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CN107703161B - 一种冲击应力波检测系统 - Google Patents

一种冲击应力波检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种冲击应力波检测系统，包括：冲击架、冲击源、弹性连接件、表面传感器和采集分析设备；冲击架包括：架体和支撑杆；架体的中部设置有冲击源弹击空间，架体的内壁设置有固定器；弹性连接件的中部穿过冲击源上的通孔与冲击源固定连接；表面传感器设置在所述冲击架的周围，其一端与待测介质的表面抵接，其另一端与采集分析设备连，用于当冲击源撞击待测介质的表面时，测量冲击应力波数据，并发送给采集分析设备；采集分析设备，用于对接收到的冲击应力波数据进行分析，得到分析结果。本发明可以检测到介质内部的缺陷的具体位置、大小等信息，能有效地提高缺陷检测的准确性和精确性，可以广泛地应用于对介质内部的缺陷的检测。

Description

一种冲击应力波检测系统
技术领域
本申请涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种冲击应力波检测系统。
背景技术
冲击应力波检测技术是无损检测领域一门新兴技术，其特点是操作简单，消耗的能量小，使用范围广。冲击应力波检测技术已经广泛应用在混凝土无损检测、桩基无损检测领域。
但是，现有技术中的冲击应力波检测方法还具有一些缺陷，例如，应力波发生源产生的应力波指向性不良，信号采集系统得到的波形不够精确，因此其最终的检测结果的准确性和精确性不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种冲击应力波检测系统，从而可以有效地提高缺陷检测的准确性和精确性。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种冲击应力波检测系统，该系统包括：冲击架、冲击源、弹性连接件、一个或多个表面传感器和采集分析设备；
所述冲击架包括：架体和支撑杆；所述架体上设置有供支撑杆通过的支撑杆通孔；所述支撑杆穿过所述支撑杆通孔与所述架体固定连接；所述支撑杆的底部与待测介质的表面抵接；所述架体的中部设置有供所述冲击源和弹性连接件通过的冲击源弹击空间，所述架体的内壁的相对两侧分别设置有固定器；
所述冲击源上设置有供弹性连接件穿过的通孔；
所述弹性连接件的中部穿过所述通孔与所述冲击源固定连接；所述弹性连接件的两端分别与所述架体的内壁的固定器连接；
所述表面传感器设置在所述冲击架的周围，所述表面传感器一端与待测介质的表面抵接，其另一端与所述采集分析设备连接；所述表面传感器用于当与弹性连接件连接的冲击源撞击待测介质的表面时，测量冲击应力波数据，并将测量得到的冲击应力波数据发送给所述采集分析设备；
所述采集分析设备，用于对接收到的冲击应力波数据进行分析，得到分析结果。
较佳的，所述固定器上远离弹性连接件的一端穿过所述架体，通过调节螺栓与所述架体固定连接；所述调节螺栓通过在水平方向上的移动来调整所连接的弹性连接件的受力程度。
较佳的，所述固定器与所述连接件的连接处设置有用于与连接件固定连接的钩状结构。
较佳的，所述支撑杆与架体连接的一端的端部设置有螺纹，并通过螺母与架体固定连接。
较佳的，所述采集分析设备还进一步包括：采集箱和分析器；
所述采集箱，用于从所述表面传感器接收冲击应力波数据，并将接收到的冲击应力波数据发送给所述分析器；
所述分析器，用于将接收到的冲击应力波数据通过时域曲线显示出来，并通过快速傅里叶变换将时域曲线变换为频域曲线，计算得到待测介质的厚度及冲击应力波的波速；还可用于接收用户输入的参数。
较佳的，所述采集箱内设置有USB数据采集卡；
所述USB数据采集卡与所述表面传感器连接，并通过USB接口与分析器连接，用于从所述表面传感器接收冲击应力波数据，并将接收到的冲击应力波数据发送给所述分析器。
较佳的，所述表面传感器为加速度传感器或位移传感器。
较佳的，所述冲击源为钢球，所述钢球的直径为2～10毫米；
所述弹性连接件为皮筋。
较佳的，所述冲击架使用不锈钢材料制成。
如上可见，在本发明中的冲击应力波检测系统中，由于将冲击源设置在冲击架的中部，并且通过弹性连接件将冲击源与冲击架连接，因此，在需要进行冲击应力波检测时，冲击源可以在弹性连接件的带动下迅速撞击待测介质的表面(瞬时单次接触)，在介质内部产生冲击应力波，应力波在多次反射之后，将逐渐衰减，表面传感器将测量得到的冲击应力波发送给所述采集分析设备之后，采集分析设备即可根据接收到的冲击应力波进行分析，得到分析结果，从而可以检测到介质内部的缺陷的具体位置、大小等信息，并且可以有效地提高缺陷检测的准确性和精确性，可以广泛地应用于对介质内部的缺陷的检测。而且，本发明中的冲击应力波检测系统结构简单，简易便携，指向性好。
附图说明
图1为本发明实施例中的冲击应力波检测系统的整体结构及工作原理示意图。
图2为本发明实施例中的冲击架的俯视图。
图3为本发明实施例中的冲击架的侧视图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的冲击应力波检测系统的整体结构及工作原理示意图。图2为本发明实施例中的冲击架的俯视图。图3为本发明实施例中的冲击架的侧视图。如图1～图3所示，本发明实施例中的冲击应力波检测系统包括：冲击架11、冲击源12、弹性连接件13、一个或多个表面传感器14和采集分析设备15；
所述冲击架11包括：架体111和支撑杆112；所述架体111上设置有供支撑杆112通过的支撑杆通孔113；所述支撑杆112穿过所述支撑杆通孔113与所述架体111固定连接；所述支撑杆112的底部与待测介质10的表面抵接；所述架体111的中部设置有供所述冲击源12和弹性连接件13通过的冲击源弹击空间114，所述架体111的内壁的相对两侧分别设置有固定器115；
所述冲击源12上设置有供弹性连接件13穿过的通孔；
所述弹性连接件13的中部穿过所述通孔与所述冲击源12固定连接；所述弹性连接件13的两端分别与所述架体111的内壁的固定器115连接；
所述表面传感器14设置在所述冲击架11的周围，所述表面传感器14一端与待测介质10的表面抵接，其另一端与所述采集分析设备15连接；所述表面传感器14用于当与弹性连接件13连接的冲击源12撞击待测介质10的表面时，测量冲击应力波数据，并将测量得到的冲击应力波数据发送给所述采集分析设备15；
所述采集分析设备15，用于对接收到的冲击应力波数据进行分析，得到分析结果。
在本发明的上述冲击应力波检测系统中，由于将冲击源设置在冲击架的中部，并且通过弹性连接件将冲击源与冲击架连接，因此，在需要进行冲击应力波检测时，可以先拉动冲击源，使得冲击源远离冲击架(例如，向上拉动冲击源，并拉动到预定高度)，当拉动到某一预定位置时，释放冲击源，使得冲击源在弹性连接件的带动下迅速撞击待测介质的表面(瞬时单次接触)，从而在介质内部产生冲击应力波。由于纵波的传播速度最快，遇到介质内部的缺陷时会首先发生反射，反射波到达介质表面后将再次向介质内部方向反射，应力波在多次反射之后，将逐渐衰减。表面传感器在接收到这种反复反射的波后，将形成一个周期信号，该周期信号的周期与缺陷的深度有关，深度越大周期越长。表面传感器测量得到的冲击应力波发送给所述采集分析设备之后，采集分析设备即可根据接收到的冲击应力波进行分析，得到分析结果，从而可以检测到介质内部的缺陷的具体位置、大小等信息。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述冲击源可以是钢球，所述钢球的直径为2～10毫米(mm)。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述弹性连接件可以是皮筋，也可以是其它具有弹性的弹性连接件。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述固定器115上远离弹性连接件的一端穿过所述架体111，通过调节螺栓116与所述架体111固定连接；所述调节螺栓116可通过在水平方向上的移动来调整所连接的弹性连接件13的受力程度(例如，可以转动该调节螺栓，以调节所连接的皮筋的紧绷程度)。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述固定器的一端通过焊接等方式与所述调节螺栓固定连接。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述固定器与所述连接件的连接处设置有用于与连接件固定连接的钩状结构，从而便于与所述弹性连接件连接。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述支撑杆与架体连接的一端的端部设置有螺纹，并通过螺母与架体固定连接。因此，在将支撑杆穿过支撑杆通孔之后，可以在杆体位于架体上下侧的螺纹部分分别用螺母进行固定。因此使得在对不同的介质结构进行检测时，可通过旋转上述螺母的方式来调整支撑杆伸出的长度，从而方便地调整整个冲击架的高度。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述表面传感器可以是灵敏度高、信噪比高的加速度传感器或位移传感器。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述采集分析设备还可以进一步包括：采集箱和分析器；
所述采集箱，用于从所述表面传感器接收冲击应力波数据，并将接收到的冲击应力波数据发送给所述分析器；
所述分析器，用于将接收到的冲击应力波数据通过时域曲线显示出来，并通过快速傅里叶变换将时域曲线变换为频域曲线，计算得到待测介质的厚度及冲击应力波的波速；还可用于接收用户输入的参数。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述采集箱内设置有USB数据采集卡，所述USB数据采集卡与所述表面传感器连接，并通过USB接口与分析器连接，用于从所述表面传感器接收冲击应力波数据，并将接收到的冲击应力波数据发送给所述分析器。
在本发明的技术方案中，上述的冲击应力波检测系统的检测范围可以为100～10000毫米(mm)，即可检测到待测介质内部深度为100～10000mm的缺陷，所形成的反射波的频率范围为5～100kHz，采样频率可以在200kHz(对应于50mm深的缺陷)和10kHz(对应于1000mm深的缺陷)之间任意选择。另外，较佳的，在本发明的技术方案中，为了使采集到的数字信号平滑，还可以预先设定最高采样频率不低于400kHz。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述冲击架可以使用不锈钢材料制成，也可以使用其它的具有足够刚度的金属材料，并做表面防锈蚀处理。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于将冲击源设置在冲击架的中部，并且通过弹性连接件将冲击源与冲击架连接，因此，在需要进行冲击应力波检测时，可以先拉动冲击源，使得冲击源远离冲击架，当拉动到某一预定位置时，释放冲击源，使得冲击源在弹性连接件的带动下迅速撞击待测介质的表面(瞬时单次接触)，在介质内部产生冲击应力波，遇到介质内部的缺陷时会发生反射，反射波到达介质表面后将再次向介质内部方向反射，应力波在多次反射之后，将逐渐衰减；表面传感器在接收到上述反复反射的波后，将形成一个周期信号，该周期信号的周期与缺陷的深度有关，深度越大周期越长。表面传感器将测量得到的冲击应力波发送给所述采集分析设备之后，采集分析设备即可根据接收到的冲击应力波进行分析，得到分析结果，从而可以检测到介质内部的缺陷的具体位置、大小等信息，并且可以有效地提高缺陷检测的准确性和精确性，可以广泛地应用于对介质内部的缺陷的检测。而且，本发明中的冲击应力波检测系统结构简单，简易便携，指向性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种冲击应力波检测系统，其特征在于，该系统包括：冲击架、冲击源、弹性连接件、一个或多个表面传感器和采集分析设备；
所述冲击架包括：架体和支撑杆；所述架体上设置有供支撑杆通过的支撑杆通孔；所述支撑杆穿过所述支撑杆通孔与所述架体固定连接，所述支撑杆与架体连接的一端的端部设置有螺纹，并通过螺母与架体固定连接；所述支撑杆的底部与待测介质的表面抵接；所述架体的中部设置有供所述冲击源和弹性连接件通过的冲击源弹击空间，所述架体的内壁的相对两侧分别设置有固定器；
所述冲击源上设置有供弹性连接件穿过的通孔；
所述弹性连接件的中部穿过所述通孔与所述冲击源固定连接；所述弹性连接件的两端分别与所述架体的内壁的固定器连接，所述固定器与所述连接件的连接处设置有用于与连接件固定连接的钩状结构；所述固定器上远离弹性连接件的一端穿过所述架体，通过调节螺栓与所述架体固定连接；所述调节螺栓通过在水平方向上的移动来调整所连接的弹性连接件的受力程度；
所述表面传感器设置在所述冲击架的周围，所述表面传感器一端与待测介质的表面抵接，其另一端与所述采集分析设备连接；所述表面传感器用于当与弹性连接件连接的冲击源撞击待测介质的表面时，测量冲击应力波数据，并将测量得到的冲击应力波数据发送给所述采集分析设备；
所述采集分析设备，用于对接收到的冲击应力波数据进行分析，得到分析结果。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集分析设备还进一步包括：采集箱和分析器；
所述采集箱，用于从所述表面传感器接收冲击应力波数据，并将接收到的冲击应力波数据发送给所述分析器；
所述分析器，用于将接收到的冲击应力波数据通过时域曲线显示出来，并通过快速傅里叶变换将时域曲线变换为频域曲线，计算得到待测介质的厚度及冲击应力波的波速；还可用于接收用户输入的参数。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述采集箱内设置有USB数据采集卡；
所述USB数据采集卡与所述表面传感器连接，并通过USB接口与分析器连接，用于从所述表面传感器接收冲击应力波数据，并将接收到的冲击应力波数据发送给所述分析器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述表面传感器为加速度传感器或位移传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述冲击源为钢球，所述钢球的直径为2～10毫米；
所述弹性连接件为皮筋。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述冲击架使用不锈钢材料制成。
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