一种用于检测网架结构损伤的超声装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 213068722 U(45)授权公告日 2021.04.27

(21)申请号 202022116869.6(22)申请日 2020.09.24

(73)专利权人 上海烟草集团有限责任公司

地址 200082 上海市杨浦区长阳路717号 专利权人 同济大学(72)发明人 顾征宇　杨毅超　潘占峰　王超维　(74)专利代理机构 上海光华专利事务所(普通

合伙) 31219

代理人 杨琛(51)Int.Cl.

G01N 29/11(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

()实用新型名称

一种用于检测网架结构损伤的超声装置(57)摘要

本实用新型提供了一种用于检测网架结构损伤的超声装置，包括设置在网架杆件上的激励端探头和接收端探头，所述激励端探头依次与功率放大器、激励端信号放大器和超声导波生成器相连接，所述接收端探头依次与接收端信号放大器、A/D转换器和接收端信号处理计算机相连接。本实用新型的有益之处在于，将超声导波检测原理用于网架结构的检测之中，解决了目前缺乏无损检测网架结构手段的问题，可以实现对具有复杂空间形状的网架结构的全寿命损伤检测。

CN 213068722 UCN 213068722 U

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种用于检测网架结构损伤的超声装置，其特征在于，包括设置在网架杆件(9)上的激励端探头(4)和接收端探头(5)，所述激励端探头(4)依次与功率放大器(3)、激励端信号放大器(2)和超声导波生成器(1)相连接，所述接收端探头(5)依次与接收端信号放大器(6)、A/D转换器(7)和接收端信号处理计算机(8)相连接。

2.根据权利要求1所述的超声装置，其特征在于，所述功率放大器(3)、激励端信号放大器(2)和超声导波生成器(1)集成在一电路板上组成第一集成模块，所述第一集成模块与激励端探头(4)相连接。

3.根据权利要求1所述的超声装置，其特征在于，所述接收端信号放大器(6)和A/D转换器(7)集成在一电路板上组成第二集成模块，所述第二集成模块分别与接收端探头(5)、接收端信号处理计算机(8)相连接。

其特征在于，所述激励端探头(4)和接收端探头(5)4.根据权利要求1所述的超声装置，

中所采用的换能元件均为压电陶瓷。

5.根据权利要求1所述的超声装置，其特征在于，激励端探头(4)和接收端探头(5)之间的测试段包含网架节点(91)。

2

CN 213068722 U

说　明　书

一种用于检测网架结构损伤的超声装置

1/3页

技术领域

[0001]本实用新型涉及建筑结构检测技术领域，尤其涉及一种用于检测网架结构损伤的超声装置。

背景技术

[0002]由于网架结构安装方便，形式轻巧，能够设计组装成各种形状，满足各类建筑结构形式的要求，所以应用范围十分广泛。但是在网架结构的使用期间，随着结构服役年限的增长及服役环境的日益复杂，结构中会产生各种损伤，这些损伤可能影响结构的使用性能和安全性，造成安全事故及财产经济的损失。所以采用有效的损伤识别和无损检测方式有利于在损伤早期及时采取补救维修加固措施，对网架结构的使用安全性具有重要意义。[0003]从超声导波的频散特性可以看出，当波导形状和物理性质恒定时，导波的相对速度只与导波的频率有关。在理想条件下，导波在传播过程中将没有衰减，因而可以传播很远的距离。超声导波的这种特性符合快速、大范围无损检测的需求。[0004]超声导波检测技术具有两个明显的特点。其一，在结构的一处激励超声导波，由于导波本身的特性，它可以沿构件传播非常远的距离；其二，由于超声导波在管材的内、外表面和中部均有质点的振动，声场遍及整个壁厚，因此，利用超声导波可以同时检测构件内部和表面的缺陷。

实用新型内容

[0005]针对上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于检测网架结构损伤的超声装置，激励端探头和接收端探头可跨过网架节点，从而简单、灵活地实现网架结构的无损检测。

[0006]本实用新型提供了一种用于检测网架结构损伤的超声装置，包括设置在网架杆件上的激励端探头和接收端探头，所述激励端探头依次与功率放大器、激励端信号放大器和超声导波生成器相连接，所述接收端探头依次与接收端信号放大器、A/D转换器和接收端信号处理计算机相连接。[0007]优选地，所述功率放大器、激励端信号放大器和超声导波生成器集成在一电路板上组成第一集成模块，所述第一集成模块与激励端探头相连接。[0008]优选地，所述接收端信号放大器和A/D转换器集成在一电路板上组成第二集成模块，所述第二集成模块分别与接收端探头、接收端信号处理计算机相连接。[0009]优选地，所述激励端探头和接收端探头中所采用的换能元件均为压电陶瓷。[0010]优选地，激励端探头和接收端探头之间的测试段包含若干个网架节点。[0011]本实用新型的有益之处在于，将超声导波检测原理用于网架结构的检测之中，解决了目前缺乏无损检测网架结构手段的问题，可以实现对具有复杂空间形状的网架结构的全寿命损伤检测。

3

CN 213068722 U

说　明　书

2/3页

附图说明

[0012]图1是本实用新型用于检测网架结构损伤的超声装置的结构示意图；[0013]图2是网架杆件处的局部结构示意图。[0014]元件标号说明：[0015]1       超声导波生成器[0016]2       激励端信号放大器[0017]3       功率放大器[0018]4       激励端探头[0019]5       接收端探头[0020]6       接收端信号放大器[0021]7       A/D转换器[0022]8       接收端信号处理计算机[0023]9       网架杆件[0024]91      网架节点

具体实施方式

[0025]下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的。[0026]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0027]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。[0028]如图1和图2所示，本实用新型提供了一种用于检测网架结构损伤的超声装置，包

在具体实施中，激励端探头4和接收括设置在网架杆件9上的激励端探头4和接收端探头5。

端探头5之间的测试段包含若干个网架杆件9和网架节点91，这里的“测试段”指的是超声导波所经过的网架结构，其包含的网架杆件9和网架节点91的数量越多，则检测距离越长。激励端探头4依次与功率放大器3、激励端信号放大器2和超声导波生成器1相连接，接收端探头5依次与接收端信号放大器6、A/D转换器7和接收端信号处理计算机8相连接。优选地，可以将功率放大器3、激励端信号放大器2和超声导波生成器1集成在一块电路板上组成第一集成模块，第一集成模块与激励端探头4相连接。同时，将接收端信号放大器6和A/D转换器7集成在一块电路板上组成第二集成模块，第二集成模块分别与接收端探头5、接收端信号处理计算机8相连接，这样设置便于批量生产，降低成本。此外，激励端探头4和接收端探头5中所采用的换能元件均为压电陶瓷。

[0029]本实用新型的超声装置的工作原理是：当通过超声波生成器1所产生并通过激励端探头4 发出的超声导波在完好的网架钢管结构中传播时，其相速度和群速度不会发生变化；当超声导波遇到网架节点91、钢管中存在的裂纹、孔洞、焊缝等损伤或缺陷时，其会发生

4

CN 213068722 U

说　明　书

3/3页

反射、折射和模态转换等现象，经此过程后，接收端探头5所接收到的回波信号的能量会大大减少，从而便于诊断。

[0030]在使用本实用新型的超声装置时，首先根据待检测网架结构节点类型、钢管的材料参数，确定待检测钢材的频散曲线，根据频散曲线选择合适的超声导波模态，将相关数据输入超声导波生成器1中，然后将激励端探头4和接收端探头5分别与待检测的网架杆件9相连接。激励端探头4所发出的特定模态的超声导波通过网架杆件9被接收端探头5接收，经过接收端信号放大器6和A/D转换器7后，在接收端信号处理计算机8中显示相应的能量与波形特征。接收端信号处理计算机8对能量与波形特征进行分析后，即可对网架结构钢管中的损伤类型和程度进行判定。[0031]综上所述，本实用新型的有益之处在于，[0032]1、与传统的检测方法(如声发射技术、红外热像技术、X射线技术等)相比，超声导波检测装置可对损伤结构进行在线、实时的健康监测；[0033]2、针对空间网架结构形式复杂的特点，超声导波检测装置可以实现在一个探测点同时检测或扫描较长距离的构件，并能够检测构件的整个界面，实现长距离的100％检测；[0034]3、对于空间网架结构来说，其具有多种损伤或缺陷形式，超声导波检测装置采用的超声导波检测手段使得“多模式/频率损伤诊断”成为可能，提高了损伤检测精度，减少检测所需要的费用。

[0035]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

5

CN 213068722 U

说　明　书　附　图

1/1页

图1

图2

6