CN112285212A - 一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***和方法，包括标定仪器和测量仪器，标定仪器用于标定混凝土目标测量区域中的检测点；测量仪器用于设置在检测点中采集相应的超声波检测数据和回弹检测数据，并根据获取的检测数据计算混凝土强度。本发明能够有助于在超声回弹法中准确、方便地标定检测点，有效地降低人工成本和提高可靠性。

Description

一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***和方法

技术领域

本发明涉及混凝土测量技术领域，特别是一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***和方法。

背景技术

目前，混凝土结构强度检测主要采用回弹法和超声-回弹综合法，后者在前者的基础上增加了数对超声波测点，通过采集超声波数据以判定混凝土内部的密实度，并结合回弹数据综合评定混凝土强度。因为超声-回弹综合法全面、代表性强的特点，它正逐渐取代回弹法成为公路、水运工程混凝土结构强度无损检测的主要使用方法。

现有技术中，针对超声-回弹综合法的检测，已经有一些现代化的超声波检测仪以及混凝土回弹仪能够智能化地采集数据并进行运算得出检测结果，但是在测量的过程中仍需要人为对测量点进行布置。

在超声-回弹综合法中针对超声波测点的布置和回弹测点的布置也需要符合一定的规则，而目前针对超声波测点的布置和回弹测点的布置通常是采用人为标定的方式进行，标定人员凭经验来进行测量点的标定。但是通过人为标定的设置方式，对技术人员的要求过高，而且效率偏低，不能满足现代混凝土强度检测的需求。

发明内容

针对超声-回弹综合法中检测点标定效率偏低的技术问题，本发明旨在提供一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***和方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，包括：标定仪器和测量仪器；

其中标定仪器包括正方形底盘，正方形底盘为由四条边材拼接而成的正方形边框，正方形边框四边的外边缘上设置有至少两个第一半圆形缺口，所述至少两个第一半圆形缺口等间距分布，其中正方形边框相对的两条边上的第一半圆形缺口对应设置；其中第一半圆形缺口用于标定回弹检测区域；

正方形边框的一组对角上分别设置有拼接立杆，拼接立杆上设置有握杆，握杆横跨正方形边框的该组对角，且握杆的两端分别延伸至正方形边框的区域外；握杆的两端分别通过以连接杆与标定片连接，握杆两端的标定片互相平行且与握杆的于水平面的投影垂直；正方形边框位于两个标定片的内侧，标定片的水平高度与正方形边框一致；标定片的外侧上设置有至少两个第二半圆形缺口，所述至少两个第二半圆形缺口等间距分布，两个标定片上的第二半圆形缺口相对应设置；其中第二半圆形缺口用于标定超声检测区域；

测量仪器包括超声波测量仪、混凝土回弹仪和计算仪器，超声波测量仪用于测量目标混凝土区域的超声波数据，混凝土回弹仪用于测量目标混凝土区域的回弹值；计算仪器用于根据获取的超声波数据计算超声波声速值，并根据获取的超声波声速值和回弹值计算目标区域的混凝土强度。

进一步，超声波检测仪包括超声波传感器，超声波传感器用于采集目标混凝土区域的超声波数据，并将采集到的超声波数据发送到计算仪器；

混凝土回弹仪包括回弹传感器，回弹传感器用于获取回弹值数据，并将采集到的回弹值发送到计算仪器。

进一步，标定仪器中，正方形边框的边长L1为200mm，正方形边框每条边上的第一半圆形缺口之间的间距L2为50mm，其中每条边上的各第一半圆形缺口沿边中心对称分布，第一半圆形缺口的直径L8为10mm；握杆的长度L3为400mm，握杆的中心与正方形边框的中心点于水平面的投影重合；拼接立杆的长度L4为40mm，标定片的长度L5为200mm，标定片上第二半圆形缺口之间的间距L6为40mm，第二半圆形缺口的直径L7为10mm，标定片上的各第二半圆形缺口沿标定片的长边中心对称分布。

进一步，标定仪器由钢材制成。

本发明还公开了一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***的方法，该方法使用上述第一方面提出的一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，该方法包括：

将标定仪器放在需要检测的目标混凝土区域上，并通过握杆保持标定仪器的稳定；

采用粉笔沿着正方形边框的四边在目标混凝土区域上画一圈标定回弹检测区域，由于正方形边框上第一半圆形缺口的存在，粉笔经过第一半圆形缺口时形成的回弹检测区域的划分点；

采用粉笔分别沿着两个标定片的外侧在目标混凝土区域上画线，由于标定片上第二半圆形缺口的存在，粉笔经过第二半圆形缺口时标定超声波检测点；

取走标定仪器，并将各回弹检测区域的划分点分别相连，其中连接线相交的位置形成回弹检测点；

采用超声检测仪测量各超声波检测点的超声波数据并传输到计算仪器；

采用混凝土回弹仪测量各回弹检测点的回弹值并传输到计算仪器；

通过计算仪器根据获取的超声波数据计算超声波声速值，并根据获取的超声波声速值和回弹值计算目标区域的混凝土强度。

进一步，该方法还包括，在各超声波检测点中分别设置超声波传感器，实现采集超声波数据并通过无线网络发送到计算仪器；

在各回弹检测点中设置回弹传感器，实现采集回弹值数据并通过无线网络发送到计算仪器。

进一步，该方法还包括：各超声波传感器和各回弹传感器组成无线传感器网络，将各超声波传感器和各回弹传感器分别表示为无线传感器网络中的采集节点，其中各采集节点中包含有一个汇聚节点，在无线传感器网络中，各采集节点将自身采集的数据发送到该汇聚节点由该汇聚节点将自身采集的数据以及其他采集节点传输的数据发送到计算仪器。

本发明的有益效果为：

1)提出一种针对超声回弹法中检测点设置的标定仪器，该标定仪器有助于实现回弹检测区和超声波检测点的同时布置，同时在布置的过程中极大程度地减少了人工操作成本，同时也降低了人工操作的素质要求，同时有助于提高检测点布置的均匀度集效果，利用本申请的检测***实现超声回弹法的混凝土强度监测，操作简单。

2)根据本申请提出的检测***，还提出了一种超声波检测点与回弹监测区域成45度角的检测点布置方法，该方法能够有助于提高对目标混凝土区域强度检测的效果以及可靠性。

3)同时还提出一种采用无线传感器网络采集目标区域检测数据的数据传输技术方案，该方案中能够通过采集节点自动采集目标检测区域的检测数据并发送到计算仪器进行混凝土强度的计算，智能性水平高。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明***的框架结构图；

图2为本发明一种实施方式中的标定仪器的结构示意图；

图3为本发明图2中所示的标定仪器的A-A截面视图；

图4为本发明图2中所示的标定仪器的B方向视图。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1至图4，其示出一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，包括：标定仪器和测量仪器；

其中标定仪器包括正方形底盘，正方形底盘为由四条边材拼接而成的正方形边框1，正方形边框1四边的外边缘上设置有至少两个第一半圆形缺口2，所述至少两个第一半圆形缺口2等间距分布，其中正方形边框1相对的两条边上的第一半圆形缺口2对应设置；其中第一半圆形缺口2用于标定回弹检测区域；

正方形边框1的一组对角上分别设置有拼接立杆4，拼接立杆4上设置有握杆3，握杆3横跨正方形边框1的该组对角，且握杆3的两端分别延伸至正方形边框1的区域外；握杆3的两端分别通过以连接杆5与标定片6连接，握杆3两端的标定片6互相平行且与握杆3的长边的水平投影垂直；正方形边框1位于两个标定片6的内侧，标定片6的水平高度与正方形边框1一致；标定片6的外侧上设置有至少两个第二半圆形缺口7，所述至少两个第二半圆形缺口7等间距分布，两个标定片6上的第二半圆形缺口7相对应设置；其中第二半圆形缺口7用于标定超声检测区域；

测量仪器包括超声波测量仪、混凝土回弹仪和计算仪器，超声波测量仪用于测量目标混凝土区域的超声波数据，混凝土回弹仪用于测量目标混凝土区域的回弹值；计算仪器用于根据获取的超声波数据计算超声波声速值，并根据获取的超声波声速值和回弹值计算目标区域的混凝土强度。

上述一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，包括标定仪器和测量仪器，标定仪器用于标定混凝土目标测量区域中的检测点；测量仪器用于设置在的检测点中采集相应的超声波检测数据和回弹检测数据，并根据获取的检测数据计算混凝土长度。本发明能够有助于在超声回弹法中准确、方便地标定检测点，有效地降低人工成本和提高可靠性。

在一种实施方式中，超声波检测仪包括超声波传感器，超声波传感器用于采集目标混凝土区域的超声波数据，并将采集到的超声波数据发送到计算仪器；

混凝土回弹仪包括回弹传感器，回弹传感器用于获取回弹值数据，并将采集到的回弹值发送到计算仪器。

在一种实施方式中，标定仪器中，正方形边框1的边长L1为200mm，正方形边框1每条边上的第一半圆形缺口2之间的间距L2为50mm，其中每条边上的各第一半圆形缺口2沿边中心对称分布，第一半圆形缺口2的直径L8为10mm；握杆3的长度L3为400mm，握杆3的中心与正方形边框1的中心点于水平面的投影重合；拼接立杆4的长度L4为40mm，标定片6的长度L5为200mm，标定片6上第二半圆形缺口7之间的间距L6为40mm，第二半圆形缺口7的直径L7为10mm，标定片6上的各第二半圆形缺口7沿标定片6的长边中心中心对称分布。

在一种实施方式中，标定仪器中各部件的材料为钢材。

针对目前在检测区域标定时，必须用钢直尺一一画出回弹测区的正方形边框1，然后再分别定出超声波测点，画的过程中需要熟悉规范要求的技术人员多次确认尺寸，操作较为复杂，工作效率较低，对人员素质要求较高，测区分布也难以保持均匀，观感较差的技术问题，本申请上述提出一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，其中该***中包含的标定仪器有助于实现回弹检测区和超声波检测点的同时布置，同时在布置的过程中极大程度地减少了人工操作成本，同时也降低了人工操作的素质要求，同时有助于提高检测点布置的均匀度集效果，利用本申请的检测***实现超声回弹法的混凝土强度监测，操作简单。

在操作时，将标定仪器放在混凝土结构表面，一手握住握杆3保持稳定，另一个手采用粉笔沿着正方形底盘四边画一圈，由于半圆形缺口的存在，粉笔经过缺口时形成回弹法测区的位置及划分点，然后再用粉笔沿着边框的两钢片画线，得到超声波测点的位置；随后将本产品从本产品从混凝土表面拿开，最后用粉笔将回弹测区的划分点分别相连，最终完成超声-回弹综合法测区的布置。之后将检测仪器放置在相应的检测点中进行检测，并获取检测数据以及计算混凝土强度，其提高了混凝土强度检测的效果和便捷程度。

同时，本申请还基于本申请上述提出的基于超声回弹法检测混凝土强度的***，还提出一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***的方法，包括：

将标定仪器放在需要检测的目标混凝土区域上，并通过握杆3保持标定仪器的稳定；

采用粉笔沿着正方形边框1的四边在目标混凝土区域上画一圈形成回弹检测区域，由于正方形第一边框上第一半圆形缺口2的存在，粉笔经过第一半圆形缺口2时形成的回弹检测区域的划分点；

采用粉笔沿着两个标定片6的外侧在目标混凝土区域上画线，由于标定片6上第二半圆形缺口7的存在，粉笔经过第二半圆形缺口7时形成超声波检测点；

取走标定仪器，并将各回弹检测区域的划分点分别相连，其中连接线相交的位置形成回弹检测点；

采用超声检测仪测量各超声波检测点的超声波数据并传输到计算仪器；

采用混凝土回弹仪测量各回弹检测点的回弹值并传输到计算仪器；

通过计算仪器根据获取的超声波数据计算超声波声速值，并根据获取的超声波声速值和回弹值计算目标区域的混凝土强度。

根据本申请上述提出的标定仪器进行检测点标定时，标定后的超声波检测点与回弹检测区域成45度角，并且回弹检测区域(回弹检测点)设置在超声波检测点的内侧；采用上述的检测点布置方式，能够有效提高采用超声-回弹法对目标区域进行检测的精确度和可靠性，避免检测点之间的相互影响。

在一种实施方式中，该方法还包括，在各超声波检测点中分别设置超声波传感器以采集超声波数据并通过无线网络发送到计算仪器；

在各回弹检测点中设置回弹传感器以采集回弹值数据并通过无线网络发送到计算仪器。

在一种实施方式中，该方法还包括：各超声波传感器和各回弹传感器组成无线传感器网络，将各超声波传感器和各回弹传感器分别表示为传感器网络中的采集节点，其中各采集节点中包含有一个汇聚节点，在传感器网络中，各采集节点将自身采集的数据发送到该汇聚节点由该汇聚节点将自身采集的数据以及其他采集节点传输的数据发送到计算仪器。

同时还提出一种采用传感器网络采集目标区域检测数据的数据传输技术方案，该方案中能够通过采集节点自动采集目标检测区域的检测数据并发送到计算仪器进行混凝土强度的计算，智能性水平高。

在一种实施方式中，该方法还包括：当各超声波传感器和各回弹传感器设置在相应的超声波检测点和回弹检测点后，控制无线传感器网络中的采集节点推选出汇聚节点；

其中推选汇聚节点包括：

在各采集节点完成设置在对应的检测点后，采集节点向其自身的邻域节点广播自身的节点状态信息；并接收由邻域节点发送的邻域节点的节点状态信息；其中节点状态信息包括采集节点的剩余能量信息和信息发送时间戳信息；

采集节点根据接收到邻域节点的节点状态信息计算自身的汇聚评分值，其中采用的汇聚评分值计算函数为：

式中，P表示采集节点的汇聚评分值，E₀表示该采集节点的剩余能量百分比，

表示该汇聚节点的邻域节点的剩余能量百分比均值，其根据接收到的邻域节点的状态信息进行统计所得；

表示该采集节点与其邻域节点之间的通信延迟平均值，其中通信延迟由该邻域节点的节点状态信息的发出时间和该采集节点的接收时间的时间差计算所得；

表示该采集节点与其邻域节点之间的通信延迟中的第二最大值；t_y表示设定的通信延迟标准值；N₀表示该采集节点接收到其邻域节点状态信息的数量；A₀表示节点类型参数，其中当采集节点为超声波传感器时，A₀＝a，当采集节点为回弹传感器时，A₀＝b；a、b为设定的数值，其中a≤b；ω_E、ω_t、ω_N、ω_A分别表示能量、延时、数量、类型参量比重调节因子，用于归一化以及平衡各参量的比重；

采集节点将自身的汇聚评分值信息广播至无线传感器网络中的其它采集节点，并推选出汇聚评分值最大的采集节点作为汇聚节点。

上述实施方式中，提出了一种无线传感器网络各采集节点自适应推选汇聚节点的技术方案，通过采集节点之间相互传输状态信息，采集节点能够根据其接收到的其它采集节点的状态信息进行估计自身作为汇聚节点是否有优势的汇聚评分值，同时提出了一种优化的汇聚评分值计算函数，该函数中能够根据节点的能量、传输性能、所处位置以及节点的类型准确估算采集节点作为汇聚节点的性能，有助于节点间选取汇聚评分值最大，即作为汇聚节点性能最佳的采集节点作为汇聚节点，汇聚节点将接收其他采集节点获取的检测数据并统一发送到计算仪器中。该方式有助于提高采集节点的传输性能和降低传输能耗。

在一种实施方式中，该方法还包括：当采集节点接收到由其他采集节点广播的其它采集节点的汇聚评分值信息后，其将自身的汇聚评分值与其他节点的汇聚评分值进行比对，当自身的汇聚评分值小于下列判定条件时，采集节点发出警报信息；

其中该判定条件为：

P₀＜0.7×(0.6×P_δ-m+0.4×P_δ-s2)

式中，P₀表示采集节点自身的汇聚评分值，P_δ-m表示其他采集节点的汇聚评分值平均值；P_δ-s2表示其他采集节点的汇聚评分值的第二最小值。

针对采集节点可能存在异常状况，上述实施方式中在汇聚节点的推选过程中，还加入了对自身状况进行横向比较的技术方案，以汇聚评分值作为评价参量，能够准确发现性能出现异常的采集节点(如数据收发异常或者能量严重不足等)，有助于计算人员在测量过程中及时更换以及处理该异常节点，提高了目标混凝土区域强度检测的性能。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，其特征在于，包括：标定仪器和测量仪器；

其中标定仪器包括正方形底盘，正方形底盘为由四条边材拼接而成的正方形边框，正方形边框四边的外边缘上设置有至少两个第一半圆形缺口，所述至少两个第一半圆形缺口等间距分布；其中正方形边框相对的两条边上的第一半圆形缺口对应设置；其中第一半圆形缺口用于标定回弹检测区域；

正方形边框的一组对角上分别设置有拼接立杆，拼接立杆上设置有握杆，握杆横跨正方形边框的该组对角，且握杆的两端分别延伸至正方形边框的区域外；握杆的两端分别通过连接杆与标定片连接，握杆两端的标定片互相平行且与握杆于水平面的投影垂直；正方形边框位于两个标定片的内侧，标定片的水平高度与正方形边框一致；标定片的外侧上设置有至少两个第二半圆形缺口，所述至少两个第二半圆形缺口等间距分布，两个标定片上的第二半圆形缺口相对应设置；其中第二半圆形缺口用于标定超声检测区域；

测量仪器包括超声波测量仪、混凝土回弹仪和计算仪器，超声波测量仪用于测量目标混凝土区域的超声波数据，混凝土回弹仪用于测量目标混凝土区域的回弹值；计算仪器用于根据获取的超声波数据计算超声波声速值，并根据获取的超声波声速值和回弹值计算目标区域的混凝土强度。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，其特征在于，所述超声波检测仪包括超声波传感器，超声波传感器用于采集目标混凝土区域的超声波数据，并将采集到的超声波数据发送到所述计算仪器；

所述混凝土回弹仪包括回弹传感器，回弹传感器用于获取回弹值数据，并将采集到的回弹值发送到所述计算仪器。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，其特征在于，所述标定仪器中，所述正方形边框的边长L1为200mm，正方形边框每条边上的所述第一半圆形缺口之间的间距L2为50mm，其中每条边上的各第一半圆形缺口沿边中心对称分布，第一半圆形缺口的直径L8为10mm所述握杆的长度L3为400mm，握杆的中心与正方形边框的中心点于水平面的投影重合；所述拼接立杆的长度L4为40mm，所述标定片的长度L5为200mm，标定片上所述第二半圆形缺口之间的间距L6为40mm，所述第二半圆形缺口的直径L7为10mm，标定片上的各第二半圆形缺口沿标定片长边的中心对称分布。

4.根据权利要求3所述的一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，其特征在于，所述标定仪器由钢材制成。。

5.一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***的方法，其特征在于，使用权利要2至4任意一项所述一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***，方法步骤包括：

将所述标定仪器放在需要检测的所述目标混凝土区域上，并通过所述握杆保持标定仪器的稳定；

采用粉笔沿着所述正方形边框的四边在目标混凝土区域上画一圈标定回弹检测区域，由于正方形边框上的所述第一半圆形缺口的存在，粉笔经过第一半圆形缺口时形成的回弹检测区域的划分点；

采用粉笔分别沿着两个所述标定片的外侧在目标混凝土区域上画线，由于标定片上所述第二半圆形缺口的存在，粉笔经过第二半圆形缺口时标定超声波检测点；

取走标定仪器，并将各回弹检测区域的划分点分别相连，其中连接线相交的位置形成回弹检测点；

采用所述超声检测仪测量各超声波检测点的超声波数据并传输到所述计算仪器；

采用所述混凝土回弹仪测量各回弹检测点的回弹值并传输到所述计算仪器；

通过计算仪器根据获取的超声波数据计算超声波声速值，并根据获取的超声波声速值和回弹值计算目标区域的混凝土强度。

6.根据权利要求5所述的一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***的方法，其特征在于，还包括：在各所述超声波检测点中分别设置所述超声波传感器，实现采集超声波数据并通过无线网络发送到所述计算仪器；

在各所述回弹检测点中设置所述回弹传感器，实现采集回弹值数据并通过无线网络发送到所述计算仪器。

7.根据权利要求6所述的一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***的方法，其特征在于，所述方法还包括：各所述超声波传感器和各所述回弹传感器组成无线传感器网络，将各超声波传感器和各回弹传感器分别表示为无线传感器网络中的采集节点，其中采集节点中包含有一个汇聚节点，在无线传感器网络中，各采集节点将自身采集的数据发送到该汇聚节点由该汇聚节点将自身采集的数据以及其他采集节点传输的数据发送到所述计算仪器。

8.根据权利要求7所述的一种基于超声回弹法检测混凝土强度的***的方法，其特征在于，所述方法还包括：当各所述超声波传感器和各所述回弹传感器设置在相应的所述超声波检测点和所述回弹检测点后，控制无线传感器网络中的采集节点推选出汇聚节点；

其中推选汇聚节点包括：

在各采集节点完成设置在对应的检测点后，采集节点向其自身的邻域节点广播自身的节点状态信息；并接收由邻域节点发送的邻域节点的节点状态信息；其中节点状态信息包括采集节点的剩余能量信息和信息发送时间戳信息；

采集节点根据接收到邻域节点的节点状态信息计算自身的汇聚评分值，其中采用的汇聚评分值计算函数为：

式中，P表示采集节点的汇聚评分值，E₀表示该采集节点的剩余能量百分比，

表示该汇聚节点的邻域节点的剩余能量百分比均值，其根据接收到的邻域节点的状态信息进行统计所得；

表示该采集节点与其邻域节点之间的通信延迟平均值，其中通信延迟由该邻域节点的节点状态信息的发出时间和该采集节点的接收时间的时间差计算所得；

表示该采集节点与其邻域节点之间的通信延迟中的第二最大值；t_y表示设定的通信延迟标准值；N₀表示该采集节点接收到其邻域节点状态信息的数量；A₀表示节点类型参数，其中当采集节点为超声波传感器时，A₀＝a，当采集节点为回弹传感器时，A₀＝b；a、b为设定的数值，其中a≤b；ω_E、ω_t、ω_N、ω_A分别表示能量、延时、数量、类型参量比重调节因子，用于归一化以及平衡各参量的比重；

采集节点将自身的汇聚评分值信息广播至无线传感器网络中的其它采集节点，并推选出汇聚评分值最大的采集节点作为汇聚节点。

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