一种钢管混凝土超声波检测支架的制作方法

本发明涉及超声波检测辅助装置技术领域，具体涉及一种钢管混凝土超声波检测支架。

背景技术：

超声波检测是钢管混凝土拱桥管内混凝土灌注质量无损检测的重要方法。超声波在固体中的传输损失很小，探测深度大，超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能通过气体固体界面。因此管内混凝土中有不密实、脱空、脱粘等缺陷(缺陷中有气体)时，可通过超声波波速与波形等参数判断出来。

一般，钢管混凝土拱桥节段吊装时，两个节段之间会设置挂篮，以提供工人焊接钢管的操作空间。超声波检测时需要沿着钢管一周进行逐点测试，因此，可以并且只能在设置挂篮的地方布置测试点。拱桥合拢后，进行管内混凝土灌注，一般灌注三天后进行首次超声波检测。每个检测横截面上一般布置若干个测点，检测时在测点上放置超声波发射换能器，正对180°位置放置接收换能器，测完一个测点换到下一个测点，直到测完整个钢管截面为止。因此，进行检测时，检测人员必须爬上拱桥，下到挂篮，两人配合在钢管的径向放置换能器，另一人操作仪器。测完一个截面后再换到下一个截面检测，直到所有截面测试完。管内混凝土检测在混凝土灌注后按龄期开展，一般3天、7天、14天、28天、56天测试，甚至进行长期监测。

然而,管内混凝土超声波检测严重依赖挂篮，存在以下不足：

1.操作危险：挂篮为临时设施，稳定性差，检测人员需要爬下挂篮平台固定换能器，凌空作业，非常危险。

2.检测区域受限：挂篮通常设置在两个拱肋节段中间的法兰盘位置处，因此超声波检测也只能检测法兰盘位置，无法检测其它截面，严重限制了检测位置。

3.检测时间受限：挂篮是临时设施，拱桥合拢后一般会逐步拆除挂篮，挂篮拆除后无法进行超声波检测。

4.检测精度低、工作效率低：测点必须依靠人工对准，压住换能器，使换能器与钢管保持紧密接触，检测至少需要三人一组(一个人操作一个换能器，还需要一个人操作主机)，检测方法工作效率低。在局促的平台空间上，检测人员必须不断调整姿势、保持姿势，严重考验检测人员体力。

基于以上不足，管内混凝土超声波检测急需一种支持设备。该设备应能克服依靠挂篮进行检测的不足，同时满足轻质、便携、易操作的要求，提高检测过程自动化程度，减轻检测人员负担。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种钢管混凝土超声波检测支架，以提高钢管混凝土超声波检测时的操作安全性，及提高检测时间和检测区域的灵活性，并提高检测效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钢管混凝土超声波检测支架，包括两个换能器架、旋转架和底座，两个所述换能器架分别与所述旋转架的两端连接，所述旋转架设于所述底座上，所述底座磁性吸附于钢管上，以用于将所述超声波检测支架固定于拱桥被测钢管上；

所述底座包括磁性底座本体及设于所述磁性底座本体上的控制机构，所述控制机构包括第一步进电机、第一导向轮、齿轮和第一控制器，所述第一步进电机与所述第一控制器连接，所述齿轮与所述第一步进电机连接，所述齿轮设于所述第一导向轮的上方，所述旋转架的中部卡设于所述齿轮和所述第一导向轮之间，以使旋转架只能沿着钢管环向方向旋转。

进一步地，所述换能器架包括滑轨、螺杆、换能器夹、控制盒、第一快速接头和第二导向轮，所述滑轨和螺杆平行设置且均设于所述控制盒的同一端，所述滑轨的一端与所述控制盒固定连接，所述螺杆的一端与所述控制盒转动连接，所述滑轨和螺杆的另一端均设有限位块；所述换能器夹穿设于所述滑轨和螺杆上，所述第一快速接头的一端与所述控制盒的靠近所述换能器夹的外侧壁和所述限位块固定连接，所述第一快速接头的另一端与所述旋转架快速连接；所述第二导向轮设于所述第一快速接头的靠近所述换能器夹的一端，且远离所述控制盒，以使所述第二导向轮可与钢管接触。

进一步地，所述换能器夹包括一两端开口的筒体和与所述筒体的外侧壁连接的连接件，所述筒体的侧壁上开设有缝隙，所述侧壁上靠近所述缝隙处设有螺丝，以通过拧紧所述螺丝使所述筒体箍紧换能器；所述连接件上开设有通孔，所述连接件通过所述通孔穿设于所述滑轨和螺杆上。

进一步地，所述控制盒内设有依次连接的齿轮组、第二步进电机、第二控制器和电源，所述齿轮组与所述螺杆连接，以通过所述齿轮组的转动，带动所述螺杆转动。

进一步地，所述筒体上远离所述控制盒的一端还设有限位传感器，所述限位传感器与所述第二控制器连接；所述筒体的内径稍大于换能器的外径，所述筒体的长度稍短于换能器的长度。

进一步地，所述第一快速接头的远离所述换能器夹的一端上还设有第一安全扣，所述旋转架上设有第一安全绳，所述第一安全扣与所述第一安全绳相适配。

进一步地，所述第一导向轮为两个，两个所述第一导向轮设于同一水平面上。

进一步地，所述旋转架包括两个弯曲的金属管，所述两个弯曲的金属管通过第二快速接头连接，所述旋转架呈半圆形。

进一步地，所述金属管的上表面设有带齿结构，所述带齿结构与所述齿轮相匹配；所述带齿结构为由塑胶制成的齿条。

进一步地，所述磁性底座本体上还设有开关和第二安全扣，所述开关与磁性底座本体内的磁铁连接，用于控制磁性底座本体上软磁性材料的磁化或退磁，以使底座吸附在钢管上或从钢管上取下；所述第二安全扣还连接有第二安全绳，以通过第二安全绳将底座扣在拱桥检修梯上。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

(1)本发明的检测支架，使对钢管混凝土的超声波检测摆脱了对挂篮的依赖，可实现任意时候检测，不仅提高了操作安全性，还提高了检测时间和检测区域的灵活性。且本发明可沿钢管环向旋转，避免了检测人员临空作业的危险，进一步提高了作业的安全性。

(2)本发明的检测支架采用轻质材料、易拆装的设计，可实现性强；同时，检测支架中的换能器夹可进行伸缩控制，伸出时使换能器紧贴钢管壁，不需专人固定换能器，整个检测过程单人可操作，大大提高效率，减轻检测人员负担，提高了检测精度。

【附图说明】

图1为本发明实施例一种钢管混凝土超声波检测支架的结构示意图；

图2为本发明实施例一种钢管混凝土超声波检测支架的拆分效果图；

图3为本发明实施例一种钢管混凝土超声波检测支架中换能器架的结构示意图；

图4为本发明实施例一种钢管混凝土超声波检测支架中换能器架上的换能器夹的伸出效果图；

图5为本发明实施例一种钢管混凝土超声波检测支架中控制盒内部的结构示意图。

图中，1-换能器架，11-滑轨，12-螺杆，13-换能器夹，131-筒体，132-连接件，133-螺丝，14-控制盒，141-齿轮组，142-第二步进电机，143-第二控制器，144-电源，15-第一快速接头，16-第二导向轮，17-限位块，18-弹簧销，19-固定件，2-旋转架，21-第一安全绳，22-金属管，23-第二快速接头，24-带齿结构，3-底座，31-磁性底座本体，32-第一导向轮，33-齿轮，34-第二安全扣，35-第二安全绳。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

如图1-图4，一种钢管混凝土超声波检测支架，包括两个换能器架1、旋转架2和底座3，两个所述换能器架1分别与所述旋转架2的两端连接，所述旋转架2设于所述底座3上，所述底座3磁性吸附于被测钢管上，以用于将所述超声波检测支架固定于拱桥的被测钢管上。

两个换能器架1均可控制超声波换能器推出以保证换能器与钢管测点紧密接触，以及可控制超声波换能器缩回以方便检测支架移动。所述换能器架1包括滑轨11、螺杆12、换能器夹13、控制盒14、第一快速接头15和第二导向轮16，所述滑轨11和螺杆12平行设置，且所述滑轨11的一端与所述控制盒14固定连接，所述螺杆12的一端与所述控制盒14转动连接，所述滑轨11和螺杆12的另一端均设有限位块17。本发明中，滑轨11和螺杆12相当于丝杆传动机构。所述换能器夹13同时穿设于所述滑轨11和螺杆12上，当螺杆12旋转，则带动换能器夹13伸出或缩回。换能器夹13用于固定换能器，即两个所述换能器夹13分别用于固定超声波发射换能器和超声波接收换能器。所述第一快速接头15的一端与所述控制盒14的靠近所述换能器夹13的外侧壁和所述限位块17固定连接，所述第一快速接头15的另一端通过弹簧销18与所述旋转架2连接。所述第二导向轮16通过一固定件19设于所述第一快速接头15的靠近所述换能器夹13的一端，且远离所述控制盒14，以使所述第二导向轮16可与钢管滑动接触，减小旋转架2旋转过程中与钢管的摩擦，使旋转架2沿钢管环向定向移动。

进一步地，所述控制盒14内设有依次连接的齿轮组141、第二步进电机142、第二控制器143和电源144(如图5)，所述齿轮组141与所述螺杆12连接，以通过所述齿轮组141的转动，带动所述螺杆12转动。通过第二控制器143控制第二步进电机142正转或反转，进而带动齿轮组141和螺杆12正转或反转，从而控制换能器夹13的伸出或缩回。如当第二控制器143控制第二步进电机142正转时，齿轮组141带动螺杆12正转，从而实现换能器夹13的伸出，反之，反转时则实现换能器夹13的缩回。第二控制器143与第二步进电机142可以为有线连接也可以为无线连接。当然其他实施例中，所述第二步进电机142与所述齿轮组141之间还可设置减速器。

进一步地，所述换能器夹13包括一两端开口的筒体131和与所述筒体131的外侧壁连接的连接件132，所述滑轨11为两根，两根滑轨11分别设于螺杆12的两侧，所述连接件132上开设有三个通孔(图未示)，所述连接件132通过所述三个通孔穿设于所述滑轨11和螺杆12上，其中所述螺杆12所穿过的位于中间的通孔的内壁上设有与所述螺杆12的螺纹相螺合的螺纹。所述筒体131的侧壁上开设有缝隙，所述侧壁上靠近所述缝隙处设有螺丝133，以通过拧紧所述螺丝133使所述筒体131箍紧换能器。所述筒体131上远离所述控制盒14的一端还设有限位传感器(图未示)，所述限位传感器与所述第二控制器143连接。当限位传感器检测到换能器夹13上的换能器顶住钢管壁后，将信号传输至第二控制器143，第二控制器143控制换能器夹13停止伸出，并保持换能器的管壁紧密接触。所述筒体131的内径稍大于换能器的外径，所述筒体131的长度稍短于换能器的长度。换能器放入后前端略微超出换能器夹13，然后旋紧换能器夹13的侧壁上的两颗螺丝133即可夹紧换能器。

进一步地，所述第一快速接头15的远离所述换能器夹13的一端上还设有第一安全扣(图未示)，所述旋转架2上设有第一安全绳21，所述第一安全扣与所述第一安全绳21相适配，以将换能器架1与旋转架2连接，进一步提高连接的稳固性。

进一步地，所述旋转架2包括两个弯曲的金属管22，所述两个弯曲的金属管22通过第二快速接头23连接，所述旋转架2呈半圆形，以使旋转架2环绕于圆形钢管外及使旋转架2两端的换能器架1上的换能器可在钢管截面的同一直线上进行检测。

进一步地，所述金属管22的上表面设有带齿结构24，所述带齿结构24与所述齿轮33相匹配，以使齿轮33带动旋转架2旋转。即旋转架2在底座3的控制机构的驱动下旋转，以实现不同角度的检测。本实施例中，所述带齿结构24为由塑胶制成的齿条，将齿条粘结在金属管21的上表面，以降低加工难度。

进一步地，所述底座3包括磁性底座本体31及设于所述磁性底座本体31上的控制机构，所述控制机构包括第一步进电机(图未示)、第一导向轮32、齿轮33和第一控制器(图未示)，第一导向轮32和齿轮33均为边缘突出构造(类似火车轮缘)。所述第一步进电机与所述第一控制器连接，所述齿轮33与所述第一步进电机连接，所述齿轮33设于所述第一导向轮32的上方，所述旋转架2(即非旋转架2的两端)卡设于所述齿轮33和所述第一导向轮32之间，以使旋转架2只能沿着钢管环向方向旋转。第一步进电机和第一控制器的安装位置为只需安装在磁性底座本体31上且满足上述连接关系即可。本实施例中，所述第一导向轮32设为两个，两个所述第一导向轮32设于同一水平面上，以进一步提高旋转架2卡设在齿轮33和所述第一导向轮32之间的稳定性及进一步限定旋转架2只能沿着钢管环向方向旋转。

磁性底座本体31上还设有开关(图未示)和第二安全扣34，所述开关与磁性底座本体31内的磁铁连接，用于控制磁性底座本体31内软磁性材料的磁化和退磁，以使底座3吸附在钢管上或从钢管上取下。即底座3可通过开关控制，打开时可吸附在被测钢管上，使整个检测支架固定在钢管上，同时为旋转架2提供一个固定参考点。第二安全扣34还连接有第二安全绳35，以通过第二安全绳35将底座31扣在拱桥检修梯上，以防坠落。

本发明钢管混凝土超声波检测支架中,还配设有一遥控器,所述遥控器与所述第一控制器和第二控制器143通过无线通讯方式连接，以通过所述遥控器控制第一控制器和第二控制器143，进而控制第一步进电机和第二步进电机142。

安装该超声波检测支架时，首先沿钢管混凝土拱桥检修梯走到检测钢管截面附近。到达检测钢管截面后，根据以下顺序安装设备：将两个超声波换能器分别固定在换能器架1的换能器夹13上，将旋转架2两部分连接并插入底座3的两个第一导向轮32与齿轮33间，将换能器架1扣上第一安全绳21，再将换能器架1上的快速接头15与旋转架2的端部连接，使换能器架1与旋转架2连接，将底座3上的第二安全绳35扣在拱桥检修梯上，将装置放到待测钢管截面上并打开磁性底座本体31上的开关，至此，即可将整个支架就固定在拱桥上。

使用该超声波检测支架进行检测时，首先将换能器架1上的超声波换能器对准钢管截面上的第一个测点后，通过第二控制器143启动控制盒14内的第二步进电机142，使第二步进电机142带动齿轮组141转动，齿轮组141带动螺杆12转动，进而使换能器夹13伸出，配合限位传感器，当换能器贴紧钢管时，通过第二控制器143控制第二步进电机142停止，以使换能器夹13停止伸出。两个换能器同时伸出贴紧钢管后即可开始超声波测试，测试时操作超声波测试仪读取数据。测完该测试点后，通过第二控制器143控制第二步进电机142启动(反转)，将换能器夹13缩回。再通过第一控制器控制第一步进电机启动，使齿轮33转动，从而使旋转架2旋转一个固定角度，对准下一个测点。对准测点后，再使换能器伸出，重复测试操作，直至该截面所有测点测完。测完一个截面后，使旋转架2中点旋转到底座3位置，通过开关关闭磁性底座3，将检测支架与超声波换能器一起提起，取出扣在检修梯上的安全绳，走到下一个测试截面重复操作，直到测完所有截面。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。