[发明专利]基于非线性超声谐波法的混凝土构件轴向应力无损检测的装置和方法

摘要

本发明提供了一种基于非线性超声谐波法的混凝土构件轴向应力无损检测的装置和方法，包括通过先标定混凝土构件初始非线性系数β0、系数m和n，检测超声波在混凝土构件中的声学参数非线性系数β，来求解混凝土结构内部轴向应力σ的方法。本发明提出的混凝土应力检测方法对于揭示混凝土早期裂纹及应力演化特征有特殊敏感性，克服了传统超声波法对早期应力不敏感的问题。检测结果得到了验证，精度较高，能满足实际工程中的误差要求，并且在检测过程中不会对结构构件造成破坏。

主权项

1.一种基于非线性超声谐波法的混凝土构件轴向应力无损检测的方法，其特征在于：包括通过先标定混凝土构件固定声程的初始非线性系数β₀、系数m和n，检测超声波在混凝土构件中传播的声学响应参数非线性系数β，来求解混凝土构件轴向应力σ的方法，

其中，

σ_c为混凝土材料抗压极限应力；

所述混凝土构件中的声学参数非线性系数β是在提取超声波在穿透混凝土材料后的响应信号，包括基波频率处的幅值A₁和二次谐波频率处的幅值A₂的基础上，将A₁和A₂带入公式

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述超声波波型为纵波。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混凝土构件为包括不同强度等级的100×100×100mm标准立方体试块；检测超声波的超声波探头布置方式为一发一收接触式透射法，要求超声波信号探头紧贴于混凝土构件试件对侧表面，所测混凝土应力为垂直于超声波传播方向的平均轴向应力。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述固定声程是指两个探头之间的距离，距离为100mm～300mm。

5.根据权利要求1—4任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，第一步是明确检测混凝土构件的强度等级，进一步明确混凝土材料抗压极限应力，第二步是混凝土构件空载下初始非线性系数β₀的测量；第三步是混凝土构件系数m和n的标定；第四步是混凝土构件非线性系数β的测量，第五步是在混凝土构件轴向应力σ的求解。

6.一种实现权利要求1—5所述方法的基于非线性超声谐波法的混凝土构件轴向应力无损检测的装置，其特征在于，包括：硬件平台和软件平台；硬件平台包括超声波信号发生装置、信号放大器、超声波换能器、和信号采集装置几部分；软件平台用于处理采集到的信号，求出混凝土构件中的内部轴向应力。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述超声波换能器为低频窄带探头，包括超声波发射探头和超声波接收探头，超声波信号探头紧贴于混凝土构件试件对侧表面；发射探头的作用是将超声波发生装置发射的电信号转换成超声波信号，接收探头的作用是将超声波信号转换成电信号，发射探头和接收探头的芯片均由压电晶片做成，探头的发射角度和接收角度不可变。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述超声波发生装置发射脉冲超声波，超声波发射探头的频率是50kHz，超声波接收探头的频率是100kHz，信号采集装置的采集频率在5Ms/s以上。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，超声波发射和接收探头的电压激励幅值控制在50mV～100mV。

10.根据权利要求6—9任一权利要求所述的装置，其特征在于，还进一步包括带屏蔽的BNC线，信号采集装置与探头之间通过BNC线连接，探头与混凝土构件的耦合剂采用凡士林。