多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)及其檢測方法，其中系統(tǒng)包括多個探頭、深度計、高壓脈沖發(fā)生器、信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器、超聲波邏輯控制模塊和主機(jī)；深度計上設(shè)有多個導(dǎo)線槽，探頭的電纜線置于導(dǎo)線槽中；每個探頭中均包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器；超聲波邏輯控制模塊通過主機(jī)接收配置信息，并根據(jù)獲取的深度計的計數(shù)信息控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)送高壓脈沖給相應(yīng)探頭的超聲波發(fā)射換能器；信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器對相應(yīng)超聲波接收換能器的信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，超聲波邏輯控制模塊獲取信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號并在主機(jī)上顯示。本發(fā)明中的探頭采用全對稱的發(fā)射和接收方式，外部連接的探頭可以隨意混用，用戶使用更方便。
【專利說明】多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基樁的超聲波檢測，特別是涉及多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已有的多通道(多跨孔)超聲波檢測系統(tǒng)一臺儀器只能用于某一種基樁的檢測，如三通道的超聲波檢測儀只能用于檢測三孔的基樁，兩孔和四孔均不能檢測，故某一個檢測單位必須買三種儀器才能應(yīng)付各種基樁的超聲波檢測，浪費(fèi)資源與資金。
[0003]目前已有的多通道(多跨孔)超聲波檢測系統(tǒng)，以四通道為例，即有四個探頭。如圖1所示，探頭I’發(fā)射時，探頭2’、3’、4’接收；探頭2’發(fā)射時，探頭3’、4’接收；探頭3’發(fā)射時，探頭4’接收。因此，探頭I’只用于發(fā)射，探頭4’只用于接收，故四個探頭中至少有一個是不同的，即只具有接收或發(fā)射的功能。且如果其中一個探頭損壞，相關(guān)的波形將不正常。在野外檢測過程中，若只能用于發(fā)射或者接收的探頭損壞，則檢測工作不能繼續(xù)進(jìn)行，將給檢測人員帶來極大的不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中超聲波檢測系統(tǒng)中探頭不能相互替換的缺陷，提供一種可以實(shí)現(xiàn)探頭全對稱發(fā)射和接收的多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
提供一種多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)，包括多個探頭、深度計、高壓脈沖發(fā)生器、信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器、超聲波邏輯控制模塊和主機(jī)；
深度計上設(shè)有多個導(dǎo)線槽，探頭的電纜線置于導(dǎo)線槽中；
每個探頭中均包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器，超聲波發(fā)射換能器與所述高壓脈沖發(fā)生器連接，超聲波接收換能器與信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接；
信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器、主機(jī)均與超聲波邏輯控制模塊連接；
超聲波邏輯控制模塊通過主機(jī)接收配置信息，并根據(jù)獲取的深度計的計數(shù)信息控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)送高壓脈沖給相應(yīng)探頭的超聲波發(fā)射換能器；信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器對相應(yīng)超聲波接收換能器的信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，超聲波邏輯控制模塊獲取信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號并在主機(jī)上顯示。
[0006]本發(fā)明所述的檢測系統(tǒng)中，所述主機(jī)為工控機(jī)。
[0007]本發(fā)明所述的檢測系統(tǒng)中，所述信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括依次連接的放大器、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0008]本發(fā)明所述的檢測系統(tǒng)中，所述探頭中還包括前置放大器，連接在所述超聲波接收換能器和信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間。
[0009]本發(fā)明所述的檢測系統(tǒng)中，超聲波邏輯控制模塊通過FPGA實(shí)現(xiàn)。[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是:
提供一種多跨孔超聲波檢測方法，包括以下步驟:
51、將探頭置于基樁的測管中，所述探頭包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能
器；
52、通過主機(jī)設(shè)置在不同采樣剖面，高壓脈沖發(fā)生器激發(fā)探頭的順序；
53、通過主機(jī)設(shè)置基樁采樣剖面的間距；
54、根據(jù)主機(jī)的設(shè)置，以及深度計的計數(shù)信息控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)送高壓脈沖給相應(yīng)探頭的超聲波發(fā)射換能器；
55、信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器對相應(yīng)超聲波接收換能器的信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)
換；
56、超聲波邏輯控制模塊獲取信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號并在主機(jī)上顯示。
[0011]本發(fā)明所述的方法中，步驟S3中，若設(shè)置基樁采樣剖面的間距為零時，則進(jìn)行基樁預(yù)測試，高壓脈沖發(fā)生器輪流激發(fā)每一個探頭的超聲波發(fā)射換能器，當(dāng)其中一個探頭的超聲波發(fā)射換能器被激發(fā)時，其余探頭的超聲波接收換能器則同時接收信號，以根據(jù)預(yù)測試結(jié)果設(shè)置高壓脈沖發(fā)生器和信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作參數(shù)，以及選擇探頭之間的發(fā)射順序。
[0012]實(shí)施本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明中的探頭采用全對稱的發(fā)射方式，外部連接的探頭可以隨意混用，若某一探頭的發(fā)射或接收被損壞，可以采用相對的另一組數(shù)據(jù)來判定基樁的完整性，用戶使用更方便；同時此功能還可以檢測某一探頭的好壞——完全損壞或發(fā)射部分損壞或接收部分損壞，節(jié)約資源。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明的多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，更便于調(diào)試與維修，可以很方便的對儀器進(jìn)行檢測通道上的升級，不必再去購買一臺儀器，節(jié)約成本。
[0014]另外，本發(fā)明對深度計的控制上不僅兼容已有的技術(shù)，即不停地采集信號，但只保留特定位置的信號，其他丟棄的方法，更開發(fā)了更優(yōu)的方法，即到達(dá)預(yù)設(shè)位置再控制信號的采集，用戶可以根據(jù)需要選擇不同的方法。相對來說，后一方法更省電，對于野外操作更有利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有超聲波檢測系統(tǒng)中四個探頭的發(fā)射接收方式示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例四個探頭之間全對稱的發(fā)射接收方式示意圖；
圖3a-3d為本發(fā)明實(shí)施例四個探頭具體的全對稱的發(fā)射接收方式示意圖；
圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的采用FPGA板實(shí)現(xiàn)的多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意
圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例通過FPGA控制智能超聲波發(fā)射機(jī)輸出高壓信號來驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器工作的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例通過編碼器獲取深度計的計數(shù)信號的原理圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0016]為使對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下:
本發(fā)明較佳實(shí)施例多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)，以四個探頭為例，如圖2所示，包括多個探頭1、2、3、4，以及深度計60 (即提升裝置)、高壓脈沖發(fā)生器40、信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50、超聲波邏輯控制模塊30和主機(jī)20 ；
深度計60上設(shè)有多個導(dǎo)線槽，探頭1、2、3、4的電纜線置于導(dǎo)線槽中；每個導(dǎo)線槽中有一根電纜線，導(dǎo)線槽分布在一個圓形的滾輪上，探頭在基樁的測管中上下移動時，深度計60的滾輪隨之旋轉(zhuǎn)，根據(jù)滾輪的轉(zhuǎn)動角度以及滾輪的半徑即可測出探頭在基樁測管中的運(yùn)動距離，從而計算出探頭目前在基樁測管中的深度。
[0017]每個探頭中均包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器，超聲波發(fā)射換能器與所述高壓脈沖發(fā)生器40連接，在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，如圖8所示，探頭中還包括前置放大器，連接在超聲波接收換能器和信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50之間。超聲波接收換能器40接收的信號經(jīng)過前置放大器前置放大后，再通過信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50進(jìn)行處理。
[0018]如圖3所示，每一通道均是接收與發(fā)射一體的，以4通道為例，即使用四個探頭進(jìn)行檢測。本發(fā)明采用全對稱的發(fā)射和接收方式，如圖3a_3d所示，探頭I發(fā)射時，探頭2、3、4同時接收信號；探頭2發(fā)射，探頭1、3、4接收；探頭3發(fā)射，探頭1、2、4接收；探頭4發(fā)射，探頭1、2、3接收。若有m個換能器，最終將接收到
組數(shù)據(jù) 4 通道下，會采集到 12 組數(shù)據(jù)，即 1-2、1-3、1-4、2-1、2-3、2-4、3-1、3-2、3-4、4-1、
4-2、4-3，其中，類似1-2與2-1在理論上是相同的。
[0019]本發(fā)明的實(shí)施例中，探頭中的換能器可為收發(fā)一體的裝置。因此每一個探頭都可以實(shí)現(xiàn)自發(fā)自收，這樣就能很方便的檢測探頭自身的好壞，如完全損壞或發(fā)射部分損壞或接收部分損壞，若沒有完全損壞，則可以根據(jù)未損壞的部分重新分配其相應(yīng)的采集工作，從而無需全部更換探頭，可不影響正常的工作，且節(jié)約了資源。
[0020]信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50、主機(jī)20均與超聲波邏輯控制模塊30連接；
超聲波邏輯控制模塊30通過主機(jī)接收配置信息，并根據(jù)獲取的深度計60的計數(shù)信息控制高壓脈沖發(fā)生器40發(fā)送高壓脈沖給相應(yīng)探頭的超聲波發(fā)射換能器；信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50對相應(yīng)超聲波接收換能器的信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，超聲波邏輯控制模塊30獲取信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50的輸出信號并在主機(jī)20上顯示。該超聲波邏輯控制模塊30可通過FPGA模塊實(shí)現(xiàn)。
[0021]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，主機(jī)20為工控機(jī)。
[0022]信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50包括依次連接的放大器、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中，主機(jī)包括顯示器和PC104工控板，超聲波邏輯控制模塊30與該P(yáng)C104工控板連接，另外該多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)還包括電源管理模塊，其利用DC-DC將電池的電壓信號轉(zhuǎn)換為±12V、+5V、12V、機(jī)殼地AGND和數(shù)字地GND，給整個系統(tǒng)供電。
[0024]超聲波邏輯控制模塊30可通過單片機(jī)、CPLD以及FPGA來實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例中超聲波邏輯控制模塊30采用FPGA板實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA板通過主機(jī)接收記錄步距、發(fā)射電壓、采樣長度、采樣間隔、高通頻率、低通頻率、增益、延時等配置信息，在PC104工控板及超聲波邏輯控制模塊控制下，拉動深度計60，深度計60計算探頭在基樁測管中的深度，在預(yù)設(shè)的深度位置由高壓脈沖發(fā)生器40產(chǎn)生高壓脈沖，通過相應(yīng)探頭中的發(fā)射換能器將電信號轉(zhuǎn)換為超聲波脈沖信號并傳入被測混凝土，穿過混凝土的超聲脈沖波，由相應(yīng)探頭中的接收換能器接收并將聲波信號再轉(zhuǎn)換為電信號，可先經(jīng)前置放大器將信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆糯蠛?如圖8所示)送給信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50 (如圖5所示)進(jìn)行增益調(diào)整，使其信號幅度及信噪比達(dá)到一定的要求后，將該模擬信號高速轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，以便主機(jī)20進(jìn)行處理。主機(jī)20利用相關(guān)軟件進(jìn)行波形顯示、聲學(xué)參數(shù)判讀和存儲并進(jìn)行必要地分析處理等操作工序。
[0025]其中，信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器50如圖5所示，包括兩級放大電路、濾波電路(先高通再低通)和AD轉(zhuǎn)換電路。
[0026]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，可由超聲波發(fā)射機(jī)來驅(qū)動探頭中的超聲波發(fā)射換能器，若超聲波邏輯控制模塊30采用FPGA實(shí)現(xiàn)，如圖6所示，則亦通過FPGA控制智能超聲波發(fā)射機(jī)輸出高壓脈沖(500V或1000V)來驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器工作。高低壓選擇信號由FPGA板經(jīng)過移位串轉(zhuǎn)并芯片控制，觸發(fā)信號直接由FPGA板控制。
[0027]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，也可以通過編碼器獲取深度計60的計數(shù)信號，以確定當(dāng)前電纜線的位置，并將接收的數(shù)據(jù)傳送給FPGA板。編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。編碼器有絕對式和增量式兩種。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、.B兩組脈沖相位差90--，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位，適用于長距離傳輸。本發(fā)明實(shí)施例中使用編碼器的原理圖如圖7所示。
[0028]利用上述實(shí)施例的多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)進(jìn)行多跨孔超聲波檢測，該方法包括以下步驟:
51、將探頭置于基樁的測管中，探頭包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器；
52、通過主機(jī)設(shè)置，在不同采樣剖面，高壓脈沖發(fā)生器激發(fā)探頭的順序；
53、通過主機(jī)設(shè)置基樁采樣剖面的間距；
54、根據(jù)主機(jī)的設(shè)置，以及深度計的計數(shù)信息控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)送高壓脈沖給相應(yīng)探頭的超聲波發(fā)射換能器；
55、信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器對相應(yīng)超聲波接收換能器的信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)
換；
56、超聲波邏輯控制模塊獲取信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號并在主機(jī)上顯示。
[0029]本發(fā)明的一個實(shí)施例的步驟S3中，若設(shè)置基樁采樣剖面的間距為零時，則進(jìn)行基樁預(yù)測試，高壓脈沖發(fā)生器輪流激發(fā)每一個探頭的超聲波發(fā)射換能器，當(dāng)其中一個探頭的超聲波發(fā)射換能器被激發(fā)時，其余探頭的超聲波接收換能器則同時接收信號，以根據(jù)預(yù)測試結(jié)果設(shè)置高壓脈沖發(fā)生器和信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作參數(shù)，以及選擇探頭之間的發(fā)射順序。
[0030]本發(fā)明所述的方法中，步驟S4中，深度計的控制有2種方法不停地發(fā)射脈沖信
號到達(dá)預(yù)設(shè)位置再控制脈沖的發(fā)射。方法Φ中不停發(fā)射脈沖并采集數(shù)據(jù)的同時，需要不停地判斷深度計是否到達(dá)預(yù)設(shè)位置，然后根據(jù)判斷結(jié)果保留預(yù)設(shè)位置的數(shù)據(jù)并丟棄其他數(shù)據(jù)。[0031]本發(fā)明的多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，更便于調(diào)試與維修，可以很方便的對儀器進(jìn)行檢測通道上的升級，不必再去購買一臺儀器，節(jié)約成本。
[0032]本發(fā)明中對深度計的控制上不僅兼容已有的技術(shù)，即不停地采集信號，但只保留特定位置的信號，其他丟棄的方法，更開發(fā)并默認(rèn)采用了到達(dá)預(yù)設(shè)位置再通過中斷來控制信號的采集的方法，可以根據(jù)需要選擇不同的方法。相對來說，后一方法更省電，對于野外操作更有利。
[0033]另外本發(fā)明實(shí)施例中的探頭采用全對稱的發(fā)射和接收方式，外部連接的探頭可以隨意混用，若某一探頭的發(fā)射或接收被損壞，可以采用相對的另一組數(shù)據(jù)來判定基樁的完整性，用戶使用更方便；同時此功能還可以檢測某一探頭的好壞——完全損壞或發(fā)射部分損壞或接收部分損壞，節(jié)約資源。
[0034]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多跨孔超聲波檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括多個探頭、深度計、高壓脈沖發(fā)生器、信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器、超聲波邏輯控制模塊和主機(jī)；深度計上設(shè)有多個導(dǎo)線槽，探頭的電纜線置于導(dǎo)線槽中；每個探頭中均包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器，超聲波發(fā)射換能器與所述高壓脈沖發(fā)生器連接，超聲波接收換能器與信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接；信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器、主機(jī)均與超聲波邏輯控制模塊連接；超聲波邏輯控制模塊通過主機(jī)接收配置信息，并根據(jù)獲取的深度計的計數(shù)信息控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)送高壓脈沖給相應(yīng)探頭的超聲波發(fā)射換能器；信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器對相應(yīng)超聲波接收換能器的信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，超聲波邏輯控制模塊獲取信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號并在主機(jī)上顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)為工控機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括依次連接的放大器、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭中還包括前置放大器，連接在所述超聲波接收換能器和信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，超聲波邏輯控制模塊通過FPGA實(shí)現(xiàn)。
6.一種多跨孔超聲波檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:51、將探頭置于基樁的測管中，所述探頭包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器；52、通過主機(jī)設(shè)置在不同采樣剖面，高壓脈沖發(fā)生器激發(fā)探頭的順序；53、通過主機(jī)設(shè)置基樁采樣剖面的間距；54、根據(jù)主機(jī)的設(shè)置，以及深度計的計數(shù)信息控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)送高壓脈沖給相應(yīng)探頭的超聲波發(fā)射換能器；55、信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器對相應(yīng)超聲波接收換能器的信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換；56、超聲波邏輯控制模塊獲取信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號并在主機(jī)上顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S3中，若設(shè)置基樁采樣剖面的間距為零時，則進(jìn)行基樁預(yù)測試，高壓脈沖發(fā)生器輪流激發(fā)每一個探頭的超聲波發(fā)射換能器，當(dāng)其中一個探頭的超聲波發(fā)射換能器被激發(fā)時，其余探頭的超聲波接收換能器則同時接收信號，以根據(jù)預(yù)測試結(jié)果設(shè)置高壓脈沖發(fā)生器和信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作參數(shù)，以及選擇探頭之間的發(fā)射順序。
【文檔編號】G01N29/04GK103439411SQ201310408905
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】敖情波, 雷子昀, 鄧娟 申請人:武漢乾巖工程技術(shù)有限公司