CN108931581B - 一种基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，包括有小车启动机构、探伤管、波形采集器、波形处理器；小车启动机构包括有平台框架、驱动电机、车体支撑机构，平台框架的顶板安装有朝下的高度调节气缸，高度调节气缸的活塞杆连接有压板，车体支撑机构包括有前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构，前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构分别包括有上支撑杆、下支撑杆，本发明利用超声脉冲检测原理对既有路面进行无破损检测，并且利用检测数据评价路面破损程度。

Description

一种基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车

技术领域

本发明涉及路面无损探伤技术领域，尤其是一种基于超声脉冲的路面无损探伤小车。

背景技术

落锤式弯沉仪简称FWD是目前国际上最先进的路面强度无破损检测设备之一，通过测定液压小车来启动落锤装置，是由一定质量的落锤从一定高度自由落下，该冲击力作用于承载板上并传递到路面，从而对路面施加脉冲荷载，导致路面表面产生瞬时变形，记录小车将信号也即动态荷载作用下的动态弯沉值，测试数据可用于反算出路面结构层模量，但只能测量得到距荷载中心3～4米范围内的数据，不适用于对路网进行大范围长期跟踪观测；当前现有的超声成像扫描仪可在人工手动操作下对混凝土以及纤维增强混凝土进行厚度测量以及缺陷定位，但是仅限于某个检测点位的手动测量，难以适应大面积的连续性测量要求。

路面的破损不仅错综复杂，而且原因也很复杂，目前还没有普遍实用性的自动化的测量仪器可以使用，通常采用的方法有目测调查法、摄影记录法两种，其中目测调查法不仅费时费人，而且数据的可比性以及重复性都比较差；摄影记录法是采用摄像的方法记录路面的破损情况通过人工判读或图像识别的方法，确定损坏类型、严重程度和范围，摄影记录法的后期数据处理计算的工作量巨大，费用较高且相对误差也大。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，利用超声脉冲检测原理对既有路面进行无破损检测，并且利用检测数据评价路面破损程度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，包括有小车启动机构、探伤管、波形采集器、波形处理器；

小车启动机构包括有平台框架、驱动电机、车体支撑机构，平台框架的顶板安装有朝下的高度调节气缸，高度调节气缸的活塞杆连接有压板，车体支撑机构包括有前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构，前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构分别包括有上支撑杆、下支撑杆，上支撑杆上部竖向滑动安装于平台框架的底板上，压板压置于上支撑杆上端，下支撑杆上端固定安装有导套，上支撑杆下部外壁与导套内壁之间滑动导向配合，上支撑杆下端与下支撑杆上端之间垫置有高度调节弹簧，下支撑杆底端安装有滚轮，前左支撑调节机构与前右支撑调节机构的滚轮之间连接有前驱动轴，后左支撑调节机构与后右支撑调节机构的滚轮之间连接有后驱动轴，滚轮分别安装于前驱动轴、后驱动轴的两端，驱动电机通过传动机构带动前驱动轴或后驱动轴旋转。

所述的探伤管包括有外管体、示波管、信号接收放大器，外管体上部竖向滑动安装于平台框架的底板上，外管体上端带有凸台，外管体上部套装有弹簧，弹簧上端、下端分别顶压于凸台、平台框架的底板上，外管体底端设有探头，信号接受放大器输入端与探头输出端相连接，接受放大器输出端与示波管相连接，示波管与波形采集器的输入接口相连接，波形采集器的输出接口与波形处理器相连接。

所述的前驱动轴或后驱动轴上安装有被动链轮，前左支撑调节机构与前右支撑调节机构的下支撑杆之间固定连接有安装板，驱动电机安装于安装板上,驱动电机的输出轴上安装有主动链轮，被动链轮与主动链轮之间通过驱动链条传动连接。

所述的上支撑杆上部固定设有支托于平台框架底板的支托凸台，上支撑杆下部设有限位台阶面，限位台阶面与导套的上端面相对应。

所述的探伤管T_i的最大探测区S_max为对称椭圆域，最大探测区S_max＝S₀+S₁，其中S₀为有效探测区，其探测率η₀＝100％，S₁为探测过渡区，其探测率η₁＝(1-kx_i)×100，其中k为超声波衰减系数，x_i为任一点与探测中心点的距离，当η₁≤0时，即为对该点不存在检测效应，经拟合所述S_max其边界方程为x²+By²+Cy²＝0，其中B、C探测率参数，所述

其中a为椭圆域短轴长、b为椭圆域长轴长，所述当检测面为S时，所需探伤管个数最小值

所述平台框架的底板包括有方形框架以及交叉布置的连接板，方形框架的四个拐角处分别设有上支撑杆安装孔，连接板上开有数个探伤管安装孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本发明能够任意调节探伤管的个数对被检测路面的起讫点之间进行全线连续性检测，相较于现有设备只能够得到单个点、线处的检测数据，本发明的无损探伤小车可得到整个检测面或区域内的破损数据，从而显著提高了无损检测的信息量和准确性。

2)本发明能够使检测波形与路面破损程度相对应，做到定量分析检测波形与路面破损程度之间的关系，反映被检测路面的综合破损情况，并且可以通过重复测量增加数据可比性并且检测速度快，精度较高。

3)本发明的高度调节弹簧与外管体上部套装的弹簧的劲度系数不同，使在检测时高度调节气缸对无损探伤小车在施加相等压力时，两个弹簧的形变量不同，以保证在有坑槽等破损严重的被检测路面上，探伤管不因检测时受高度调节气缸的作用力而导致损坏，对被检测路面的适应程度高。

4)根据超声波检测原理制定的计算方法可在使用最少探伤管的同时保证检测的精度，降低资金投入经济效益高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧视图示意图。

图3为本发明平台框架的底板结构示意图。

图中标号：1小车启动机构，2探伤管，3波形采集器，4波形处理器，5平台框架，6驱动电机，7车体支撑机构，8高度调节气缸，9压板，10上支撑杆，11下支撑杆，12导套，13高度调节弹簧，14滚轮，15前驱动轴，16后驱动轴，17外管体，18外管体，19信号接收放大器，20探头，21凸台，22弹簧，23被动链轮，24主动链轮，25驱动链条，26限位台阶面，27支托凸台，28安装板，29底板，30连接板，31探伤管安装孔，32上支撑杆安装孔。

具体实施方式

参见附图，一种基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，包括有小车启动机构1、探伤管2、波形采集器3、波形处理器4；

小车启动机构1包括有平台框架5、驱动电机6、车体支撑机构7，平台框架5的顶板安装有朝下的高度调节气缸8，高度调节气缸8的活塞杆连接有压板9，车体支撑机构7包括有前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构，前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构分别包括有上支撑杆10、下支撑杆11，上支撑杆10上部竖向滑动安装于平台框架5的底板29上，压板9压置于上支撑杆10上端，下支撑杆11上端固定安装有导套12，上支撑杆10下部外壁与导套12内壁之间滑动导向配合，上支撑杆10下端与下支撑杆11上端之间垫置有高度调节弹簧13，下支撑杆11底端安装有滚轮14，前左支撑调节机构与前右支撑调节机构的滚轮14之间连接有前驱动轴15，后左支撑调节机构与后右支撑调节机构的滚轮之间连接有后驱动轴16，滚轮14分别安装于前驱动轴15、后驱动轴16的两端，驱动电机6通过传动机构带动前驱动轴15或后驱动轴16旋转；

探伤管2包括有外管体17、示波管18、信号接收放大器19，外管体17上部竖向滑动安装于平台框架5的底板上，外管体17上端带有凸台21，外管体17上部套装有弹簧22，弹簧22上端、下端分别顶压于凸台21、平台框架5的底板上，外管体17底端设有探头20，信号接受放大器19输入端与探头20输出端相连接，接受放大器19输出端与示波管18相连接，示波管18与波形采集器3的输入接口相连接，波形采集器3的输出接口与波形处理器4相连接；

前驱动轴15或后驱动轴16上安装有被动链轮23，前左支撑调节机构与前右支撑调节机构的下支撑杆11之间固定连接有安装板28，驱动电机6安装于安装板28上,驱动电机6的输出轴上安装有主动链轮24，被动链轮23与主动链轮24之间通过驱动链条25传动连接；

上支撑杆10上部固定设有支托于平台框架5底板的支托凸台27，上支撑杆10下部设有限位台阶面26，限位台阶面26与导套12的上端面相对应；

探伤管T_i的最大探测区S_max为对称椭圆域，最大探测区S_max＝S₀+S₁，其中S₀为有效探测区，其探测率η₀＝100％，S₁为探测过渡区，其探测率η₁＝(1-kx_i)×100，其中k为超声波衰减系数，x_i为任一点与探测中心点的距离，当η₁≤0时，即为对该点不存在检测效应，经拟合所述S_max其边界方程为x²+By²+Cy²＝0，其中B、C探测率参数，所述

其中a为椭圆域短轴长、b为椭圆域长轴长，当检测面为S时，所需探伤管2个数最小值

平台框架5的底板29包括有方形框架以及交叉布置的连接板30，方形框架的四个拐角处分别设有上支撑杆安装孔32，连接板30上开有数个探伤管安装孔31。

本发明的工作原理如下：

本发明进行探伤检测时，由高度调节气缸的活塞杆带动压板向下运动，同时压板压置上支撑杆克服高度调节弹簧向下移动，前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构的高度调节弹簧为不同的形变量，以适应被检测路面高低不平的情况。压板继续向下移动，使探伤管与被检测路面接触，当由探伤管底端探头输入发射波并通过被检测路面时，若被检测区域路面存在损坏，则会有反射波经过探伤管内的接受放大器放大并在示波管上显示对应的波形之后，并由波形采集器采集，波形处理器接收波形采集器采集的波形信息并存储，由计算公式将波形转换为路面破损情况。

其中，高度调节弹簧的劲度系数为k₁，外管体上部套装有的弹簧的劲度系数为k₂，且k₁≥k₂，即当高度调节气缸施加同等压力F时，高度调节弹簧的形变量小于等于外管体上部套装有的弹簧的形变量，以保证在有坑槽等破损严重的被检测路面上探伤管不因检测时加压而导致损坏。

Claims (5)

1.一种基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，其特征在于，包括有小车启动机构、探伤管、波形采集器、波形处理器；

小车启动机构包括有平台框架、驱动电机、车体支撑机构，平台框架的顶板安装有朝下的高度调节气缸，高度调节气缸的活塞杆连接有压板，车体支撑机构包括有前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构，前左支撑调节机构、前右支撑调节机构、后左支撑调节机构、后右支撑调节机构分别包括有上支撑杆、下支撑杆，上支撑杆上部竖向滑动安装于平台框架的底板上，压板压置于上支撑杆上端，下支撑杆上端固定安装有导套，上支撑杆下部外壁与导套内壁之间滑动导向配合，上支撑杆下端与下支撑杆上端之间垫置有高度调节弹簧，下支撑杆底端安装有滚轮，前左支撑调节机构与前右支撑调节机构的滚轮之间连接有前驱动轴，后左支撑调节机构与后右支撑调节机构的滚轮之间连接有后驱动轴，滚轮分别安装于前驱动轴、后驱动轴的两端，驱动电机通过传动机构带动前驱动轴或后驱动轴旋转；

所述的探伤管包括有外管体、示波管、信号接收放大器，外管体上部竖向滑动安装于平台框架的底板上，外管体上端带有凸台，外管体上部套装有弹簧，弹簧上端、下端分别顶压于凸台、平台框架的底板上，外管体底端设有探头，信号接受放大器输入端与探头输出端相连接，接受放大器输出端与示波管相连接，示波管与波形采集器的输入接口相连接，波形采集器的输出接口与波形处理器相连接；

所述的高度调节弹簧的劲度系数为k₁，所述的外管体上部套装有的弹簧的劲度系数为k₂，且k₁≥k₂，即当高度调节气缸施加同等压力F时，高度调节弹簧的形变量小于等于外管体上部套装有的弹簧的形变量，以保证在有坑槽等破损严重的被检测路面上探伤管不因检测时加压而导致损坏。

2.根据权利要求1所述基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，其特征在于，所述的前驱动轴或后驱动轴上安装有被动链轮，前左支撑调节机构与前右支撑调节机构的下支撑杆之间固定连接有安装板，驱动电机安装于安装板上,驱动电机的输出轴上安装有主动链轮，被动链轮与主动链轮之间通过传动链条传动连接。

3.根据权利要求1所述基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，其特征在于，所述的上支撑杆上部固定设有支托于平台框架底板的支托凸台，上支撑杆下部设有限位台阶面，限位台阶面与导套的上端面相对应。

4.根据权利要求1所述基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，其特征在于，所述探伤管T_i的最大探测区S_max为对称椭圆域，最大探测区S_max＝S₀+S₁，其中S₀为有效探测区，其探测率η₀＝100％，S₁为探测过渡区，其探测率η₁＝(1-kx_i)×100，其中k为超声波衰减系数，x_i为任一点与探测中心点的距离，当η₁≤0时，即为对该点不存在检测效应，经拟合所述S_max其边界方程为x²+By²+Cy²＝0，其中B、C探测率参数，所述

其中a为椭圆域短轴长、b为椭圆域长轴长，所述当检测面为S时，所需探伤管个数最小值

5.根据权利要求1所述基于超声脉冲的路面自调节无损探伤小车，其特征在于，所述平台框架的底板包括有方形框架以及交叉布置的连接板，方形框架的四个拐角处分别设有上支撑杆安装孔，连接板上开有数个探伤管安装孔。

Images