专利名称：利用超声导波无损检测高速公路护栏立柱长度的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用超声导波无损检测部分埋置于路基中的高速公路护 栏立柱长度的方法，属于无损检测领域。
技术背景为防止在高速公路上行驶的汽车冲出公路或驶入公路的对向车道引发交 通事故，现代高速公路的路侧及中央隔离带内都架设有防撞护栏，护栏立柱 是护栏的主要承载部件。由于工作环境较恶劣，如水分、潮湿空气、雨水等液 体渗入到地层中，致使护栏立柱发生局部腐蚀而导致立柱的腐蚀断裂。除此 之外，施工过程中，个别施工方为谋取不当利益，偷工减料，往往擅自縮短护 栏立柱的长度，使其达不到设计承载强度，给高速公路的安全运行造成潜在 的事故隐患。由于公路护栏立柱部分埋置于公路的路基中，其失效形式存在 着很强的隐蔽性，对其进行有效的检测特别是埋地部分存在很大的困难。国家标准目前采用方法是将立柱拔出检验，或者开挖，也有用敲击震动 的人工方法，没有见到利用超声导波方法检测的相关报道。 发明内容本发明的目的在于提出一种新的高速公路护栏立柱长度的检测方法，该 方法不受周围公路土基种类的影响，在不破坏公路路基的前提下，可以实现 简单，快速，准确地检测半埋于路基中护栏立柱的长度。本发明为一种利用超声导波无损检测部分埋置于不同介质中护栏立柱长 度的方法，其特征在于该种方法是按以下步骤进行检测的1) 确定被检测护栏立柱的有效直径、壁厚、密度、纵波波速、横波波速；2) 从未埋地的立柱群速度频散曲线上选取频率在50kHz-200kHz范围内， 群速度在5300m/s-5400m/s之间的纵向轴对称模态所对应频率检测频率，在此 频率和群速度范围内埋地前和埋地后立柱的频散曲线相同； 3)将所选检测频率输入高频信号发生器1，高频信号发生器1生成中心频 率为该检测频率的单音频信号，经功率放大模块2放大后得到较高的激励电 压，通过信号分离开关模块3传输至置于埋于路基中的护栏立柱端部的双模态导波探头4，在护栏立柱中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态遇到立柱 端部产生反射形成回波信号，由同一双模态导波探头4接收此端面回波信号， 经转换开关模块3传输至示波器5;通过示波器5显示的端面反射波形图确定 端面回波对应时间，从立柱的群速度频散曲线中获取对应该检测频率下纵向 模态的群速度，用此群速度乘以反射回波对应时间，除以2，即得到埋于路基 中的护栏立柱的长度。所述的双模态导探头4为压电超声导波探头、或磁致伸縮探头。 本发明主要具有以下优点(1)无需考虑立柱周围路基材料的影响，用 未埋地立柱的频散曲线确定检测频率；(2)所用频率范围远超出自然界和常 见振动频率范围之外，不受工况影响；(3)检测准确度高，误差能够满足工 程要求；(4)检测速度快，对公路路基没有破坏，检测成本低。
图1检测装置原理2检测方法流程示意3立柱纵向轴对称模态群速度频散曲线图4激励信号中心频率为100kHz时所接收的埋于路基中的护栏立柱端面反 射波形
具体实施例方式
以下结合本发明的内容提供以下实施例如图1所示，本实施例中立柱为长度1800mm，内径105mm，外径114mm， 壁厚4.5mm的无缝钢管。密度为7800kg/m3，纵波波速为5960m/s，横波波速 为3260m/s。周围介质为1.7g/ci^的压实土壤。1)根据护栏立柱和路基土的参数，计算群速度频散曲线，在50-200kHz范围
内选取群速度为5340m/s模态所对应频率100kHz作为检测频率；2) 将检测频率输入任意函数发生器l，任意函数发生器1产生一个中心频率 为lOOkHz的单音频信号。经功率放大模块2进行电压放大，经转换开关模块 3施加于双模态导波探头4上，在被测立柱中产生纵向轴对称导波模态；双模 态导波探头4由压电探头、磁致伸縮探头组成；3) 上述纵向轴对称导波模态在立柱的另一端部反射，导波收发元件接收到纵向导波的端部回波信号，经转换开关模块3，放大电流信号后，送入示波器5;4) 根据示波器5上显示的端面反射波形图，确定端面回波时间，将其乘以此 频率下的纵向导波模态在立柱群速度频散曲线上所对应的群速度，并除以2， 即得到立柱长度。图4为lOOkHz频率下所接收的部分埋于路基中的高速公路护栏立柱端面 反射波形图。第一次端面回波时间为0.667ms，此频率下自由立柱导波模态的 群速度为5340m/s，故立柱长度计算为1781mm，误差仅为1.13%。
权利要求
1、一种利用超声导波无损检测半埋置于不同类型高速公路路基中的护栏立柱长度的方法，其特征在于，该种方法是按以下步骤进行检测的1)确定被检测立柱的有效直径、密度、纵波波速、横波波速，计算埋置前立柱的群速度频散曲线；2)从埋置前立柱的群速度频散曲线上选取频率在50～200kHz范围内、群速度在5300m/s～5400m/s纵向轴对称模态所对应频率、作为检测频率，在此频率和群速度范围内，埋地前和埋地后的频散曲线相同；3)将所选检测频率输入高频信号发生器(1)，高频信号发生器(1)生成中心频率为该检测频率的单音频信号，经功率放大模块(2)放大后得到较高的激励电压，通过信号分离开关模块(3)传输至置于埋于路基中的护栏立柱端部的导波收发元件(4)，在护栏立柱中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态遇到立柱端部产生反射形成回波信号，由同一导波收发元件(4)接收此端面回波信号，经转换开关模块(3)传输至示波器(5)；通过示波器(5)显示的端面反射波形图确定端面回波对应时间，从立柱的群速度频散曲线中获取对应该检测频率下纵向模态的群速度，用此群速度乘以反射回波对应时间，除以2，即得到部分埋于路基中的护栏立柱的长度。
2、 根据权利要求1所述的一种利用超声导波无损检测部分埋置于不同类 型路基中护栏立柱长度的方法，其特征在于所述的导波收发元件(4)为双 模态导波探头为压电超声探头、磁致伸缩探头。
全文摘要
利用超声导波无损检测半埋置于不同高速公路路基中的护栏立柱长度的方法，属于无损检测领域。该方法是先确定埋置前护栏立柱的参数，计算埋地前立柱的群速度频散曲线；从该曲线上选取检测频率并输入任意函数发生器(1)生成单音频信号，经功率放大模块(2)、转换开关模块(3)、导波收发元件(4)，在立柱中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态遇到立柱端部产生端面回波，该端面回波经导波收发元件(4)、转换开关模块(3)、传至示波器(5)；确定端面回波对应时间，从自由立柱群速度频散曲线中获取群速度，用此群速度乘以端面回波时间，除以2，得到立柱的长度。本发明具有无需考虑立柱周围介质、检测准确度高、检测成本低等优点。
文档编号G01S15/00GK101131319SQ20071017609
公开日2008年2月27日 申请日期2007年10月19日 优先权日2007年10月19日
发明者何存富, 斌 吴, 王学浦, 王秀彦 申请人:北京工业大学