Pccp钢丝断丝探测主的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种PCCP钢丝断丝探测主机，至少包括发射机、接收机和数据采集卡，所述数据采集卡与所述接收机连接，所述发射机，用以生成交流信号，并输出至外部的一个发射探头和一主控计算机；所述接收机，用以接收外部的一接收探头中感应到的同步参考电压信号和测试电压信号；响应所述数据采集卡的信号，将该同步参考电压信号和测试电压信号处理后传输至所述数据采集卡；所述数据采集卡，用以由外部一测距轮的脉冲信号触发，采集所述接收机处理后传输而来的信号，并上传至所述主控计算机；其中，所述接收机包括锁相放大器，经接收线圈感应到的测试电压信号和同步参考电压信号分别经所述锁相放大器后输入到所述数据采集卡。
【专利说明】PCCP钢丝断丝探测主机
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种PCCP钢丝断丝检测主机。
【背景技术】
[0002] PCCP 管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe)是带钢筒的预应力混凝土管的 简称，是目前国际上使用广泛的大口径、耐高压管材，由嵌埋薄钢筒的管芯、缠在管芯外的 预应力钢丝（直径）和钢丝外的水泥砂浆保护层组成，如图1所示。管子的两端分别焊有 钢制的承口圈和插口圈，管子的柔性接头采用滑动胶圈密封。在工作状态下，嵌埋在管壁中 的薄钢筒具有抗渗功能，缠绕在管芯外的预应力钢丝及管芯的混凝土壁承受管材的内水压 力及外荷载，因此PCCP管是一种将钢管与普通预应力混凝土管的优点相结合的管种。
[0003] 远场涡流变压器耦合（RFECTC)技术采用内探头方式检测金属管材，此技术的特 点在于既能检查黑色金属材料，又能检查有色金属材料，并且对内部的或外部的异常情况 具有相同的灵敏度。采用单探头就能探测凹坑、裂纹和管壁的整体减薄。
[0004] 采用一个激励线圈在管壁内以低的磁化水平感应出周向的涡流，与较常规的涡 流检测不同，该技术将检测线圈沿着管道放置在距激励线圈2?3倍管径处，检测器信号相 对于激励线圈的相位通常被用作管壁特性的度量。
[0005] 由频率相当低的正弦信号所驱动的激励线圈，在管道中产生的内部电磁场，能在 激励线圈的两边分成三个性质不同的区域，这些区域被称为直接耦合区、过渡区和远场区， 如图1所示，远场涡流变压器耦合技术原理示意图。
[0006] 尽管多少受到管道存在的影响，直接耦合区主要是来自激励线圈直接对准的耦 合，起一个简单的变压器的作用。直接激励的强度在激励线圈的附近是很大的，但随距激励 线圈的距离增加而迅速衰减，大多数的涡流仪器工作在此直接激励区或近场区。
[0007] 由于PCCP管钢筒壁的衰减，接收线圈感应出的远场涡流信号是极其微弱的，系统 本身的噪声、试验平台抖动引入的噪声甚至外界的电磁干扰噪声都可能比检测信号大多个 数量级，有用信号可能全部淹没于噪声之中，因此如何在强噪声当中提取出所需的远场涡 流信号是关系系统正常工作的一项关键技术。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是如何在强噪声当中提取出所需的远场涡流信号。
[0009] 为了解决这一技术问题，本发明一种PCCP钢丝断丝探测主机，至少包括发射机、 接收机和数据采集卡，所述数据采集卡与所述接收机连接，
[0010] 所述发射机，用以生成交流信号，并输出至外部的一个发射探头和一主控计算机， 所述交流信号包括互相匹配的测试交流信号和同步参考交流信号；
[0011] 所述接收机，用以：
[0012] 接收外部的一接收探头中感应到的同步参考电压信号和测试电压信号；
[0013] 响应所述数据采集卡的信号，将该同步参考电压信号和测试电压信号处理后传输 至所述数据采集卡；
[0014] 所述同步参考电压信号与所述同步参考电流信号对应，所述测试电压信号与所述 测试交流信号对应；
[0015] 所述数据采集卡，用以：
[0016] 由外部一测距轮的脉冲信号触发，采集所述接收机处理后传输而来的信号，并上 传至所述主控计算机；
[0017] 其中，所述接收机包括锁相放大器，经所述接收线圈感应到的测试电压信号和同 步参考电压信号经所述锁相放大器提取处理后输入到所述数据采集卡。
[0018] 所述发射机包括信号源和功率放大器，所述信号源用以产生所述交流信号；所述 功率放大器用以对所述交测试流信号进行功率放大，并将所述同步参考交流信号和放大后 的测试交流信号传输至所述发射探头，使之实现电磁波信号的发射。
[0019] 所述信号源包括低功耗单片机、DDS芯片、低通滤波器和反相器，所述低功耗单片 机、DDS芯片、低通滤波器和功率放大器依次连接，从而通过所述功率放大器输出所述测试 交流信号；所述低功耗单片机、DDS芯片和反相器依次连接，从而通过所述反相器输出同步 参考交流信号。
[0020] 所述功率放大器包括前置放大电路、功率放大电路和稳压电源，所述交流信号依 次经过所述前置放大电路和功率放大电路实现放大，从而通过所述功率放大电路输出，所 述稳压电源分别与所述前置放大电路和功率放大电路连接。
[0021] 所述锁相放大器包括信号通道、参考通道和双相关处理电路，所述测试电压信号 经所述信号通道输入所述双相关处理电路，所述同步参考电压信号经所述参考通道输入所 述双相关处理电路，从而经所述双相关处理电路的提取处理后输出。
[0022] 所述双相关处理电路包括同相相关器和正交相关器，所述同相相关器的两个输入 端分别连接至所述参考通道和信号通道，所述正交相关器的两个输入端分别连接至所述参 考通道和信号通道，所述同相相关器和正交相关器的输出端分别连接同相分量输出端口和 正交分量输出端口，所述同相分量输出端口和正交分量输出端口与所述数据采集卡连接。
[0023] 所述同相相关器和正交相关器均包括串联的乘法器和低通滤波器，每个所述乘法 器的两个输入端分别连接至所述参考通道和信号通道，两个所述乘法器的输出端分别连接 对应的所述低通滤波器的一端，所述同相相关器中的所述低通滤波器的另一端连接所述同 相分量输出端口，所述正交相关器中的所述低通滤波器的另一端连接所述正交分量输出端 □。
[0024] 所述同相相关器中的所述低通滤波器的另一端还连接一矢量运算器；所述正交相 关器中的所述低通滤波器的另一端还连接所述矢量运算器。
[0025] 所述参考通道上设有过零整形电路、谐波电路、细调相仪器和锁相电路，所述同步 参考电压信号依次经过零整形电路、谐波电路、细调相仪器和锁相电路后输入所述双相关 处理电路。
[0026] 所述的PCCP钢丝断丝探测主机还包括电源监控模块，所述电源模块包括充电器、 检测电阻和蓄电池监控芯片，所述蓄电池监控芯片分别与一蓄电池和检测电阻连接，所述 充电器和检测电阻均与所述蓄电池连接，所述蓄电池监控芯片还通过单片机与所述主控计 算机连接。
[0027] 本发明的探测主机引入了发射机、接收机和数据采集卡，且在接收机中设置了锁 相放大器，锁相放大器可实现微弱信号检测，它利用和被测信号有相同频率和相位关系的 参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪 声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，本发明将数据采集卡 与一测距轮联系起来，将数据的采集与系统的位置变化联系起来，从而使得检测效果更佳。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1是现有技术中远场涡流变压器耦合技术原理示意图
[0029] 图2是本发明一实施例中PCCP钢丝断丝检测系统的连接示意图；
[0030] 图3是本发明一实施例中PCCP钢丝断丝检测系统的结构示意图；
[0031] 图4是本发明一实施例中探测主机的结构示意图；
[0032] 图5是本发明一实施例中信号源的与原理框图；
[0033] 图6是本发明一实施例中功率放大器的原理框图；
[0034] 图7是本发明一实施例中锁相放大器的原理框图；
[0035] 图8是本发明一实施例中电源监控模块的原理框图。
【具体实施方式】
[0036] 以下将结合图1至图8对本发明提供的PCCP钢丝断丝检测主机及使用该主机的 探测系统进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为，本领域的技术人员在不 改变本发明精神和内容的范围内能够对其进行修改和润色。
[0037] 本实施例提供了一种PCCP钢丝断丝检测系统，请参考图2和图3,包括主控计算 机、探测主机、接收探头、发射探头、车体和测距轮，所述主控计算机、探测主机、接收探头、 发射探头和测距轮均设于所述车体上且随所述车体一同行进，所述接收探头、发射探头和 测距轮、主控计算机均与所述探测主机连接。
[0038] 本发明是对检测系统进行的改进，主要侧重探测的过程和设备，至于探测得到的 最终曲线、信号如何进行比对处理，属本领域常规手段，故而不做具体阐述。
[0039] 关于所述发射探头：
[0040] 所述发射探头包括发射线圈和屏蔽盘，所述发射线圈设于所述屏蔽盘中，所述发 射线圈，至少用以响应所述探测主机输入的交流信号，发射相应的电磁波信号，从而在PCCP 管壁上感应出涡流信号；所述屏蔽盘至少用于衰减所述发射线圈与接收探头之间的直接耦 合信号；所述交流信号包括了互相匹配的测试交流信号和同步参考交流信号；依据屏蔽盘 的作用，可知晓其具体的形状以及其与发射线圈间的空间关系，是以能实现衰减直接耦合 信号为准。
[0041] 发射线圈是一种换能器，把低频功放输出的交流信号转换成电磁波信号并发射出 去，在PCCP管壁上感应出涡流信号。
[0042] 发射线圈要求具有高的能量转换效率和低的能量损耗，即要求有较高的品质因数 (Q)，通常依据工作频率选择绕制线圈的导线。低频段工作的电感线圈应采用漆包线等带绝 缘的导线绕制。对于工作频率在几十千赫至两兆赫之间的电感线圈，应采用多股绝缘导线 绕制，以增加导体有效截面积，减少集肤效应的影响，可使Q值提高30 % -40 %。对于工作频 率高于2MHz的电感线圈，应采用单股粗导线绕制，导线的直径一般在0. 3-1. 5mm之间。本 系统的工作频率较低，因此选用漆包线作为绕制线圈的导线。
[0043] 发射线圈的形式采用单回路线圈形式，单回路线圈的优点是其感应场的分布规 贝U，方向性好，其感应模式的形状如同一个玉米，同时其制作及加工也比较简单。单回路线 圈的另一大特点是易于参数计算，有利于进行解析型设计，其阻抗可表示为：
[0044] Z = R+j co L (1)
[0045] 实部为直流电阻，可用欧姆定律计算：
【权利要求】
1. 一种PCCP钢丝断丝探测主机，至少包括发射机、接收机和数据采集卡，所述数据采 集卡与所述接收机连接， 所述发射机，用以生成交流信号，并输出至外部的一个发射探头和一主控计算机，所述 交流信号包括互相匹配的测试交流信号和同步参考交流信号； 所述接收机，用以： 接收外部的一接收探头中感应到的同步参考电压信号和测试电压信号； 响应所述数据采集卡的信号，将该同步参考电压信号和测试电压信号处理后传输至所 述数据采集卡； 所述同步参考电压信号与所述同步参考电流信号对应，所述测试电压信号与所述测试 交流信号对应； 所述数据采集卡，用以： 由外部一测距轮的脉冲信号触发，采集所述接收机处理后传输而来的信号，并上传至 所述主控计算机； 其中，所述接收机包括锁相放大器，经所述接收线圈感应到的测试电压信号和同步参 考电压信号经所述锁相放大器提取处理后输入到所述数据采集卡。
2. 如权利要求1所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述发射机包括信号源 和功率放大器，所述信号源用以产生所述交流信号；所述功率放大器用以对所述交测试流 信号进行功率放大，并将所述同步参考交流信号和放大后的测试交流信号传输至所述发射 探头，使之实现电磁波信号的发射。
3. 如权利要求2所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述信号源包括低功 耗单片机、DDS芯片、低通滤波器和反相器，所述低功耗单片机、DDS芯片、低通滤波器和功 率放大器依次连接，从而通过所述功率放大器输出所述测试交流信号；所述低功耗单片机、 DDS芯片和反相器依次连接，从而通过所述反相器输出同步参考交流信号。
4. 如权利要求2所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述功率放大器包括前 置放大电路、功率放大电路和稳压电源，所述交流信号依次经过所述前置放大电路和功率 放大电路实现放大，从而通过所述功率放大电路输出，所述稳压电源分别与所述前置放大 电路和功率放大电路连接。
5. 如权利要求1所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述锁相放大器包括信 号通道、参考通道和双相关处理电路，所述测试电压信号经所述信号通道输入所述双相关 处理电路，所述同步参考电压信号经所述参考通道输入所述双相关处理电路，从而经所述 双相关处理电路的提取处理后输出。
6. 如权利要求5所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述双相关处理电路包 括同相相关器和正交相关器，所述同相相关器的两个输入端分别连接至所述参考通道和信 号通道，所述正交相关器的两个输入端分别连接至所述参考通道和信号通道，所述同相相 关器和正交相关器的输出端分别连接同相分量输出端口和正交分量输出端口，所述同相分 量输出端口和正交分量输出端口与所述数据采集卡连接。
7. 如权利要求6所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述同相相关器和正交 相关器均包括串联的乘法器和低通滤波器，每个所述乘法器的两个输入端分别连接至所述 参考通道和信号通道，两个所述乘法器的输出端分别连接对应的所述低通滤波器的一端， 所述同相相关器中的所述低通滤波器的另一端连接所述同相分量输出端口，所述正交相关 器中的所述低通滤波器的另一端连接所述正交分量输出端口。
8. 如权利要求7所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述同相相关器中的所 述低通滤波器的另一端还连接一矢量运算器；所述正交相关器中的所述低通滤波器的另一 端还连接所述矢量运算器。
9. 如权利要求5所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：所述参考通道上设有过 零整形电路、谐波电路、细调相仪器和锁相电路，所述同步参考电压信号依次经过零整形电 路、谐波电路、细调相仪器和锁相电路后输入所述双相关处理电路。
10. 如权利要求1所述的PCCP钢丝断丝探测主机，其特征在于：还包括电源监控模块， 所述电源模块包括充电器、检测电阻和蓄电池监控芯片，所述蓄电池监控芯片分别与一蓄 电池和检测电阻连接，所述充电器和检测电阻均与所述蓄电池连接，所述蓄电池监控芯片 还通过单片机与所述主控计算机连接。
【文档编号】G01N27/90GK104359970SQ201410531115
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】田华, 彭正辉, 徐进, 王春和, 朱今祥, 吴燕民, 钱明, 吴国芳, 于符静, 扈罗全, 杜泽, 许晓东, 王娜 申请人:苏州混凝土水泥制品研究院有限公司, 信息产业部电子第二十二研究所青岛分所