混凝土质量超声波检测断面成像装置与方法与流程

本发明涉及土木工程混凝土质量检测，具体地指一种混凝土质量超声波检测断面成像装置与方法。

背景技术：

1、混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，具有高强度、耐久性好等优点。但是，混凝土在使用过程中也会受到各种因素的影响，如温度、湿度、荷载等，从而导致混凝土产生不同程度的损伤和病害。因此，在混凝土的施工、使用和维护过程中，必须进行各种检测，及时发现和解决问题，确保混凝土工程的质量和安全。

2、混凝土的常用检测方法：

3、1、外观检测

4、外观检测是混凝土检测的最基本方法之一，通过目视观察混凝土表面的颜色、纹理、裂缝等情况，判断混凝土的质量和是否存在病害。外观检测主要适用于对混凝土表面的质量进行评估和判断，如混凝土的色泽、平整度、裂缝等。外观检测的优点是简单易行，成本低，但其判断结果比较主观，不能确定混凝土内部质量的具体情况。

5、2、抽芯检测

6、抽芯检测是一种常用的混凝土检测方法，通常适用于评估混凝土的强度和质量，具有较高的可靠性和准确性。抽芯检测可以通过钻孔机等工具，从混凝土结构中取出一定大小的混凝土芯样，进行实验室检测。抽芯检测的优点是可以获取混凝土的内部质量情况，可以进行定量分析和评估，但是其操作过程比较繁琐，需要专业的技术和设备支持。

7、3、超声波检测

8、超声波检测是一种非破坏性检测方法，通过超声波在混凝土中传播的速度和衰减情况，来评估混凝土的强度和质量。超声波检测可以通过超声波仪器，对混凝土结构进行全面扫描和测量。超声波检测的优点是可以获取混凝土结构的全面内部情况，可以进行定量分析和评估，而且不会对混凝土结构造成损坏，但是其检测结果受到混凝土结构的复杂性、水泥砂浆的含量和质量等因素的影响。

9、4、电阻率检测

10、电阻率检测是一种基于混凝土电性质的检测方法，通过测量混凝土的电阻率来评估混凝土的强度和质量。电阻率检测通常适用于混凝土的非均质性比较明显的情况，如混凝土的表面、裂缝、钢筋等部位。电阻率检测的优点是简单易行，成本低，但是其检测结果受到混凝土结构的复杂性、水泥砂浆的含量和质量等因素的影响。

11、5、荧光检测

12、荧光检测是一种基于混凝土荧光性质的检测方法，通过荧光显微镜观察混凝土中的荧光物质，来判断混凝土的质量和是否存在病害。荧光检测通常适用于混凝土中存在一定含量的荧光物质，如氯化物、硫酸盐等。荧光检测的优点是可以获取混凝土内部质量情况，可以进行定量分析和评估，但是其操作过程比较繁琐，需要专业的技术和设备支持。

13、6、硬度检测

14、硬度检测是一种常用的混凝土检测方法，通过测量混凝土表面的硬度来评估混凝土的强度和质量。硬度检测通常适用于混凝土表面的硬度比较均匀、平整的情况，如混凝土地面、墙面等。硬度检测的优点是简单易行，成本低，但是其检测结果受到混凝土表面的平整度、硬度均匀性等因素的影响。

15、由于上述无法对混凝土内部缺陷进行很好的检测，传统的超声波法对混凝土的内部缺陷无法进行成像分析，况且需要很专业的技术人员才能进行作业，检测效果往往也很不理想，无法满足混凝土内部质量的检测要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是要提供一种混凝土质量超声波检测断面成像装置与方法，本发明具有超声信号叠加成像功能，且超声波发射信号能量大、接收灵敏度高、分辨率高和探测距离深。

2、为实现此目的，本发明所设计的混凝土质量超声波检测断面成像装置，它包括换能器阵面、顺序排列设置在换能器阵面中的多列超声波换能器组，每列超声波换能器组均包括多个超声波换能器；

3、每列超声波换能器组依次向混凝土层发生超声波，当某一列超声波换能器组向混凝土层发生超声波时，顺序排列在其后的超声波换能器组接收混凝土层反射回来的反射超声波；

4、根据混凝土质量超声波检测断面成像原理对超声波换能器组接收到的反射超声波进行成像处理，得到二维超声波检测断面振幅图像。

5、本发明的有益效果：

6、本发明混凝土质量超声波检测断面成像装置的超声换能器模块由一排一排尖形超声波换能器组成，由于混凝土表面一般是不太平整，常规超声检测时需要如水或黄油之类的耦合剂；而本超声换能器的辐射头是尖的，可以与混凝土进行很好的接触和超声波聚焦，因此不需要耦合剂，检测时方便；同时，一列超声换能器组同时发射，多个超声换能器同时接收，所以信号能量大。

7、每一排超声换能器发射超声波时，顺序排列在其后的超声波换能器组接收混凝土层反射回来的反射超声波，由于每一列超声换能器组都进行发射，多列换能器组多次接收，在相同的检测分析点上就存在多个信号，这些信号进行叠加，可以提高检测分析点的信号强度。另外，由于干扰信号是随机的，反射信号是有规律的，多次叠加后可以减小干扰信号。同时，多次叠加后，增强了反射信号的强度，这样就可以提高弱反射信号的强度，提高了检测分辨率，反射信号的增强就可以加大检测深度，有利于提高混凝土内容缺陷的检测能力。

技术特征：

1.一种混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：它包括换能器阵面(2)、顺序排列设置在换能器阵面(2)中的多列超声波换能器组，每列超声波换能器组均包括多个超声波换能器(1)；

2.根据权利要求1所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：每列超声波换能器组中相邻两个超声波换能器(1)的间距相等，每列超声波换能器组中多个超声波换能器(1)排列成一条直线，相邻两列超声波换能器组之间的间距相等，每列超声波换能器组均对齐布置。

3.根据权利要求1所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：根据混凝土质量超声波检测断面成像原理对超声波换能器组接收到的反射超声波进行成像处理的具体方法为：对反射超声波按照时间进行时深转换，得到各时刻混凝土层不同位置的坐标，从而获取各时刻混凝土层不同位置的超声波振幅值，将各时刻混凝土层不同位置的超声波振幅值通过二维叠加后得到二维超声波检测断面振幅图像(8)。

4.根据权利要求3所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：每个超声波换能器(1)均包括超声换能器芯体(1.1)和换能器辐射头(1.2)，所述换能器辐射头(1.2)的底面固定在超声换能器芯体(1.1)的顶面，超声换能器芯体(1.1)的顶面为超声信号发射面或接收面，超声换能器芯体(1.1)安装在换能器阵面(2)的换能器腔(3)中。

5.根据权利要求4所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：每个超声换能器芯体(1.1)和对应的换能器辐射头(1.2)同轴布置，每个超声换能器芯体(1.1)均垂直于换能器阵面(2)。

6.根据权利要求4或5所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：每个超声换能器芯体(1.1)均通过对应的弹簧(1.3)安装在换能器腔(3)中，弹簧(1.3)的一端与超声换能器芯体(1.1)的底面固定连接，弹簧(1.3)的另一端与换能器腔(3)的换能器安装孔固定连接。

7.根据权利要求1所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：每个超声波换能器(1)均由超声波发射接收及控制模块(5)进行控制，超声波发射接收及控制模块(5)包括cpu(5.4)、通信接口(5.5)、多个超声波工况切换模块(5.1)、多个超声波发射信号通道(5.2)、多个超声波接收信号通道(5.3)；

8.根据权利要求1所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：超声波换能器组有4～n列，n的具体数字由视混凝土质量超声波检测断面成像装置的长度决定。

9.根据权利要求1所述的混凝土质量超声波检测断面成像装置，其特征在于：每列超声波换能器组有1～m个超声换能器(1)，m的具体数字由视混凝土质量超声波检测断面成像装置的宽度决定。

10.一种基于权利要求1所述装置的混凝土质量超声波检测断面成像方法，其特征在于，它包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种混凝土质量超声波检测断面成像装置，它包括换能器阵面、顺序排列设置在换能器阵面中的多列超声波换能器组，每列超声波换能器组均包括多个超声波换能器；每列超声波换能器组依次向混凝土层发生超声波，当某一列超声波换能器组向混凝土层发生超声波时，顺序排列在其后的超声波换能器组接收混凝土层反射回来的反射超声波；根据混凝土质量超声波检测断面成像原理对超声波换能器组接收到的反射超声波进行成像处理，得到二维超声波检测断面振幅图像。本发明具有超声信号叠加成像功能，且超声波发射信号能量大、接收灵敏度高、分辨率高和探测距离深。

技术研发人员：陶凤娟,刘鎏,石振明,彭铭,刘春生,陶圣朋
受保护的技术使用者：武汉长盛工程检测技术开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12