[发明专利]一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法

说明书

本发明公开了一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法，该系统包括：超声探头阵列，包括多个阵列状分布的阵元；阵元为干耦合探头，用于激发出纵波作为检测载体；磁吸装置，安装在超声探头阵列上，用于吸附在钢管的钢板表面，以使得各干耦合探头与钢板之间均匀耦合；脉冲发射器，用以驱动各阵元；信号放大器，用于放大各干耦合探头接收到的超声信号；信号接收模块，用于接收信号放大器放大后的超声信号，并将接收到的超声信号通过无线传输模块传输至数据处理模块。该系统在检测时采用磁体吸附于钢板表面，实现了探头与被检介质间的均匀耦合，不需要涂抹耦合剂，检测速度快，使得该系统可以在钢管混凝土浇筑过程中及时发现缺陷。

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法。

背景技术

钢管混凝土结构通过在钢管内填充混凝土提高钢管的强度和刚度，具有承载力高、延性高、抗震性能优越、施工周期短和结构自重轻等优点，但受截面尺寸大、内部构造复杂、施工困难等的影响，以现有施工技术浇筑的钢管混凝土构件往往存在孔洞、疏松、脱空等质量缺陷，严重影响了工程结构的安全性能。

钢管混凝土浇筑质量的检测方法主要有对测式超声法和超声相控阵法。对测式超声法采用两个超声探头，通过测试分析超声纵波在浇筑后钢管混凝土中的传播速度、幅值和相位，以判断钢管混凝土的浇筑质量，但方法采用单点检测，检测效率低。超声相控阵采用阵列式分布的阵元传感器，通过控制各阵元激励或接收脉冲的延迟时间，可实现超声波声束偏转和聚焦成像，以检测浇筑后钢管混凝土内部是否存在缺陷及其位置，但当前所用相控阵仪器大都采用50kHz的剪切波作为检测载体，在混凝土硬化后进行无损检测，对于识别出的缺陷需采用破损方法进行修复，时效性差、修复成本高，且无法实现缺陷的定量化识别。同时，当前相控阵仪器多采用压电探头或干耦合探头，压电探头需在被检对象表面添加耦合剂，干耦合探头需人工施加压力，在检测过程中易出现耦合不均匀，且检测效率低下。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种超声相控阵系统以及钢管混凝土施工方法，采用该系统能够在混凝土浇筑过程中对钢板-混凝土结合面和混凝土内部缺陷进行实时检测，可及时发现、修复缺陷，时效性强，以提高钢管混凝土的现场施工质量。

为实现上述目的本发明提供了一种超声相控阵系统，其包括：

超声探头阵列，包括多个阵列状分布的阵元；所述阵元为干耦合探头，用于激发出纵波作为检测载体；

磁吸装置，安装在所述超声探头阵列上，用于吸附在钢管的钢板表面，以使得各所述干耦合探头与钢板之间均匀耦合；

脉冲发射器，用以驱动各所述阵元；

信号放大器，用于放大各所述干耦合探头接收到的超声信号；

信号接收模块，用于接收所述信号放大器放大后的超声信号，并将接收到的超声信号通过无线传输模块传输至数据处理模块。

本发明的进一步改进在于：所述脉冲发射器通过延时驱动各阵元，使得超声探头阵列的波束偏转和聚焦；所述脉冲发射器的激励电压可调，其范围是1～1000V。

本发明的进一步改进在于：所述干耦合探头为200kHz或500kHz的探头。

本发明的进一步改进在于：所述磁吸装置包括环绕分布在所述超声探头阵列边缘的磁体。

本发明的进一步改进在于：所述磁吸装置包括分布在所述干耦合探头之间的磁体。

本发明的进一步改进在于：所述磁体为电磁体和/或永磁体。

本发明还提供一种钢管混凝土施工方法，该方法进行分段浇筑，至少一段的浇筑过程包括以下步骤：

S1：向钢管中浇筑预定高度的混凝土；