出信號并聯(lián)，達到信號的增強目的。傳感器I的輸出信號與震動信號采集儀器7采用導線9連接。參見圖2和圖5，描述了運動傳感器的使用方法。震源13與滾動輪2同時持續(xù)前行，震源13分次在介質(zhì)表面激勵近似脈沖彈性波，依次同時通過觸發(fā)器10向震動信號采集儀器7提供同步信號，由震動信號采集儀器7完成介質(zhì)表面地震勘探記錄的依次采集，依次采集記錄形成地震排列記錄，由該地震排列記錄進行隱伏在滾動介質(zhì)表面下隱患12的探測識別，傳感器I是多分量傳感器，多個同規(guī)格同耦合方向的所述的傳感器I同時安裝在多個滾動輪2的輪軸4上，以滾動輪2為對稱軸成對稱安裝固定，輸出信號并聯(lián)。參見圖6，描述了攜帶運動傳感器的車載式探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了提高探測系統(tǒng)效率，震源13和傳感器I可以通過檢測車15同步移動，傳感器I通過拖行臂14前行，并保證其正確的耦合方向，在檢測車15行進中完成彈性波信號的采集。這套裝置提高了采集效率，適合公路、鐵路路基隱患的探測。滾動輪2是多個；傳感器I是多分量傳感器，多個傳感器I垂直于前進方向平行排列或順滾動輪前進方向線性排列。參見圖7，描述了一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)探測用無損檢測系統(tǒng)示意圖，在垂直于地面的方向上，兩個或四個滾動的傳感器I本身作為檢測裝置16的運動輪，貼附在被檢測鋼筋混凝土 21表面運動，震源13通過拖桿17隨檢測裝置16移動，配合兩通道或四通道地震信號采集儀器7完成彈性波震動測試。檢測裝置小巧靈活，可以在豎立的鋼筋混凝土柱上和鋼筋混凝土天花板上完成彈性波測試。參見圖8，描述了一種滾動式運動傳感器支架，滾動輪2為能在半球狀或環(huán)帶狀支護架19內(nèi)自由滾動的球狀滾珠18，球狀滾珠18在半球狀或環(huán)帶狀支護架19內(nèi)沿介質(zhì)表面360方向行進，傳感器I固定在半球狀或環(huán)帶狀支護架19上，傳感器I和震動信號采集儀器7之間的信號傳輸通過基于網(wǎng)絡WIFI或藍牙無線通訊方式傳輸。滾動式運動傳感器支架利用萬向滾珠球制成，傳感器整體能夠沿介質(zhì)表面成360方向滾動，傳感器I固定在半球狀或環(huán)帶狀支護架19上，處于相對靜止狀態(tài)，工程作業(yè)時可用拖桿拖行支架帶動傳感器I運動；類似圖7，傳感器1本 身也可以直接作為檢測小車的行動輪使用。
權(quán)利要求
1.一種滾動式運動傳感器裝置，包括至少一個傳感器(I)、震源(13)和震動信號采集儀器(7)，其特征是:所述的傳感器(I)安裝固定在滾動輪(2)的輪軸(4)上，指向所需耦合方向，所述的滾動輪(2)通過軸-輪滾動裝置(5)繞所述的輪軸(4)旋轉(zhuǎn)滾動,所述的滾動輪(2)整體為剛性材質(zhì)制成；或所述的滾動輪(2)為能在半球狀或環(huán)帶狀支護架(19)內(nèi)自由滾動的球狀滾珠(18)，所述的球狀滾珠(18)在所述的半球狀或環(huán)帶狀支護架(19)內(nèi)沿介質(zhì)表面360方向行進，所述的傳感器(I)固定在所述的半球狀或環(huán)帶狀支護架(19)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動式運動傳感器裝置，其特征是:所述的傳感器(I)是磁電式傳感器或壓電式傳感器，所述的傳感器是單分量、二分量或多分量傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滾動式運動傳感器裝置，其特征是:所述的滾動輪(2)是一個或多個；多個所述的傳感器(I)垂直于前進方向平行排列或順所述的滾動輪(2)前進方向線性排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滾動式運動傳感器裝置，其特征是:多個同規(guī)格同耦合方向的所述的傳感器(I)同時安裝在一個或多個所述的滾動輪(2)的輪軸(4)上，以所述的滾動輪(2)為對稱軸成對稱安裝固定，輸出信號并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滾動式運動傳感器裝置，其特征是:所述的滾動輪(2)貼地接觸面制成齒狀或刃口狀，以適應不同平整度的被檢測介質(zhì)表面耦合條件。
6.使用權(quán)利要求1所述的滾動式運動傳感器裝置的方法，其特征是:所述的傳感器(I)的輸出信號與所述的震動信號采集儀器(7)采用通信連接；所述的震源(13)與所述的滾動輪(2)同步持續(xù)前行，所述的震 源(13)分次在介質(zhì)表面激勵近似脈沖彈性波，依次同時通過觸發(fā)器(10)向所述的震動信號采集儀器(7)提供同步信號，由所述的震動信號采集儀器(7)完成介質(zhì)表面地震勘探記錄的依次采集，依次采集記錄形成地震排列記錄，由該地震排列記錄進行隱伏在滾動介質(zhì)表面下隱患(12)的探測識別。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用滾動式運動傳感器裝置的方法，其特征是:所述的傳感器(I)和所述的震動信號采集儀器(7)之間的信號傳輸通過導線(9)或通過基于網(wǎng)絡WIFI或藍牙無線通訊方式傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的使用滾動式運動傳感器裝置的方法，其特征是:所述的傳感器(I)的安裝耦合方向根據(jù)需要自由確定，以檢測不同類型的地震波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滾動式運動傳感器裝置及其使用方法，傳感器(1)安裝固定在滾動輪(2)的輪軸(4)上，傳感器指向耦合方向并和滾動輪一起在介質(zhì)表面運動；傳感器通過輪軸表面(3)與所行駛的介質(zhì)表面間接耦合，將震動信號傳遞耦合到安裝在滾動軸(4)上的傳感器。震源(13)與滾動輪(2)同時持續(xù)前行，由震動信號采集儀器(7)完成介質(zhì)表面地震勘探記錄的依次采集，依次采集記錄形成地震排列，由該地震排列記錄對滾動介質(zhì)表面下隱患(12)的進行探測識別。該傳感器在運動中保持傳感器安裝耦合方向，在滾動前行中實現(xiàn)連續(xù)震動信號采集，是一種適用于路基隱患(12)或混凝土結(jié)構(gòu)體質(zhì)量連續(xù)檢測的關(guān)鍵組件。
文檔編號G01N29/22GK103245968SQ20131014254
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者朱德兵, 朱樸厚 申請人:朱德兵