一种混凝土裂纹超声检测装置

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一种混凝土裂纹超声检测装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于混凝土裂纹探伤技术领域，具体是涉及一种混凝土裂纹超声检测装置。\n背景技术\n[0002] 无论是工业及民用建筑，还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材料，混凝土的质量关系到整个工程的质量。声波在混凝土中传播时，如遇有结块空腔等内部缺陷或组织，声波就会被这些结构散射，产生回波信号。这些回波信号带有物体内部结构的声学特性信息。超声混凝土检测系统将回波信息进行处理，从而得到混凝土的内部结构。但超声混凝土检测系统常因内部大功率器件的使用，以及外部强磁场的干扰等影响了检测的准确性。\n[0003] 目前的抗干扰技术主要有：\n[0004] （1）接地技术。接地是提高电子电气设备电磁兼容性有效的重要手段之一。正确的接地既能抑制外部电磁干扰的影响，又能防止电子电气设备向外部发射电磁波；而错误的接地常常会引入非常严重的干扰，甚至会使电子电气设备无法正常工作。电子电气设备接地按其接地性质分为保护接地、屏蔽接地、系统接地。\n[0005] （2）屏蔽技术。屏蔽是指在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层,利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能。屏蔽技术综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用,因而具有非常好的电磁兼容(EMC)特性。\n[0006] （3）滤波技术。滤波是压缩信号回路骚扰信号频谱的一种方法。当骚扰信号频带成分不同于有用信号频带时，系统应用滤波器将无用信号滤除。\n[0007] 近几年，无损检测技术作为检测混凝土质量的有效方法，越来越受到关注，而超声无损检测更是被作为一种重要检测手段。在超声混凝土检测装置中，会因为其内部元件以及外界的磁场产生传导干扰，辐射干扰，从而影响检测的准确性，但对于这些干扰并没有针对性的措施。而现有的抗电磁干扰方法也较为宽泛，缺乏详细的、针对性的措施。\n实用新型内容\n[0008] 本实用新型的目的是针对超声混凝土质量检测，提出一种能抗干扰的混凝土裂纹超声检测装置，该装置能使超声混凝土检测的结果更加准确，更有效的进行混凝土建筑的勘测。\n[0009] 为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下。\n[0010] 一种混凝土裂纹超声检测装置，包括超声信号激励模块、超声信号发射传输模块、超声信号采集模块和超声信号处理模块，分别在所述超声信号激励模块、所述超声信号发射传输模块、所述超声信号采集模块和所述超声信号处理模块设置抗干扰装置。\n[0011] 进一步地，在所述超声信号激励模块中的单脉冲信号源部分具有有源电力滤波器和隔离变压器；在超声信号激励模块中的功率放大模块中具有光耦合器，所述光耦合器用于功率驱动；在超声信号激励模块中的功率放大之后添加高通无源滤波器。\n[0012] 进一步地，在超声信号发射传输模块对发射换能器和接收换能器进行与电源的阻抗匹配；在所述发射换能器和所述接收换能器外设置屏蔽材料；信号传输线为屏蔽线。\n[0013] 进一步地，所述屏蔽材料为铁磁合金。\n[0014] 进一步地，所述接收换能器具有隔离电源、差分放大电路、电压跟随器和移相电路，所述差分放大电路和所述移相电路之间设置所述电压跟随器。\n[0015] 进一步地，所述差分放大电路的集成芯片为UA741。\n[0016] 进一步地，所述信号采集模块的信号输入端和输出端具有光耦；所述信号采集模块设置于金属盒内。\n[0017] 进一步地，所述金属盒由铜或铝制成。\n[0018] 进一步地，在所述信号处理模块中具有数字滤波器和功率放大电路，所述数字滤波器用于消除模拟输入信号的噪声；所述功率放大电路中，驱动电流和功率管设置在一起，驱动电路的供电电源和控制芯片的供电电源分开。\n[0019] 本实用新型的有益效果是：本实用新型主要应用电磁屏蔽、电子电气设计相关知识对于已有的超声混凝土检测系统进行针对性的抗干扰处理，极大地提高了超声混凝土检测的精确性，增强了混凝土质量检测的可靠性。\n附图说明\n[0020] 图1为本实用新型混凝土裂纹超声检测装置的结构示意图。\n[0021] 图2为本实用新型混凝土裂纹超声检测装置的脉冲变压器示意图。\n[0022] 图3为本实用新型混凝土裂纹超声检测装置的光耦合器件的电路图。\n[0023] 图4为本实用新型混凝土裂纹超声检测装置的信号处理模块框图。\n具体实施方式\n[0024] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。\n[0025] 本实用新型的混凝土裂纹超声检测装置如图1所示，包括超声信号激励模块、超声信号发射传输模块、超声信号采集模块和超声信号处理模块。为提高了超声混凝土检测的精确性，分别对上述模块进行针对性的抗干扰处理，具体如下。\n[0026] 超声信号激励模块中的单脉冲信号源是以放电原理为核心，采用控制电容充放电产生高压信号，再经过脉冲变压器（如图2所示，图中1-10为接线端子，根据需要转化的电压的不同而选择不同的接线端子）大幅度增大信号幅值来激发脉冲信号，因而内部的大功率电源、变压器会产生大量的谐波电流以及电磁干扰。针对此现象在单脉冲信号源部分加入有源电力滤波器APF，变压器采用隔离变压器。\n[0027] 在超声信号激励模块中的功率放大模块中对于功率驱动的设计采用光耦合器与半桥驱动相结合的方式，充分利用了光耦合器良好的电气隔离作用。如图3所示为光耦合器件的应用电路，在超声信号激励模块中的功率放大之后添加高通无源滤波器以滤除杂波及干扰。\n[0028] 在超声信号发射传输模块对于发射换能器和接收换能器进行了与电源的阻抗匹配，使换能器获得了最大功率；同时选用铁磁合金作为屏蔽材料对换能器进行了电磁屏蔽处理；在信号传输线的选择上以屏蔽线替代了普通线。\n[0029] 对接收换能器输出信号的抗干扰处理。第一，选用隔离性能较好的电源；第二，运用差分放大来抑制共模干扰，该差分放大电路选用的集成芯片是UA741，同时该电路有两个输入端，一端输入原信号，一端输入的是将原信号经滞后180度移相电路处理过的信号，其中在差分放大电路与移相电路之间放置一个电压跟随器，这样有助于更有效抑制共模干扰。\n[0030] 在信号采集模块中进行抗干扰处理：第一，光电隔离。在信号输出及输入端使用光耦进行光电隔离，光耦两端使用分离的电源，能有效地抑制尖脉冲及各种噪声的干扰。第二，电磁屏蔽。以铜或铝等导电性能良好的金属材料制作的封闭金属盒可以破坏电场干扰途经且有静电屏蔽功能,这种屏蔽盒接地后还可破坏磁场干扰途经,从而也可达到电磁屏蔽功能。\n[0031] 图4为本实用新型混凝土裂纹超声检测装置的信号处理模块框图，如图4所示，在信号处理模块中进行抗干扰处理措施如下：\n[0032] 第一，软件抗电磁干扰。在本模块的滤波处理中主要采用数字滤波技术，数字滤波技术可以有效的消除模拟输入信号的噪声。数字滤波包括算数平均值滤波、中位值滤波、限幅滤波、加权平均值滤波等。其中，平均值滤波发，适用于周期性干扰；中位值滤波和限幅滤波适用于偶然的脉冲干扰，加权平均值滤波适用于高频干扰的低频信号。如果同时选用几种滤波方法，一般先用中位值滤波或限幅滤波，然后再用加权平均值滤波。综合考虑我们将采用同时使用几种滤波器的方法。\n[0033] 第二，硬件抗干扰主要是设计功率放大电路的布局。流过大电流的功率线尽量短而宽或者增加厚度；功率管及变压器原边引线尽量短；驱动电路和功率管尽量靠近，驱动引线尽量短；驱动电路供电电源和控制芯片的供电电源尽量分开；合理的热设计，避免热应力集中。\n[0034] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；\n如果不脱离本实用新型的精神和范围，对本实用新型进行修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围当中。