CN112229915B - 一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置及方法，其测量装置包括拾音器、隔音罩和外壳；拾音器通过隔音罩固定设置于混凝土上；隔音罩的底部和混凝土的表面固定连接；拾音器和隔音罩之间形成空气柱；外壳固定设置于拾音器的表面；拾音器和检测主机通信连接。本发明创新性的提出利用拾音器来拾取混凝土表面的振动情况，由于拾音器与混凝土表面并未直接接触，因此混凝土的表面情况对拾取到的信号影响较小，大大提高了采集到的信号质量，提高了检测结果的准确性。本发明的测量方法所测得的预应力孔道灌浆密实度精度高，成本低，且整个测量过程简单，易操作。

Description

一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置及方法
技术领域
本发明属于建筑工程测量技术领域，具体涉及一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置及方法。
背景技术
预应力结构是目前建筑工程上使用最多的结构之一，由于预应力孔道灌浆密实度直接影响到预应力结构的安全及运行寿命，一致以来都备受关注。但是由于预应力孔道是埋设于梁体混凝土中的，无法通过肉眼观察等方式来检测其灌浆密实度情况。因此，一直以来都是采用基于冲击弹性波的检测方法,其原理就是利用弹性波在混凝土中传播时，在有无缺陷的混凝土中的传播速度不同，则也就导致了其传播时长（周期）的变化。
原有的方式是将加速度传感器安放在混凝土表面，然后利用激振锤敲击混凝土表面。激振锤敲击混凝土表面后，会在混凝土表面及内部产生冲击弹性波。冲击弹性波在混凝土内部传播时，会携带混凝土内部缺陷的信息，这些冲击弹性被安放在混凝土表面的加速度传感器接收到后发送至计算机。通过分析计算机接收到的信号，便可以得到预应力孔道的灌浆密实度。由于加速度传感器需要密贴到混凝土表面，因此，混凝土表面的情况对其影响很大。现场预应力梁体表面容易出现不平整、有尘土等情况，这些都会对检测结果产生很大的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决准确测量灌浆密实度的问题，提出了一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置及方法。
本发明的技术方案是：一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置包括拾音器、隔音罩和外壳；
拾音器通过隔音罩固定设置于混凝土上；隔音罩的底部和混凝土的表面固定连接；拾音器和隔音罩之间形成空气柱；外壳固定设置于拾音器的表面；拾音器和检测主机通信连接；
拾音器用于接收空气柱的气压变化，并将其转换为电信号，传输至检测主机；隔音罩用于隔绝拾音器与外界的噪音；外壳用于封装拾音器。
本发明的有益效果是：本发明创新性的提出利用拾音器来拾取混凝土表面的振动情况，由于拾音器与混凝土表面并未直接接触，因此混凝土的表面情况对拾取到的信号影响较小，大大提高了采集到的信号质量，提高了检测结果的准确性。
进一步地，拾音器1和混凝土表面的间隔为1-20mm。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，拾音器与混凝土表面之间的间隔有隔音罩，以隔绝外界噪音。
基于以上***，本发明还提出一种预应力孔道灌浆密实度的测量方法，包括以下步骤：
S1：安装拾音器，并形成空气柱；
S2：利用激振锤敲击拾音器旁的混凝土表面，使空气柱的气压发生变化；
S3：利用拾音器接收空气柱的气压变化，并将其转换成电信号传输至检测主机；
S4：利用检测主机接收电信号，并进行分析，得到预应力孔道灌浆密实度结果。
本发明的有益效果是：本发明的测量方法所测得的预应力孔道灌浆密实度精度高，成本低，且整个测量过程简单，易操作。
进一步地，步骤S1包括以下子步骤：
S11：将拾音器安装于距离混凝土的表面1-20mm处；
S12：将隔音罩安装于拾音器和混凝土之间，使隔音罩底部和混凝土表面接触，并在拾音器和混凝土之间形成空气柱。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，安装的隔音罩，用于隔绝外界噪音；空气柱可便于后续步骤根据空气柱的气压变化进行分析，得到频谱型号；拾音器包括常见的麦克风和工业麦克风等能够将声音声压信号转换成电信号的装置。
进一步地，步骤S2中，利用激振锤敲击拾音器旁的混凝土表面，并产生弹性波；利用弹性波引起混凝土表面振动，使空气柱的气压发生变化。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，激振锤用于拾音器旁的混凝土表面，产生弹性波，诱发自由振动。
进一步地，步骤S4包括以下子步骤：
S41：利用检测主机接收电信号，并进行频谱分析，得到频谱信号；
S42：将频谱信号转化为等效厚度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
S43：设置厚度阈值；
S44：将等效厚度
Figure 39301DEST_PATH_IMAGE001
和厚度阈值进行比较，若等效厚度
Figure 707043DEST_PATH_IMAGE001
大于厚度阈值，则此处预应力孔道中的灌浆少于
Figure 94031DEST_PATH_IMAGE002
，否则预应力孔道中的灌浆大于
Figure 556236DEST_PATH_IMAGE002
。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，利用检测主机完成对电信号的分析，并通过数值比较得到预应力孔道灌浆密实度情况，其检测方法简单，易操作。
进一步地，步骤S41中，进行频谱分析得到频谱信号的方法为：采用快速傅里叶变换法或最大熵法谱分析运算法，将随时间变化的电信号转换为随周期变化的频谱信号。
进一步地，步骤S42中，将频谱信号转化为等效厚度
Figure 779407DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 250840DEST_PATH_IMAGE004
表示频谱信号的频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示弹性波在混凝土中的传播速度。
附图说明
图1为测量装置的结构图；
图2为测量方法的流程图；
图3为本发明的检测结果图；
图4为传统加速度传感器的检测结果图；
图中，1、拾音器；2、隔音罩；3、外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置，包括拾音器1、隔音罩2和外壳3；
拾音器1通过隔音罩2固定设置于混凝土上；隔音罩2的底部和混凝土的表面固定连接；拾音器1和隔音罩2之间形成空气柱；外壳3固定设置于拾音器1的表面；拾音器1和检测主机通信连接；
拾音器1用于接收空气柱的气压变化，并将其转换为电信号，传输至检测主机；隔音罩2用于隔绝拾音器1与外界的噪音；外壳3用于封装拾音器1。
在本发明实施例中，如图1所示，拾音器1和混凝土表面的间隔为1-20mm。
在本发明中，拾音器与混凝土表面之间的间隔有隔音罩，以隔绝外界噪音。
基于以上***，本发明还提出一种预应力孔道灌浆密实度的测量方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：安装拾音器，并形成空气柱；
S2：利用激振锤敲击拾音器旁的混凝土表面，使空气柱的气压发生变化；
S3：利用拾音器接收空气柱的气压变化，并将其转换成电信号传输至检测主机；
S4：利用检测主机接收电信号，并进行分析，得到预应力孔道灌浆密实度结果。
在本发明实施例中，如图2所示，步骤S1包括以下子步骤：
S11：将拾音器安装于距离混凝土的表面1-20mm处；
S12：将隔音罩安装于拾音器和混凝土之间，使隔音罩底部和混凝土表面接触，并在拾音器和混凝土之间形成空气柱。
在本发明中，安装的隔音罩，用于隔绝外界噪音；空气柱可便于后续步骤根据空气柱的气压变化进行分析，得到频谱型号；拾音器包括常见的麦克风和工业麦克风等能够将声音声压信号转换成电信号的装置。
在本发明实施例中，如图2所示，步骤S2中，利用激振锤敲击拾音器旁的混凝土表面，并产生弹性波；利用弹性波引起混凝土表面振动，使空气柱的气压发生变化。
在本发明中，激振锤用于拾音器旁的混凝土表面，产生弹性波，诱发自由振动。
在本发明实施例中，如图2所示，步骤S4包括以下子步骤：
S41：利用检测主机接收电信号，并进行频谱分析，得到频谱信号；
S42：将频谱信号转化为等效厚度
Figure 961176DEST_PATH_IMAGE001
；
S43：设置厚度阈值；
S44：将等效厚度
Figure 859862DEST_PATH_IMAGE001
和厚度阈值进行比较，若等效厚度
Figure 570329DEST_PATH_IMAGE001
大于厚度阈值，则此处预应力孔道中的灌浆少于
Figure 297982DEST_PATH_IMAGE002
，否则预应力孔道中的灌浆大于
Figure 410295DEST_PATH_IMAGE002
。
在本发明中，利用检测主机完成对电信号的分析，并通过数值比较得到预应力孔道灌浆密实度情况，其检测方法简单，易操作。
在本发明实施例中，如图2所示，步骤S41中，进行频谱分析得到频谱信号的方法为：采用快速傅里叶变换法或最大熵法谱分析运算法，将随时间变化的电信号转换为随周期变化的频谱信号。
在本发明实施例中，如图2所示，步骤S42中，将频谱信号转化为等效厚度
Figure 214303DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式为：
Figure 412066DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 756459DEST_PATH_IMAGE004
表示频谱信号的频率，
Figure 969616DEST_PATH_IMAGE005
表示弹性波在混凝土中的传播速度。
在本发明实施例中，从图3和图4的对比中可以看到，采用传统的加速度传感器进行灌浆密实度检测时，多数区域无法有效观测到底部反射，而采用本发明的装置进行检测时，可有效观测到梁片底部的反射，并能对缺陷进行有效检测。
本发明的工作原理及过程为：将拾音器1含隔音罩2安放在混凝土的表面，然后利用激振锤敲击混凝土表面，进而产生在混凝土内部传播的冲击弹性波，而携带有混凝土内部信息的冲击弹性波在传播到混凝土表面时，会被拾音器所接收到并转换成电信号，电信号在通过调理电路和AD转换后会转换成电脑能识别到的数字信号。通过对电脑所识别到的数字信号进行分析方可得到预应力孔道的灌浆密实度情况。
本发明的有益效果为：
（1）本发明创新性的提出利用拾音器来拾取混凝土表面的振动情况，由于拾音器与混凝土表面并未直接接触，因此混凝土的表面情况对拾取到的信号影响较小，大大提高了采集到的信号质量，提高了检测结果的准确性。
（2）本发明的测量方法所测得的预应力孔道灌浆密实度精度高，成本低，且整个测量过程简单，易操作。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种预应力孔道灌浆密实度的测量装置，其特征在于，包括拾音器（1）、隔音罩（2）和外壳（3）；
所述拾音器（1）通过隔音罩（2）固定设置于混凝土上；所述隔音罩（2）的底部和混凝土的表面固定连接；所述拾音器（1）和隔音罩（2）之间形成空气柱；所述外壳（3）固定设置于拾音器（1）的表面；所述拾音器（1）和检测主机通信连接；
所述拾音器（1）用于接收空气柱的气压变化，并将其转换为电信号，传输至检测主机；所述隔音罩（2）用于隔绝拾音器（1）与外界的噪音；所述外壳（3）用于封装拾音器（1）；
所述预应力孔道灌浆密实度的测量装置的测量方法包括以下步骤：
S1：安装拾音器，并形成空气柱；
S2：利用激振锤敲击拾音器旁的混凝土表面，使空气柱的气压发生变化；
S3：利用拾音器接收空气柱的气压变化，并将其转换成电信号传输至检测主机；
S4：利用检测主机接收电信号，并进行分析，得到预应力孔道灌浆密实度结果；
所述步骤S4包括以下子步骤：
S41：利用检测主机接收电信号，并进行频谱分析，得到频谱信号；
S42：将频谱信号转化为等效厚度
Figure 364794DEST_PATH_IMAGE001
；
S43：设置厚度阈值；
S44：将等效厚度
Figure 115712DEST_PATH_IMAGE001
和厚度阈值进行比较，若等效厚度
Figure 223477DEST_PATH_IMAGE001
大于厚度阈值，则此处预应力孔道中的灌浆少于
Figure 401648DEST_PATH_IMAGE002
，否则预应力孔道中的灌浆大于
Figure 761741DEST_PATH_IMAGE002
；
所述步骤S41中，进行频谱分析得到频谱信号的方法为：采用快速傅里叶变换法或最大熵法谱分析运算法，将随时间变化的电信号转换为随周期变化的频谱信号；
所述步骤S42中，将频谱信号转化为等效厚度
Figure 50771DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式为：
Figure 75359DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 424432DEST_PATH_IMAGE004
表示频谱信号的频率，
Figure 472153DEST_PATH_IMAGE005
表示弹性波在混凝土中的传播速度。
2.根据权利要求1所述的预应力孔道灌浆密实度的测量装置，其特征在于，所述拾音器（1）和混凝土表面的间隔为1-20mm。
3.一种预应力孔道灌浆密实度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：安装拾音器，并形成空气柱；
S2：利用激振锤敲击拾音器旁的混凝土表面，使空气柱的气压发生变化；
S3：利用拾音器接收空气柱的气压变化，并将其转换成电信号传输至检测主机；
S4：利用检测主机接收电信号，并进行分析，得到预应力孔道灌浆密实度结果；
所述步骤S4包括以下子步骤：
S41：利用检测主机接收电信号，并进行频谱分析，得到频谱信号；
S42：将频谱信号转化为等效厚度
Figure 561945DEST_PATH_IMAGE001
；
S43：设置厚度阈值；
S44：将等效厚度
Figure 441039DEST_PATH_IMAGE001
和厚度阈值进行比较，若等效厚度
Figure 961013DEST_PATH_IMAGE001
大于厚度阈值，则此处预应力孔道中的灌浆少于
Figure 496031DEST_PATH_IMAGE002
，否则预应力孔道中的灌浆大于
Figure 392443DEST_PATH_IMAGE002
；
所述步骤S41中，进行频谱分析得到频谱信号的方法为：采用快速傅里叶变换法或最大熵法谱分析运算法，将随时间变化的电信号转换为随周期变化的频谱信号；
所述步骤S42中，将频谱信号转化为等效厚度
Figure 78375DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式为：
Figure 769251DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 853881DEST_PATH_IMAGE004
表示频谱信号的频率，
Figure 491667DEST_PATH_IMAGE005
表示弹性波在混凝土中的传播速度。
4.根据权利要求3所述的预应力孔道灌浆密实度的测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：
S11：将拾音器安装于距离混凝土的表面1-20mm处；
S12：将隔音罩安装于拾音器和混凝土之间，使隔音罩底部和混凝土表面接触，并在拾音器和混凝土之间形成空气柱。
5.根据权利要求3所述的预应力孔道灌浆密实度的测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用激振锤敲击拾音器旁的混凝土表面，并产生弹性波；利用弹性波引起混凝土表面振动，使空气柱的气压发生变化。
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