專利名稱：一種層析成像基樁聲波透射法現場檢測控制的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于巖土工程檢測領域中的應用基于層析成像(CT)技術的聲波透射法檢測基樁完整性的技術領域，具體涉及一種層析成像基樁聲波透射法現場檢測控制的裝置。
背景技術：
聲波透射法檢測基樁完整性 應用巖土工程中聲波透射法檢測灌注基樁的完整性，要在灌注混凝土前，在基樁的鋼筋籠上預先放置多根相互平行的聲測管，聲測管管長與樁的長度(鋼筋籠的長度)一致，樁體混凝土灌注完成后聲測管均被埋入基樁樁體，任意一根聲測管與其余的任意一根聲測管之間構成一個從樁底到樁頂的檢測剖面。檢測某個剖面時，將構成此剖面的兩根聲測管中的一根聲測管作為發(fā)射聲測管，另一根聲測管作為接收聲測管，自樁底到樁頂在發(fā)射聲測管和接收聲測管內預設多個發(fā)射測點和多個接收測點，在發(fā)射測點放置發(fā)射傳感器，在接收測點放置接收傳感器，發(fā)射傳感器發(fā)射聲波，接收傳感器接收聲波，通過對接收傳感器接收到的聲波的形態(tài)分析可以檢測由發(fā)射測點至接收測點連線的臨近區(qū)域內的混凝土質量。 定義發(fā)射測點和接收測點對于構成檢測剖面的兩根聲測管，放置發(fā)射傳感器的聲測管稱為發(fā)射聲測管，放置接收傳感器的聲測管稱為接收聲測管；由樁底至樁頂(測點布置亦可由樁頂至樁底)，按預先指定的檢測測點間距，等間距的布置發(fā)射聲測管內的發(fā)射測點和接收聲測管內的接收測點，共有M個發(fā)射測點和M個接收測點，M個發(fā)射測點位置
為Hl (1)........Hl (M) ， M個接收測點位置為H2 (1)........H2 (M)，第1個發(fā)射測點位置
Hl(l)和第1個接收測點位置H2(1)在樁底，第M個發(fā)射測點位置H1(M)和第M個接收測點位置H2(M)在樁頂。 定義檢測連線在發(fā)射聲測管內的某發(fā)射測點放置發(fā)射傳感器，在接收聲測管內的某接收測點放置接收傳感器，發(fā)射傳感器發(fā)射聲波，接收傳感器接收聲波，接收傳感器接收到的聲波對應一個發(fā)射測點和一個接收測點，由發(fā)射測點到接收測點之間的連線稱為檢測連線。接收傳感器接收到的聲波的形態(tài)與檢測連線臨近區(qū)域內的混凝土質量有關，這種檢測過程實質上就是對檢測連線臨近區(qū)域內的混凝土質量進行檢測，可將這種檢測過程簡稱為對該檢測連線進行檢測。假定發(fā)射測點位置為Hl (i)，接收測點位置為H2(j)，對應的檢測連線記作Hl(i)—H2(j)， Hl(i)—H2(j)的傾斜程度定義為i-j，若i-j = O，表明檢測連線為水平線，i-j的絕對值越大表明檢測連線的傾斜度越高。 定義檢測扇形區(qū)間和檢測扇形區(qū)間高度為敘述方便設N為奇數，N二2W+1，除基樁底部的J個發(fā)射測點和基樁頂部的J個發(fā)射測點，任意一個發(fā)射聲測管內的發(fā)射測點對應接收聲測管內的N個測點，即第i個(J+l《i《M-J)發(fā)射測點位置H1 (i)對應接收聲測
管內的N個接收測點位置H2 (i-J)........H2 (i)........H2 (i+J)，形成N條檢測連線，這
N條檢測連線交匯在第i個發(fā)射測點位置Hl(i)，構成一個檢測扇形區(qū)間，稱為以第i個發(fā)射測點位置HI (i)為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間，該檢測扇形區(qū)間高度為(N-l)*測點間距，該檢測扇形區(qū)間的起始接收測點為H2(i-J)，該檢測扇形區(qū)間的終止接收測點為H2(i+J)。檢測中將對這N條檢測連線進行檢測，即在第i個發(fā)射測點位置HI (i)發(fā)射聲波，分別在
接收聲測管內的N個接收測點位置H2 (i-J)........H2 (i)........H2 (i+J)接收聲波，
這種對構成檢測扇形區(qū)間的N條檢測連線進行檢測的過程簡稱為對檢測扇形區(qū)間進行檢測。就基樁聲波透射法檢測完整性而言，由于施工中基本可以保證聲測管是相互平行的，檢測剖面基本可以認定為矩形，發(fā)射測點HI (i)到接收測點H2 (i)的檢測連線HI (i) —H2 (i)是基本水平的，并且是最短的，不妨稱之為水平檢測連線，其他檢測連線HI (i)—H2 (i-1)
和HI (i) —H2 (i+1) 、 HI (i) —H2 (i_2)和HI (i) —H2 (i+2) 、......、 HI (i) —H2 (i_J+l)和
Hl(i)—H2(i+J-l)、Hl(i)至H2(i-J)和Hl(i)至H2(i+J)均為傾斜的，且這些檢測連線的
傾斜程度隨著接受測點偏離發(fā)射測點的深度位置H2(i)的程度的增加而增加。 定義非完整檢測扇形區(qū)間對于發(fā)射聲測管底部的前J個發(fā)射測點
Hl(l)........H1(J)，根據上述檢測扇形區(qū)間和檢測扇形區(qū)間高度的定義，其中任意第i
個(1《i《J)發(fā)射測點HI (i)對應的檢測扇形區(qū)間的終止接收測點為接收測點H2 (i+J)，但是該檢測扇形區(qū)間的起始接收測點只能是接收測點H2(1)，該檢測扇形區(qū)間由i+J條檢
測連線構成，也就是說發(fā)射聲測管底部的前J個發(fā)射測點Hl (1)........Hl (J)對應的檢
測扇形區(qū)間所包含的檢測連線的數量少于N條。同樣對于發(fā)射聲測管頂部的最后J個發(fā)
射測點Hl (M-J+l)........Hl (M)，根據上述檢測扇形區(qū)間和檢測扇形區(qū)間高度的定義，其
中任意第i個(M-J+l《i《M)發(fā)射測點Hl(i)對應的檢測扇形區(qū)間的起始接收測點是接收測點H2(i-J)，但是該檢測扇形區(qū)間的終止接收測點只能是接收測點H2(M)，該檢測扇形區(qū)間由(M-i)+J+l條檢測連線構成，也就是說發(fā)射聲測管頂部的最后J個發(fā)射測點
Hl (M-J+l)........Hl (M)對應的檢測扇形區(qū)間所包含的檢測連線的數量少于N條。稱這些
處于樁底、樁頂的包含的檢測連線數量少于N條的檢測扇形區(qū)間為非完整檢測扇形區(qū)間。[0008] 實際檢測中如果某一根檢測連線的檢測結果異常，僅僅能夠表明檢測連線臨近區(qū)域內的混凝土質量有缺陷，但是不能確定缺陷的具體位置和范圍。對任意一個檢測剖面，在發(fā)射聲測管和接收聲測管內按不同的方法布設發(fā)射測點和接收測點，按不同的發(fā)射測點與接收測點的對應關系進行檢測，得到的檢測連線的幾何位置以及檢測連線相互間的交叉關系有所不同，檢測效果也不同。進行聲波透射法檢測灌注基樁的完整性時有如下幾種檢測方法 ①.平行透射法檢測方法平行透射法檢測方法的特點是一個發(fā)射測點對應一個
接收測點。將聲波儀的發(fā)射傳感器和接收傳感器分別放置在發(fā)射聲測管內的某發(fā)射測點和
接收聲測管內的某接收測點，發(fā)射傳感器發(fā)射聲波，接收傳感器接收聲波，針對一個檢測連
線的檢測完成后，按照預設的測點間隔，同步提升發(fā)射傳感器和接收傳感器至下一個發(fā)射
測點和接收測點，繼續(xù)進行下一個檢測連線的檢測，直至完成整個剖面的現場檢測工作。 對于每一條檢測連線，發(fā)射測點位置與接收測點位置的高程可以不同，但是發(fā)射
傳感器和接收傳感器的提升是同步的，也就是發(fā)射測點間距與接收測點間距是相同的，這
樣一個檢測剖面內所有發(fā)射接收過程中檢測連線是平行的，相互并不交叉，因此這種檢測
稱為平行透射法。
②.層析成像(CT)技術檢測方法層析成像(CT)技術檢測方法的特點是一個發(fā)
4射測點對應N(3《N)個接收測點。 A.確定采用層析成像(CT)檢測的檢測扇形區(qū)間，也就是確定以任意一個發(fā)射測點為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間對應的接收測點的數量N，為方便表達可以使N為奇數，即N=2*J+1。樁底的K個發(fā)射測點和樁頂的J個發(fā)射測點均對應非完整檢測扇形區(qū)間，其他任意第i個(J+l《i《M-J)發(fā)射測點Hl(i)對應接收聲測管內的N個接收測點H2(i-J)，
H2 (i-J+l) ，......， H2 (i+J-l) ， H2 (i+J)，形成N條檢測連線，N條檢測連線構成一個以發(fā)射
測點Hl(i)為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間。 B. 1進行樁底J個非完整檢測扇形區(qū)間的檢測對應于樁底部分的J個以發(fā)射測點Hl (i) (1《i《J)為發(fā)射頂點的J個非完整檢測扇形區(qū)間，接收聲測管內F分別有i+J
個對應的接收傳感器的接收測點H2(1)，H2(2)，......，H2(i+J)。檢測時，在發(fā)射聲測管內
發(fā)射傳感器的任意第i個(1《i《J)發(fā)射測點Hl (i)分i+J次發(fā)射聲波，使用一個接收傳
感器分別在接收聲測管內的i+J個接收傳感器的接收測點H2(1) ， H2(2) ，......， H2(i+J)
接收聲波。如此即完成以第i個(1《i《J)發(fā)射測點位置Hl(i)為發(fā)射頂點的非完整檢測扇形區(qū)間的檢測。提升發(fā)射聲測管內的發(fā)射傳感器到下一個發(fā)射測點位置Hl(i+l)，確定以Hl(i+l)為發(fā)射頂點的非完整檢測扇形區(qū)間，繼續(xù)執(zhí)行上述檢測過程，對以Hl(i+l)為發(fā)射頂點的非完整檢測扇形區(qū)間進行檢測，直至樁底J個非完整檢測扇形區(qū)間的檢測工作結束。 B. 2進行一個檢測扇形區(qū)間的檢測對應于發(fā)射聲測管內發(fā)射傳感器的任意第i個(J+l《i《M-J)發(fā)射測點Hl (i)，接收聲測管內有N個接收傳感器的接收測點H2 (i-J)，
H2(i-J+1) ，......， H2(i+J-1) ， H2(i+J)。檢測時，在發(fā)射聲測管內發(fā)射傳感器的任意第i
個發(fā)射測點Hl (i)分N次發(fā)射聲波，使用一個接收傳感器分別在接收聲測管內的N個接收
傳感器的接收測點H2 (i-J) ， H2 (i-J+l) ，......， H2 (i+J-l) ， H2 (i+J)接收聲波。如此即完
成以第i個(J+l《i《M-J)發(fā)射測點位置Hl (i)為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間的檢測。提升發(fā)射聲測管內的發(fā)射傳感器到下一個發(fā)射測點位置Hl (i+l)，確定以Hl (i+l)為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間，繼續(xù)執(zhí)行上述檢測過程，對以Hl(i+1)為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間進行檢測，直至樁中段的M-2*J個檢測扇形區(qū)間的檢測工作結束。 B.3進行樁頂J個非完整檢測扇形區(qū)間的檢測對應于樁頂部分的J個以發(fā)射測點Hl(i) (M-J+l《i《M)為發(fā)射頂點的J個非完整檢測扇形區(qū)間，接收聲測管內分別
有M-i+J+l個預知對應的接收傳感器的接收測點H2(i-J)， H2(i-J+1)，......， H2(M)。
檢測時，在發(fā)射聲測管內發(fā)射傳感器的任意第i個((M-J+1《i《M))發(fā)射測點Hl(i)分M-i+J+l次發(fā)射聲波，使用一個接收傳感器分別在接收聲測管內的M-i+J+l個接收傳
感器的接收測點H2(i-J)， H2(i-J+1)，......， H2(M)接收聲波。如此即完成以第i個
(M-J+l《i《M)發(fā)射測點位置Hl(i)為發(fā)射頂點的非完整檢測扇形區(qū)間的檢測。提升發(fā)
射聲測管內的發(fā)射傳感器到下一個發(fā)射測點位置Hl (i+l)，確定以Hl (i+l)為發(fā)射頂點的
非完整檢測扇形區(qū)間，繼續(xù)執(zhí)行上述檢測過程，對以Hl(i+1)為發(fā)射頂點的非完整檢測扇
形區(qū)間進行檢測，直至樁頂J個非完整檢測扇形區(qū)間的檢測工作結束。 C.現場檢測工作結束后需要根據現場檢測數據進行層析成像(CT)計算，最終提 交缺陷的位置和范圍，甚至缺陷的程度等，較為詳盡的計算結果。 采用傳統(tǒng)的平行透射法進行檢測的缺點是檢測連線數量較少，相互并不交叉，只
5能大致判定缺陷在發(fā)射與接收測點之間，很難具體確定缺陷的位置和范圍，并且平行透射 法不能發(fā)現與檢測連線近于平行的薄層狀缺陷。采用層析成像(CT)技術，檢測時得到的檢 測連線的數量N倍于平行透射法進行檢測時得到的檢測連線，多個檢測扇形區(qū)間有重合， 檢測連線之間有交叉，對基樁的可疑部位可以進行詳細的檢測。因此技術上需要采用層析 成像(CT)技術，一些發(fā)達地區(qū)已經將層析成像(CT)技術列為應采用的技術手段。例如 《建筑基樁檢測技術規(guī)程(上海市工程建設規(guī)程DGJ08-218-2003)》第9. 3. 5條規(guī)定"對樁 身質量可疑的測點，必要時宜用超聲波穿透層析成像技術(附錄D)進行復檢以進一步確定 樁身缺陷的位置和范圍。" 現有檢測設備與技術 進行平行聲波透射法檢測時，傳統(tǒng)的用于巖土工程檢測的聲波儀(武漢中科智創(chuàng) 巖土技術有限公司的RSMSY5聲波儀)通常有一個發(fā)射通道、一個或兩個接收通道，采用每 個測點人工手動提升發(fā)射與接收傳感器，手動控制接收數據的存儲。人工同步將發(fā)射與接 收傳感器一次提升一個測點間距、發(fā)射聲波接收聲波、存儲數據，再次提升一個測點間距、
發(fā)射聲波接收聲波、存儲數據，......，直至將傳感器提升出聲測管，完成一個或兩個檢測
剖面的檢測工作，效率較低。 為了提高平行聲波透射法檢測時的檢測效率有些聲波儀(武漢中科智創(chuàng)巖土技 術有限公司的RSMSY6聲波儀)增加了編碼器和自動控制功能，編碼器與連接聲波儀與發(fā)射 傳感器和接收傳感器的電纜線接觸，同步拉動電纜線提升發(fā)射傳感器和接收傳感器時，編 碼器被電纜線帶動轉動，可以記錄發(fā)射傳感器和接收傳感器的當前位置，發(fā)射傳感器和接 收傳感器到達事先確定的測點位置時，聲波儀自動控制發(fā)射傳感器發(fā)射聲波，控制接收傳 感器接收聲波，并記錄存儲數據。檢測過程中，檢測人員只需將發(fā)射傳感器和接收傳感器放 置到基樁底部后同步將發(fā)射傳感器和接收傳感器提升到基樁頂部既可完成一個或兩個檢 測剖面的檢測工作，檢測效率較高。 專利申請?zhí)枮?00710053613. 1的專利涉及的聲波檢測控制方法與裝置(RSM-SY7 聲波儀)和專利申請?zhí)枮?2147760. 4的專利涉及的一種多跨孔全組合巡測式聲波檢測裝 置可以大幅度的提高平行聲波透射法檢測時的檢測效率，檢測過程中，檢測人員將M個發(fā) 射接收兩用傳感器放置到基樁底部后同步將這M個發(fā)射接收兩用傳感器提升到基樁頂部 既可完成基樁內M個聲測管構成的M* (M-l) /2個檢測剖面的平行聲波透射法檢測工作，檢 測效率極高。 進行層析成像法檢測時，現場檢測工作量大幅提高，除樁底和樁頂的各K個發(fā)射 測點外，發(fā)射傳感器的每一個發(fā)射測點Hl(i)對應一個檢測扇形區(qū)間，對這個檢測扇形區(qū) 間進行檢測時，人工將發(fā)射傳感器提升到發(fā)射測點Hl (i)后，都必須進行N次人工將接收傳 感器移動到的接收測點、發(fā)射聲波接收聲波、存儲數據的過程，在此期間發(fā)射傳感器的測點 位置是不移動的。完成以發(fā)射測點Hl(i)為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間的檢測后，接收傳感 器位置已經處在接收聲測管內的接收測點H2(i+J)，為了進行下一個以發(fā)射測點Hl(i+l) 為發(fā)射頂點的檢測扇形區(qū)間的檢測，人工將發(fā)射傳感器由發(fā)射測點Hl(i)提升到下一個發(fā) 射測點Hl(i+l)后，還要將接收傳感器的測點位置由當前的接收測點H2(i+J)下移到接收 測點H2 (i+l-J)，下移2*J-1個測點。對于樁底和樁頂的各J個發(fā)射測點，由于它們對應的 均為非完整檢測扇形區(qū)間，構成每個非完整檢測扇形區(qū)間的檢測連線的數量均不相同，完
6成一個非完整檢測扇形區(qū)間的檢測后，接收傳感器下移的間距也不行同，現場操作更為復 雜。這種現場操作過程中接收傳感器時而提升一個測點間距，時而下移多個測點，導致現場 操作過程非常繁瑣，易于出錯，檢測效率極低。目前尚無針對基樁透射法進行層析成像法檢 測的高效現場檢測控制方法和裝置，極大的阻礙了層析成像(CT)法這一精確有效的檢測 方法在基樁完整性檢測中的應用。要提高層析成像法進行基樁完整性檢測中的檢測效率， 發(fā)展新技術的要求十分迫切。
實用新型內容本實用新型的目的是在于提供了一種層析成像基樁聲波透射法現場檢測控制的 裝置，適用于基于層析成像(CT)技術進行一個剖面的聲波透射法檢測基樁完整性的現場 檢測工作，該裝置結構簡單，現場操作人員只需將發(fā)射傳感器和接收傳感器分別放入構成 檢測剖面的兩根聲測管的管底，使用本實用新型的層析成像基樁聲波透射法現場檢測控制 方法將傳感器提升至聲測管的管頂，該層析成像基樁聲波透射法現場檢測控制裝置既可完 成基于層析成像(CT)技術進行一個剖面的聲波透射法檢測基樁完整性的現場檢測工作。 本實用新型采用以下技術方案 —種基樁聲波透射法檢測控制的裝置，該裝置由聲波儀I、一個深度位置編碼器 FMA、一個聲波發(fā)射傳感器F、一個選通聲波接收傳感器S組成；深度位置編碼器FMA與聲波 儀I連接用于向聲波儀I輸出聲波發(fā)射傳感器F的深度位置，聲波發(fā)射傳感器F的電纜線 Ll與聲波儀I的連接用于發(fā)射聲波，選通聲波接收傳感器S與聲波儀I的連接用于控制選 通聲波接收傳感器S、接收選通聲波接收傳感器S接收到的聲波信號，聲波發(fā)射傳感器F的 電纜線Ll與深度位置編碼器FMA滾動接觸，在拉動聲波發(fā)射傳感器F的電纜線Ll提升聲 波發(fā)射傳感器F的深度位置時，聲波發(fā)射傳感器F的電纜線Ll帶動深度位置編碼器FMA轉 動使得深度位置編碼器FMA向聲波儀I輸出聲波發(fā)射傳感器F的深度位置，原理圖見圖1 ; 其中聲波儀I由一個計算機系統(tǒng)CPU、一個控制單元K、一個聲波發(fā)射機A、一個聲 波接收可設置通道T組成，聲波接收可設置通道T由濾波電路Tl、放大電路T2、A/D轉換電 路T3組成； 選通聲波接收傳感器S由一個選通部件C、一個可設置放大部件G、 N個檢測部件 S(l)........S(N)、控制線L21和信號線L22線組成，原理圖見圖2。 計算機系統(tǒng)CPU通過總線與控制單元K連接，計算機系統(tǒng)CPU通過總線與聲波接 收可設置通道T的A/D轉換電路T3連接；計算機系統(tǒng)CPU通過總線向控制單元K發(fā)送控制 指令、接收聲波接收可設置通道T接收轉換的聲波數字信號。 控制單元K通過總線與計算機系統(tǒng)CPU連接，控制單元K通過端口與聲波發(fā)射機A 連接，控制單元K通過端口與深度位置編碼器FMA連接，控制單元K通過端口與聲波接收可 設置通道T連接；控制單元K通過端口與選通聲波接收傳感器S連接；控制單元K通過總線 與計算機系統(tǒng)CPU連接，接收計算機系統(tǒng)CPU的控制指令、回傳接收到的聲波數字信號。控 制單元K通過端口與聲波發(fā)射機A連接，控制聲波發(fā)射機A的充電和發(fā)射?？刂茊卧狵通 過端口與深度位置編碼器FMA連接，接收深度位置編碼器FMA的編碼值、計算當前發(fā)射傳感 器的位置，如此位置到達發(fā)射測點，控制聲波發(fā)射機A的激勵聲波發(fā)射傳感器發(fā)射聲波?？?制單元K控制單元K通過端口與聲波接收可設置通道T連接。控制單元K通過端口與選通
7聲波接收傳感器S的控制線L21連接。 深度位置編碼器FMA通過端口與控制單元K連接，深度位置編碼器FMA與聲波發(fā) 射傳感器F的電纜線滾動接觸，在提升聲波發(fā)射傳感器F時，聲波發(fā)射傳感器F的電纜線Ll 可帶動深度位置編碼器FMA滾動，深度位置編碼器FMA向控制單元K輸出表示聲波發(fā)射傳 感器的深度位置的編碼值； 聲波發(fā)射機A通過端口與控制單元K連接，聲波發(fā)射機A與聲波發(fā)射傳感器F連 接； 聲波發(fā)射傳感器F的電纜線Ll與聲波發(fā)射機A連接； 聲波接收可設置通道T由一個濾波電路Tl、一個放大電路T2、一個A/D轉換電路 T3組成；聲波接收可設置通道T的濾波電路T1的輸入端與選通聲波接收傳感器S的信號線 L22連接，聲波接收可設置通道T的濾波電路Tl的輸出端與聲波接收可設置通道T的放大 電路T2的輸入端連接，聲波接收可設置通道T的放大電路T2的輸出端與聲波接收可設置 通道T的A/D轉換電路T3的輸入端連接，聲波接收可設置通道T的A/D轉換電路T3與計 算機系統(tǒng)CPU通過總線連接；聲波接收可設置通道T的濾波電路T1通過端口與控制單元K 連接，聲波接收可設置通道T的放大電路T2通過端口與控制單元K連接，聲波接收可設置 通道T的A/D轉換電路T3通過端口與控制單元K連接；控制單元K可以通過端口設置聲波 接收可設置通道T的濾波電路Tl的帶通濾波參數、可設置通道T的放大電路T2的放大參 數、可設置通道T的A/D轉換電路T3的A/D轉換參數，計算機系統(tǒng)CPU通過總線接收聲波 接收可設置通道T的A/D轉換電路T3轉換的聲波數字信號。 選通聲波接收傳感器S由一個選通部件C、一個可設置放大部件G、 N個檢測部件
S (1)........S (N)、控制線L21、信號線L22組成，原理圖見圖2 ;選通聲波接收傳感器S的
N個檢測部件S(l)........S(N)自下而上排布，它們之間的間距與接收測點的間距相同；
選通聲波接收傳感器S的選通部件C通過選通聲波接收傳感器S的控制線L21與控制單元 K的端口連接，選通聲波接收傳感器S的選通部件C與選通聲波接收傳感器S的N個檢測部
件S (1)........S (N)連接；選通聲波接收傳感器S的可設置放大部件G通過選通聲波接
收傳感器S的控制線L21與控制單元K的端口連接，選通聲波接收傳感器S的可設置放大
部件G與選通聲波接收傳感器S的N個檢測部件S (1)........S (N)之中的某一個檢測部
件S (i) (1《i《N)連接；選通聲波接收傳感器S的可設置放大部件G通過選通聲波接收
傳感器S的信號線L22與聲波接收可設置通道T的濾波電路Tl的輸入端連接； 選通聲波接收傳感器S的選通部件C根據控制單元K的控制信號將選通聲波接收
傳感器S的N個檢測部件S(l)........S(N)之中的某一個檢測部件S(i) (1《i《N)選
通，使其與選通聲波接收傳感器S的可設置放大部件G連通，其他的選通聲波接收傳感器S 的檢測部件均處于不連通狀態(tài)。選通聲波接收傳感器S的可設置放大部件G根據控制單元 K的控制信號設定放大參數，在接收聲波信號時，選通聲波接收傳感器S的可設置放大部件
G將被選通的選通聲波接收傳感器S的N個檢測部件S (1)........S (N)之中的某一個檢測
部件S(i) (1《i《N)接收到的聲波信號放大后通過選通聲波接收傳感器S的信號線L22 輸出到聲波接收可設置通道T的濾波電路Tl的輸入端。選通聲波接收傳感器S的控制線 L21與控制單元K連接，接收控制單元K的控制信號，完成選通控制和放大參數設置，選通聲 波接收傳感器S的信號線L22與聲波接收可設置通道T的濾波電路Tl的輸入端連接，用于
8將被選通的選通聲波接收傳感器S的N個檢測部件S(l)........S(N)之中的某一個檢測
部件S(i) (1《i《N)接收到的聲波信號放大后輸出到聲波接收可設置通道T的濾波電路 Tl的輸入端。 在選通聲波接收傳感器S內將檢測得到的聲波信號放大后再通過電纜線將其傳 輸到聲波儀的有益之處是可以避免電纜線的衰減、增大聲波傳感器的接收靈敏度。通常影 響檢測效果的因素有兩個①.檢測過程中發(fā)射傳感器與接收傳感器之間的距離，此距離 與基樁的直徑有關，直徑較大的基樁其中埋設的聲測管之間的距離也較大，發(fā)射測點與接 收測點之間的距離也較大，這意味著聲波的傳播距離大，聲波的傳播過程中衰減也大，接收 到的信號的會降低。②.聲波接收傳感器與聲波儀連接的電纜線的長度，此電纜線的長度 于基樁的長度相當，檢測較長的基樁就必須使用較長的電纜線，過長的電纜線將導致電纜 線分布電阻、電容增加，使得輸出的信號衰減。因素①影響真實的聲壓值，過大的距離導致 真實信號很小，因素②影響聲波接收傳感器的靈敏度，過長的電纜線導致靈敏度降低，因素 ①、因素②(代表大直徑超長基樁的檢測特點)兩者導致的小信號、低靈敏度必然降低聲波 儀采集到的信號質量。克服因素①、因素②的不利影響的有效方法就是將檢測得到的聲波 信號放大后傳輸到聲波儀。 選通聲波接收傳感器S的放大部件G的放大參數可設置的必要性在于聲波發(fā)射
傳感器發(fā)射的聲波有一定的指向性，發(fā)射的聲波在水平方向最強，隨著偏離水平方向，聲波
強度會迅速下降，同一個檢測扇形區(qū)間中的不同的檢測連線水平程度不同，特別是重要的
是越是水平的檢測連線其連線越短，越是傾斜的檢測連線其連線越長，對于傾斜的檢測連
線，該方向的聲波強度原本就較小，較長的連線意味著較長的傳播距離、較大的衰減，在上
述兩種因素的聯(lián)合作用下，越是傾斜的檢測連線接收到的聲波信號越小，因此對于不同傾
斜程度的檢測連線應設置不同的放大參數。 本實用新型的有益效果是 ①.現場的檢測效率大幅提高現場操作人員只需將發(fā)射傳感器和接收傳感器 分別放入構成檢測剖面的兩根聲測管的管底，依照本實用新型的基樁聲波透射法檢測控制 的裝置將傳感器提升至聲測管的管頂，既可完成基于層析成像(CT)技術進行聲波透射法 檢測基樁完整性的現場檢測工作，其現場檢測易操作性和工作量與進行平行聲波透射法相 當。假定一個檢測扇形區(qū)間對應11個接收測點(N = 11， J = 5)，測點間距0. 1米，對于 50米長的基樁，有501個測點，10個非完整檢測扇形區(qū)間，491個完整檢測扇形區(qū)間，按照 傳統(tǒng)的方法進行基于層析成像技術的聲波透射法檢測，需人工進行手動的近500個反復上 提、下移聲波傳感器的過程，并且每個反復上提、下移聲波傳感器的過程中發(fā)射聲波傳感器 和接收聲波傳感器并不同步移動，進行一個扇形檢測區(qū)間的11個測點的檢測，即便假定按 每秒0. 5米的提升速度也要將近2秒，而后發(fā)射聲波傳感器上移1個測點間距、接收聲波傳 感器下移9個測點間距為下一個扇形檢測區(qū)間的檢測做準備需時至少數秒，不妨假定3秒， 平均一個扇形檢測區(qū)間的檢測需時在5秒左右，整個檢測剖面的約500個檢測扇形區(qū)間的 檢測需時在2500秒左右，這期間的復雜操作還需要操作人員的精準，不得出錯。如此數百 次的復雜繁瑣的操作和高強度的注意力要求是層析成像技術在基樁檢測領域不能廣泛應 用的主要原因，在工程實踐中往往在確有必要時，也只是對局部的某一段(l至2米)的范 圍內進行層析成像技術的聲波透射法檢測。按照本實用新型進行同樣的現場檢測工作，按
9每秒0. 25米的提升速度，在剖面的底部的5個非完整檢測扇形區(qū)間只提升發(fā)射傳感器，需 時2秒，為了進行剖面中段491個完整檢測扇形區(qū)間的檢測，將接收聲波傳感器的電纜線卡 入編碼器FMA，假定需時5秒，而后同步提升發(fā)射和接收聲波傳感器進行剖面中段491個完 整檢測扇形區(qū)間的檢測，約需時196秒，在剖面的頂部的5個非完整檢測扇形區(qū)間檢測又 恢復為只提升發(fā)射傳感器，需將接收聲波傳感器的電纜線從編碼器FMA上取下，假定需時5 秒，進行剖面的頂部的5個非完整檢測扇形區(qū)間的檢測的提升過程需時2秒，總計需時210 秒，整個檢測過程操作人員除分別將接收聲波傳感器的電纜線卡入編碼器FMA和將接收聲 波傳感器的電纜線從編碼器FMA上取出外，只需簡單的提升卡入編碼器FMA的電纜線。相 比于傳統(tǒng)的進行層析成像聲波透射法檢測工作時間，本實用新型的時間效率提高約10倍， 事實上由于本實用新型的操作方式大為簡化，對操作人員并無精準操作的要求，勞動強度 大為降低，實際的現場檢測工作效率的提高在數十倍以上。 ②.檢測設備的適應性大幅提高檢測過程中對于檢測扇形區(qū)間對應的接收測點 的數量的要求會根據檢測剖面的跨度(發(fā)射聲測管和接收聲測管的間距)，檢測剖面的跨 度越大，要求的檢測扇形區(qū)間的檢測連線的數量越多，假定一個檢測扇形區(qū)間中最向上傾 斜和最向下傾斜的兩條檢測連線的角度不變，測點的間距也不變，檢測剖面的跨度增加一 倍，一個檢測扇形區(qū)間內的檢測連線也應增加一倍。事實上如果精度要求越高，要求的測點 間距會越小，在檢測扇形區(qū)間深度不變的情況下檢測扇形區(qū)間對應的接收測點的數量必須 增加，但是工程實踐中，通常測點間距相對不變，例如取測點間距0. 05或0. 1米，其原因在 于，考慮到混凝土的離散性較大，低于0. 05米的檢測精度是不必要的，因此實際檢測時，只 是根據需要改變一個檢測扇形區(qū)對應的測點數量，通常一個檢測扇形區(qū)對應的測點數量可 以限定在5到15之間。如果采用多通道的聲波儀，每個通道對應檢測扇形區(qū)間的多個接收 測點中的一個接收測點，除非聲波儀的數量足夠多(例如16通道)，很難滿足檢測要求。本 實用新型的技術方案，無論檢測扇形區(qū)間對應的接收測點的數量是多少，聲波檢測控制裝 置的通道只需一個發(fā)射通道一個接收通道既可完成現場檢測工作，只需選用具有多個可選 通檢測單元的傳感器。實踐中可以配備具有足夠多個可選通檢測單元的選通聲波接收傳感 器S，每次根據實際需要只選通其中需要的檢測單元既可。如果確需加密測點間距，可采用 配備不同的選通聲波接收傳感器S的方法解決，每個選通聲波接收傳感器S中的檢測單元 的間距不一樣。例如配備兩個選通聲波接收傳感器S，其中一個檢測單元的間距制作成O. 1 米，另一個檢測單元的間距制作成0. 05米。采用本實用新型帶來的另一個有益之處是，由 于檢測設備結構簡單，傳感器的連接方式簡單，檢測設備的故障率也將大幅下降。 ③.檢測設備的成本大幅減低本實用新型的技術方案，無論檢測扇形區(qū)間對應 的接收測點的數量是多少，聲波檢測控制裝置的通道只需一個發(fā)射通道一個接收通道既可 完成現場檢測工作，聲波檢測控制裝置的成本大大幅減低。同時具有N個可選通檢測單元 的傳感器的成本也遠低于N個傳統(tǒng)聲波接收傳感器的成本，實際上僅僅是節(jié)省多根電纜線 即可節(jié)省大量成本。 隨著大直徑基樁在(高層建筑，大型橋梁)工程中的使用日益普遍，本實用新型將 會極大的推動基于層析成像(CT)技術的聲波透射法檢測基樁完整性技術的應用，提高基 樁完整性檢測的精確性和可靠性。
10
圖1基樁聲波透射法檢測控制裝置原理圖。I聲波儀，聲波儀I由CPU計算機系 統(tǒng)、K控制單元、A聲波發(fā)射機、T聲波接收可設置通道組成，其中T聲波接收可設置通道由 濾波電路Tl、放大電路T2、A/D轉換電路T3組成。FMA深度位置編碼器，F聲波發(fā)射傳感器， S選通聲波接收傳感器，L1聲波發(fā)射傳感器F的電纜線，L21選通聲波接收傳感器S的電纜 線中的控制線，L22選通聲波接收傳感器S的電纜線中的信號線L22。 圖2選通聲波接收傳感器S原理圖。選通聲波接收傳感器S由一個選通部件C、一
個可設置放大部件G、 N個檢測部件S (1)........S (N)、控制線L21和信號線L22組成。 圖3. a對樁頂的J個非完整檢測扇形區(qū)間進行檢測時，聲波發(fā)射傳感器F在發(fā)射 測點Hl(i) (M-J+l《i《M)發(fā)射聲波時，對應的非完整檢測扇形區(qū)間包含的接收測點和接 收測點位置上的選通接收傳感器S的檢測部件序號示意圖。1為發(fā)射聲測管。 圖3. b對樁頂的J個非完整檢測扇形區(qū)間進行檢測時，選通接收傳感器S在樁頂
部是不動的，選通接收傳感器S的檢測部件S (1)........S (N)與接收測點位置的對應關系
示意圖。2為接收聲測管 圖4. a設定一個發(fā)射測點對應9個(N = 2*J+1 = 9， J = 4)接收測點，即每個檢 測扇形區(qū)間對應9個接收測點，聲波發(fā)射傳感器F在第i個發(fā)射測點HI (i)發(fā)射聲波時，
對應的檢測扇形區(qū)間和選通聲波接收傳感器S的9個檢測部件S(l) ，......， S(9)的位置
示意圖。第i個(J+l《i《M-J)發(fā)射測點對應的檢測扇形區(qū)間包含2*J+1個接收測點 H2(i-J)........H2(i+J)。 1為發(fā)射聲測管，2接收聲測管。 圖4. b設定一個發(fā)射測點對應9個(N = 2*J+1 = 9， J = 4)接收測點，即每個 檢測扇形區(qū)間對應9個接收測點，聲波發(fā)射傳感器F在聲測管頂部的倒數第3個發(fā)射測點 HI (M-2)發(fā)射聲波時，對應的非完整檢測扇形區(qū)間和選通聲波接收傳感器S的9個檢測部件
S(l)，......， S(9)的位置示意圖。聲測管頂部的最后4個(也就是最后J個)發(fā)射測點
HI (M-3) 、 HI (M-2) 、 HI (M_l) 、 HI (M)對應的檢測扇形區(qū)間均為非完整檢測扇形區(qū)間示意圖。 如果設定一個發(fā)射測點對應N個(N = 2*J+1)接收測點，即每個檢測扇形區(qū)間對應N個接
收測點，聲測管頂部的最后J個發(fā)射測點HI (M-J+l)........HI (M)對應的檢測扇形區(qū)間均
為非完整檢測扇形區(qū)間，其中第i個(M-J+l《i《M)發(fā)射測點對應的非完整檢測扇形區(qū)
間包含(M-i) +J+1個接收測點H2 (i-J)........H2 (M)，第M-J個發(fā)射測點HI (M-J)對應的
檢測扇形區(qū)間為完整檢測扇形區(qū)間，包含2*J+1個接收測點H2(M-2*J)........H2(M) 。 1
為發(fā)射聲測管，2接收聲測管。 圖5設定一個發(fā)射測點對應9個(N = 2*J+1 = 9， J = 4)接收測點，即每個檢測 扇形區(qū)間對應9個接收測點，聲波發(fā)射傳感器F在聲測管底部的第1個(也就是前K個) 發(fā)射測點HI (1)發(fā)射聲波時，對應的非完整檢測扇形區(qū)間和選通聲波接收傳感器S的9個
檢測部件S(l)，......，S(9)的位置示意圖。聲測管底部的前4個(也就是前J個)發(fā)射
測點HI (1) 、 HI (2) 、 HI (3) 、 HI (4)對應的檢測扇形區(qū)間均為非完整檢測扇形區(qū)間。如果設 定一個發(fā)射測點對應N個(N = 2*J+1)接收測點，即每個檢測扇形區(qū)間對應N個接收測點，
聲測管底部的前J個發(fā)射測點HI (1)........HI (J)對應的檢測扇形區(qū)間均為非完整檢測
扇形區(qū)間，其中第i個(i《J)發(fā)射測點對應的非完整檢測扇形區(qū)間包含i+J個接收測點 H2(l)........H2(i+J)，第J+l個發(fā)射測點HI (J+l)對應的檢測扇形區(qū)間為完整檢測扇形區(qū)間，包含2W+1個接收測點H2(1)........H2(2*J+1)。 1為發(fā)射聲測管，2接收聲測管。 圖6為本實用新型實施例基樁聲波透射法檢測控制裝置100的選通聲波接收傳感 器S的選通部件C的實施電路原理圖。其中，U6-模擬多路選擇器(MAX336) ;D1、 D2- 二極 管(4.7V) ;CHl CH16-聲波傳感器輸入端口 ；L21-選通聲波接收傳感器S的控制線。 圖7為本實用新型實施例中的可設置通道T的濾波電路T1的電路原理圖。其中， U2A， U2B-運算放大器(AD8066AR-REEL7，雙運放)；U7、 U8-模擬多路選擇器(MAX309，雙4 通道);D2， D4- 二極管(2V) ;C3-電容(0. OluF) ;C4_電容(2. 2uF) ;C6_電容(0. OluF); C7-電容(2.2uF) ;R702、R710-電阻(22MQ) ;R704、R712-電阻(560K Q ) ;R706、R714、R720、 R728-電阻(10KQ) ;R708、R716、R722、R730-電阻(2KQ);電阻R718、R726-電阻(51KQ); R724、R732-電阻(68 Q )。 圖8為本實用新型實施例中的可設置通道T的放大電路T2的電路原理圖。其中， Ul-可編程增益放大器(AD526) ;U3、 U4-可編程增益放大器(PGA103) ;Rll、 R12、 R8、 RIO、 R3、R2-電阻(100 Q) ;R9-電阻(100KQ) ;C8、 C9、 Cl、 C2、 CIO、 Cll-電容(22uF) ;C5-電容 (0. 47uF)。 圖9為本實用新型實施例中的可設置通道T的A/D轉換電路T3的電路原理圖。其 中，U5-A/D轉換芯片(ADS802) ;L22_選通聲波接收傳感器S的信號線；CLK-IN-時鐘信號； C12、 C16-電容(22uF) ;C13、 C14、 C15-電容(0. luF)。 圖10為本實用新型實施例中的可設置通道T的放大電路T2的電路原理圖。其 中U200、 U201-可編程增益放大器(PGA204) ;L3_控制單元K的控制線，R204、 R203-電阻 (10kQ) ;C205、 C200、200、 C203-電容(22uF) ;C201、20K C202-電容(0. luF) ;C204-電容 (0. 47uF)。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案進行詳細的說明，以使本實 用新型的特性和優(yōu)點更為明顯。雖然本實用新型將結合實施例進行闡述，但應理解這并非 意指將本實用新型限定于這些實施例。相反，本實用新型意在涵蓋由后附權利要求項所界 定的本實用新型精神和范圍內所定義的各種可選項，可修改項和等同項。 此外，在以下對本實用新型的詳細描述中，為了提供一個針對本實用新型的完全 的理解，闡明了大量的具體細節(jié)。然而，本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本實用 新型同樣可以實施。在另外的一些實例中，對于大家熟知的方案、流程、配件和裝置未作詳 細描述，以便于凸顯本實用新型之主旨。 對一個40米長的基樁的一個檢測剖面，檢測剖面跨距1. 5米，測點間距0. 1米，一 個發(fā)射測點對應9個(N = 2*J+1 = 9， J = 4)接收測點，即每個檢測扇形區(qū)間對應9個接
收測點。使用具有9個檢測部件S(l)........S(9)，且檢測部件的間距為0. 1米的選通聲
波接收傳感器S，(也可使用具有更多個檢測部件的選通聲波接收傳感器S，只是在檢測中
只使用其中的前9個檢測部件S (1)........S (9))，選通聲波接收傳感器S的9個檢測部件
S(l)........S(9)自下而上排布。發(fā)射聲測管內以O. 1米的間距布置發(fā)射測點，共計有M
=401個發(fā)射測點，其中Hl(l) =40. 0米，......，Hl(401) = 0. 0米。同樣接收聲測管內
以O. 1米的間距布置接收測點，共計有M二401個接收測點，其中H2(1) =40.0米，......，H2(401) = 0. 0米。 實施例1 : 請參閱圖l，其中顯示根據本實用新型的一個實施例的基樁聲波透射法檢測控制 裝置100的結構框圖。如圖1所示，聲波換能基樁聲波透射法檢測控制裝置100由聲波儀 1、深度位置編碼器FMA、聲波發(fā)射傳感器F、選通聲波接收傳感器S組成，深度位置編碼器 FMA、聲波發(fā)射傳感器F、選通聲波接收傳感器S均通過相應接口與聲波儀I相連。聲波儀I 進一步由計算機系統(tǒng)CPU、控制單元K、聲波發(fā)射機A、聲波接收可設置通道T組成，其中控制 單元K、聲波接收可設置通道T通過總線與計算機系統(tǒng)CPU相連，聲波發(fā)射機A通過端口與 控制單元K連接。聲波接收可設置通道T進一步由濾波電路Tl、放大電路T2、 A/D轉換電 路T3依次連接組成，其中濾波電路Tl通過選通聲波接收傳感器S的信號線L22與選通聲 波接收傳感器S相連。 回到圖l，計算機系統(tǒng)CPU通過總線向控制單元K發(fā)送控制指令，控制單元K接收 計算機系統(tǒng)CPU的控制指令，計算機系統(tǒng)CPU通過總線接收聲波接收可設置通道T接收轉 換的聲波數字信號?？刂茊卧狵通過端口與深度位置編碼器FMA、聲波發(fā)射機A、聲波接收 可設置通道T以及選通聲波接收傳感器S連接，用于接收深度位置編碼器FMA的編碼值、計 算當前發(fā)射傳感器的位置，例如此位置到達發(fā)射測點，同時控制聲波發(fā)射機A，激勵與控制 聲波發(fā)射機A相連的聲波發(fā)射傳感器F發(fā)射聲波和充電，并且控制選通聲波接收傳感器S 中檢測部件的選通和放大。 同時，深度位置編碼器FMA與聲波發(fā)射傳感器F的電纜線Ll滾動接觸，在提升聲 波發(fā)射傳感器F時，聲波發(fā)射傳感器F的電纜線Ll可帶動深度位置編碼器FMA滾動，由此 深度位置編碼器FMA向控制單元K輸出表示聲波發(fā)射傳感器的深度位置的編碼值。 聲波發(fā)射傳感器F的電纜線Ll與聲波發(fā)射機A連接，用于激勵聲波發(fā)射傳感器F 發(fā)射聲波。 聲波接收可設置通道T由濾波電路Tl、放大電路T2、A/D轉換電路T3依次串聯(lián)組 成。濾波電路T1的輸入端與選通聲波接收傳感器S的信號線L22連接，輸出端與放大電路 T2的輸入端連接，放大電路T2的輸出端與A/D轉換電路T3的輸入端連接，A/D轉換電路T3 的輸出端與計算機系統(tǒng)CPU連接。濾波電路Tl、放大電路T2及A/D轉換電路T3通過端口 與控制單元K連接?？刂茊卧狵可以通過端口設置濾波電路T1的帶通濾波參數、放大電路 T2的放大參數、A/D轉換電路T3的A/D轉換參數。 請參閱圖2，選通聲波接收傳感器S進一步由選通部件C、可設置放大部件G、多個
檢測部件S(l)........S(N)組成，多個檢測部件S(l)........S(N)分別與選通部件C連
接，選通部件C將選通其中之一 S (i) (1《i《N)與可設置放大部件G相連，可設置放大部 件G通過控制線L21與圖1所示聲波儀I的控制單元K連接，信號線L22與圖1所示聲波 接收可設置通道T的濾波電路Tl的輸入端連接。選通聲波接收傳感器S的多個檢測部件 S(l)........S(N)自下而上排布，它們之間的間距為0. 1米。 請參閱圖6，其中顯示圖2所示基樁聲波透射法檢測控制裝置100的選通聲波接收 傳感器S的選通部件C的實施電路原理圖。如圖6所示，選通部件C由模擬多路選擇器U6 實現。在本實施例中，模擬多路選擇器U6采用MAXIM公司生產的帶故障保護的模擬多路選 擇器MAX336。多路選擇器MAX336包括電源端V+、V-、使能端EN、4位控制信號輸入端A0
13A3、16個通道輸入端口 N01 N016、輸出端C0M。多路選擇器MAX336的正負電源端V+、V-分 別接+12V、 -12V電源，接地端與數字地連接；使能端EN接高電平表示選通使之工作；控制 信號輸入端AO A3通過控制線L3與控制單元K相連；16個通道輸入端口 N01 N016與檢
測部件一一相連，16個通道輸入端口 N01 N016可最多連接16個檢測部件S (1)........
S (16);輸出端口 COM與選通聲波接收傳感器S的可設置放大部件G連接，并通過二極管Dl、 二極管D3接地，同時通過與二極管并聯(lián)的輸出電阻R7接地。其中二極管Dl、二極管D3反 向串聯(lián)，二極管D1的陰極與多路選擇器MAX336的輸出端口 COM相連，陽極與二極管D3的 陽極相連，二極管D3的陰極接地。二極管D1、D3起隔離保護作用，輸出電阻R7保證輸出穩(wěn) 定的電壓信號，并起限流作用。 控制單元K發(fā)出代表邏輯"1"的高電平或代表邏輯"0"的低電平控制信號，通過 控制線L3輸入到與之連接的控制信號輸入端A0 A3，這四個控制信號輸入端A0、A1、A2、 A3中可各自獨立地接收控制單元K發(fā)出的控制信號，按A3-A2-A1-A0的順序排列為一個四 位二進制數，其不同的組合值對應不同的通道輸入端口，以選通通道輸入端口 N01 N016 其中之一。例如，當控制單元K輸出給控制信號輸入端A3-A2-A1-A0值為"0-0-0-0"時，第 一個通道輸入端口 N01被選通，檢測部件S (1)與輸出端COM相連，檢測部件S (1)檢測到的 信號輸出至可設置放大部件G，經可設置放大部件G放大后再輸出至聲波儀I的聲波接收可 設置通道T。又如，當控制單元K輸出給控制信號輸入端A3-A2-A1-A0值為"0-1-0-1"時， 第六個通道輸入端口 N06被選通，檢測部件S(6)與輸出端C0M相連。再如，當控制單元K 輸出給控制信號輸入端A3-A2-A1-A0值為"1-1-1-1 "時，第十六個通道輸入端口 N016被選 通，檢測部件S(16)與輸出端C0M相連。 請參閱圖7，其中顯示圖1所示基樁聲波透射法檢測控制裝置100的聲波儀I的 聲波接收可設置通道T的濾波電路T1的電路原理圖。濾波電路T1的輸入端與選通聲波 接收傳感器S的信號線L22相連，接收圖2所示選通聲波接收傳感器S的N個檢測部件
S(l)........S(N)其中之一者檢測到的信號，濾波電路T1的輸出端與聲波接收可設置通
道T的放大電路T2相連，將濾波后的信號傳輸至放大電路T2。如圖7所示，濾波電路T1由 運算放大器U2A、運算放大器U2B、模擬多路選擇器U7、模擬多路選擇器U8、濾波檔設置電阻 R702 R732、電容C3、電容C6、電容C4、電容C7、以及二極管D2、二極管D4組成。在本實施 例中，運算放大器U2A、運算放大器U2B為AD8066AR-REEL7型高性能145MHz快速場效應管 運算放大器，其正負供電電壓分別為+12V、 -12V ;多路選擇器U7、多路選擇器U8為MAX309 型雙4通道高性能CMOS模擬多路選擇器，其正負供電電壓分別為+12V、 -12V。電容C6、電 容C3值為0. OluF，電容C4、電容C7值為2. 2uF， 二極管D2， D4導通電壓為2V，電阻R702、電 阻R704、電阻R706、電阻R708、電阻R710、電阻R712、電阻R714、電阻R716、電阻R718、電阻 R720、電阻R722、電阻R724、電阻R726、電阻R728、電阻R730、電阻R732阻值分別為22MQ 、 560KQ 、10KQ 、2KQ 、22MQ 、560KQ 、10KQ 、2KQ 、51KQ 、10KQ 、2KQ 、68Q 、51KQ 、10KQ 、 2KQ 、68Q 。 本實施例中，兩片雙4通道模擬多路選擇器U7、U8各提供4檔濾波電阻供選擇，故 組合起來共可提供4*4= 16檔不同的濾波電阻組合。通過選擇不同的濾波電阻組合，可設 置不同的濾波檔。多路選擇器U7的第一組輸入端分別與電阻R702、電阻R704、電阻R706、 電阻R708相連，用于將這四個電阻其中之一者與第一組輸出端742相連。多路選擇器U7的第二組輸入端分別與電阻R710、電阻R712、電阻R714、電阻R716相連，用于將這四個電 阻其中之一者與第二組輸出端744相連。多路選擇器U7的高通濾波檔控制端HP0、 HP1通 過控制線L3與圖1所示控制單元K相連，用于接收控制單元K發(fā)送的高通濾波檔代碼。按 HP1-HP0的順序排列為一個二位二進制數，其不同的組合值對應不同的電阻選擇。當高通 濾波檔控制端HP1-HP0的值分別為00、01、10、11時，其選擇的電阻分別為電阻R702與電阻 R710、電阻R704與電阻R712、電阻R706與電阻R714、電阻R708與電阻R716，構成4檔高 通濾波電路。同理，多路選擇器U8的低通濾波檔控制端LP1-LP0的值分別為00、01、10、11 時，對應選擇的濾波電阻分別為電阻R718與電阻R726、電阻R720與電阻R728、電阻R722 與電阻R730、電阻R724與電阻R732，構成4檔低通濾波電路。 濾波電路Tl的輸入端首先經電容C6隔直，再分別經電容C3與運算放大器U2A的 正向輸入端703相連，通過多路選擇器U7的第一組輸出端742經電阻R702、電阻R704、電阻 R706、電阻R708其中之一者與運放U2A的反向輸入端705相連，運算放大器U2A的正向輸 入端703通過通過多路選擇器U7的第二組輸出端744經電阻R710、電阻R712、電阻R714、 電阻R716其中之一者接地，運算放大器U2A的反向輸入端705連接至其輸出端701，使得運 算放大器U2A的輸出端701反饋至其反向輸入端705。運算放大器U2A的輸出端701通過 多路選擇器U8的第一組輸出端經電阻R718、電阻R720、電阻R722、電阻R724其中之一者輸 出至運算放大器U2B。 電阻R718、電阻R720、電阻R722、電阻R724其中之一者一端通過多路選擇器U8 的第一組輸出端與運算放大器U2A的輸出端701相連，另一端經電阻R726、電阻R728、電 阻R730、電阻R732其中之一者通過多路選擇器U8的第二組輸出端與運算放大器U2B的正 向輸入端709相連，經電容C7與運算放大器U2B的反向輸入端711相連。同時運算放大器 U2B的正向輸入端709通過電容C4接地，反向輸入端711連接至其輸出端707。運算放大 器U2B的輸出端707反饋至其反向輸入端711，并通過二極管D2、二極管D4接地。其中二 極管D2、二極管D4的反向串聯(lián)，二極管D2的陰極與運算放大器U2B的輸出端707相連，陽 極與二極管D4的陽極相連，二極管D4的陰極接地。二極管D2、D4起隔離保護作用。 當控制單元K通過控制線L3發(fā)出不同的高通濾波檔代碼、低通濾波檔代碼時，其 選擇的濾波電阻組合也不同，由此可提供4*4檔不同的濾波檔。 請參閱圖8，其中顯示圖1所示基樁聲波透射法檢測控制裝置100的聲波儀I的 聲波接收可設置通道T的放大電路T2的電路原理圖。如圖8所示，在本實施例中，放大電 路T2為由AD526型可編程增益放大器U1、PGA103型可編程增益放大器U3、PGA103型可編 程增益放大器U4依次串聯(lián)組成的三級放大電路。放大電路T2的輸入端為可編程增益放大 器Ul的輸入端口 802，與圖7所示聲波接收可設置通道T的濾波電路Tl輸出端707相連。 放大電路T2的輸出端為可編程增益放大器U4的輸出端834，與圖1所示聲波接收可設置通 道T的A/D轉換電路T3相連。 可編程增益放大器Ul輸入端802與圖7所示聲波接收可設置通道T的濾波電路 Tl輸出端707相連，輸出端804與可編程增益放大器U3的輸入端822相連。可編程增益放 大器U3的輸出端824通過電容C5與可編程增益放大器U4的輸入端832相連，并通過電阻 R9接地。可編程增益放大器U4的輸出端834與圖1所示聲波接收可設置通道T的A/D轉 換電路T3相連。[0074] AD526型可編程增益放大器U1正負極電源端各自通過電阻R12及電阻Rll分別與 +12V及-12V電源對稱相連，且各自通過電容C9及電容C8接地。AD526型可編程增益放大 器Ul的/CS端及/CLK端均接地，B端接高電平(數字電路的高電平為+5V) 。 AD526型可 編程增益放大器U1的增益通過輸入至增益代碼信號端口 806、808、810的增益代碼信號組 合確定，其中增益代碼信號端口 806為低位、增益代碼信號端口 808為中間位、增益代碼信 號端口 810為高位，按810-808-806的順序排列為一個三位二進制數，其不同的組合值對應 不同的增益。當增益代碼信號端口 810-808-806的值分別為000、001、010、011、1**(*代表 任意值)時，其對應的增益分別為1、2、4、S、16倍。其中，增益代碼信號端口 806、增益代碼 信號端口 808與圖1所示控制單元K相連，分別接收控制電路K發(fā)送的增益代碼MA4、MA5， 而增益代碼信號端口 810接低電平，故可編程增益放大器U1可為1、2、4、8倍。 經過AD526型可編程增益放大器Ul放大后的信號通過輸出端804輸出到可編程 增益放大器U3的輸入端822。同樣地，PGA103型可編程增益放大器U3的正負極電源端各自 通過電阻R3及電阻R8分別與+12V及-12V電源對稱相連，且各自通過電容Cl及電容C10 接地。PGA103型可編程增益放大器U3的增益通過輸入至增益代碼信號端口 826、828的增 益代碼信號組合確定，其中增益代碼信號端口 826為低位、增益代碼信號端口 828為高位， 按828-826的順序排列為一個兩位二進制數，其不同的組合值對應不同的增益。當增益代 碼信號端口 828-826的值分別為00、01、10、11時，其對應的增益分別為1、10、100倍、和無 效。其中，增益代碼信號端口 826、增益代碼信號端口 828與圖1所示控制單元K相連，分別 接收控制電路K發(fā)送的增益代碼MA2、MA3。 PGA103型可編程增益放大器U3放大后的信號通過輸出端824經電容C5輸出到 PGA103型可編程增益放大器U4的輸入端832。同理，PGA103型可編程增益放大器U4的增 益通過輸入至增益代碼信號端口 836、838的增益代碼信號組合確定，其中，增益代碼信號 端口 836、增益代碼信號端口 838通過控制線L3與圖1所示控制單元K相連，分別接收控制 電路K發(fā)送的增益代碼MA0、MA1。 由此可知，放大電路T2的增益最大可達8*100*100。 請參閱圖9，其中顯示圖1所示基樁聲波透射法檢測控制裝置100的聲波儀I的 聲波接收可設置通道T的A/D轉換電路T3的電路原理圖。如圖9所示，在本實施例中，A/ D轉換電路T3由ADS802型12位lOMHz A/D轉換芯片U5實現。A/D轉換芯片U5的輸入端 902與圖1 、圖8所示聲波接收可設置通道T的放大電路T2的輸出端834相連，輸出端Bl B12與計算機系統(tǒng)CPU相連，將轉換后的數字量傳輸至計算機系統(tǒng)CPU進行處理，其中Bl為 最高位，B12為最低位。ADS802型A/D轉換芯片U5的電源端+VS與+5V電源相連，并通過 22uF電容C12、C16接地。ADS802型A/D轉換芯片U5的高旁路參考電壓端口 REFT、低旁路 參考電壓端口 REFB、共模參考電壓端口 CM分別通過O. luF電容C13、C15、C14接地，互補輸 入端904也通過0. luF電容C14接地。ADS802型A/D轉換芯片U5的時鐘接口 906與50% 占空比的時鐘信號CLK-IN相連，時鐘信號CLK-IN的最高頻率為lOMHz。(在本實施例中，基樁聲波透射法檢測控制裝置IOO工作方式如下可將實用新型 內容方法部分結合在一起) 實施例2 : 請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖9、圖10，根據本實用新型的另一個
16實施例，基樁聲波透射法檢測控制裝置100的深度位置編碼器FMA(圖1所示)、聲波發(fā)射 傳感器F(圖1所示)、選通聲波接收傳感器S(圖1、圖2所示)、選通聲波接收傳感器S的 選通部件C(圖6所示)、計算機系統(tǒng)CPU(圖1所示)、控制單元K(圖1所示)、聲波發(fā)射 機A(圖1所示)、聲波接收可設置通道T的濾波電路Tl (圖7所示)、聲波接收可設置通道 T的A/D轉換電路T3(圖9所示)均與實施例2完全相同，在此不再重復描述。與實施例2 唯一不同的是聲波接收可設置通道T的放大電路T2，在此僅描述其另一個實施例。 請參閱圖IO，其中顯示根據本實用新型的另一個實施例的圖1所示基樁聲波透射 法檢測控制裝置100的聲波儀I的聲波接收可設置通道T的放大電路T2-2的電路原理圖。 如圖10所示，在本實施例中，放大電路T2-2為由PGA204型可編程增益儀表放大器U200、 U201依次串聯(lián)組成。放大電路T2-2的輸入端為可編程增益放大器U200的輸入端口 1002， 與圖7所示聲波接收可設置通道T的濾波電路Tl輸出端707相連，可編程增益放大器U200 的輸出端1004通過0. 47uF電容C204與可編程增益放大器U201的輸入端1022相連，并通 過10K電阻R203接地。放大電路T2-2的輸出端為可編程增益放大器U201的輸出端1024， 與圖9所示聲波接收可設置通道T的A/D轉換電路T3的輸入端902相連。 PGA204型可編程增益儀表放大器U200正負極電源端分別與+12V及-12V電源相 連，且各自通過兩個并聯(lián)的22uF電容C200、0. luF電容C201以及22uF電容C205、0. luF電 容C206接地。這里的電容起濾波作用。PGA204型可編程增益放大器U200的反向輸入端 1006(-Vin)及參考電源端口 1008端均接地，反饋端口 IOIO與輸出端口 1004相連。PGA204 型可編程增益放大器U200的增益通過輸入至增益代碼信號端口 1012、 1014的增益代碼 信號組合確定，其中增益代碼信號端口 1012為低位、增益代碼信號端口 1014為高位，按 1014-1012的順序排列為一個兩位二進制數，其不同的組合值對應不同的增益。當增益代碼 信號端口 1014-1012的值分別為00、01、10、11時，其對應的增益分別為1 、10、 100、 1000倍。 其中，增益代碼信號端口 1012、增益代碼信號端口 1014與圖1所示控制單元K相連，分別接 收控制電路K發(fā)送的增益代碼MA20、MA30。 PGA204型可編程增益放大器U200放大后的信號再次輸入PGA204型可編程增益 放大器U201。同理，PGA204型可編程增益放大器U201的增益通過輸入至增益代碼信號端 口 1032、1034的增益代碼信號組合確定，其中，增益代碼信號端口 1032、增益代碼信號端 口 1034通過控制線L3與圖1所示控制單元K相連，分別接收控制電路K發(fā)送的增益代碼 廳0、MA10。 由此可知，放大電路T2-l的增益最大可達1000*1000。 對一個40米長的基樁的一個檢測剖面的檢測工作，按照0. 1米間距布設測點，一 個發(fā)射測點對應9個接收測點，可以在約45ms (9個發(fā)射接收子過程分別延遲4ms，加9次發(fā) 射接收記錄分別約需lms)內完成一個發(fā)射測點對應的檢測扇形區(qū)間的檢測過程。如果以 0. 20米/秒的速度提升聲波傳感器，完成整個剖面的檢測時間約需200秒。檢測效率極高。 依照實例一，實現了 16個檢測單元的選通聲波接收傳感器S(圖六)，配以聲波接收可設置 通道T的濾波電路Tl (圖七)、放大電路T2(圖八)、A/D轉換電路T3(圖九)既可適應絕 大多數的檢測需求。依照實例三，提供了一種聲波接收可設置通道T的放大電路T2-2(圖 十)可以提供更大的放大倍數，并且該電路可以在提供了更大的放大倍數的同時保證適當 的帶寬，適用于檢測剖面跨距極大的情況，可以有效的提高接收聲波信號的質量。[0087] 雖然之前的說明和附圖描述了本實用新型的較佳實施例，應當理解在不脫離權利 要求書所界定的本實用新型原理的精神和保護范圍的前提下可以有各種增補、修改和替 換。本領域技術人員應該理解，本實用新型在實際應用中可根據具體的環(huán)境和工作要求在 不背離實用新型準則的前提下在形式、結構、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所 變化。因此，在此披露的實施例僅用于說明而非限制，本實用新型的保護范圍由權利要求書 中技術方案及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
權利要求一種基樁聲波透射法檢測控制的裝置，它由聲波儀(I)、深度位置編碼器(FMA)、聲波發(fā)射傳感器(F)、選通聲波接收傳感器(S)組成，其特征在于深度位置編碼器(FMA)與聲波儀(I)連接，聲波發(fā)射傳感器(F)的電纜線(L1)與聲波儀(I)連接，選通聲波接收傳感器(S)與聲波儀(I)連接。
2. 根據權利要求1所述的一種基樁聲波透射法檢測控制的裝置，其特征在于聲波儀 (I)由計算機系統(tǒng)(CPU)、控制單元(K)、聲波發(fā)射機(A)、聲波接收可設置通道(T)組成，計 算機系統(tǒng)(CPU)通過總線與控制單元(K)、聲波接收可設置通道(T)連接，控制單元(K)通 過端口與聲波發(fā)射機(A)、聲波接收可設置通道(T)連接，聲波接收可設置通道T由濾波電 路(Tl)、放大電路(T2)、A/D轉換電路(T3)組成，濾波電路(Tl)的輸出端與放大電路(T2) 的輸入端連接，放大電路(T2)的輸出端與A/D轉換電路(T3)的輸入端連接，A/D轉換電路 (T3)的輸出端與計算機系統(tǒng)CPU通過總線連接，濾波電路(Tl)、放大電路(T2)、A/D轉換電 路(T3)通過端口與控制單元(K)連接。
3. 根據權利要求1所述的一種基樁聲波透射法檢測控制方法的裝置，其特征在于所 述的選通聲波接收傳感器(S)由選通部件(C)、放大部件(G)、檢測部件(Sl)到(SN)、控制 線(L21)、信號線(L22)組成，選通聲波接收傳感器(S)的選通部件(C)通過選通聲波接收 傳感器(S)的控制線(L21)與控制單元(K)的端口連接，選通聲波接收傳感器(S)的選通 部件(C)與選通聲波接收傳感器(S)的檢測部件(Sl)到檢測部件(SN)連接，選通聲波接 收傳感器(S)的設置放大部件(G)通過選通聲波接收傳感器(S)的控制線(L21)與控制單 元(K)的端口連接，選通聲波接收傳感器(S)的設置放大部件(G)與選通聲波接收傳感器 (S)的檢測部件(Sl)到檢測部件(SN)之中的檢測部件通過選通聲波接收傳感器(S)的選 通部件(C)連接，選通聲波接收傳感器(S)的設置放大部件(G)通過選通聲波接收傳感器 (S)的信號線(L22)與聲波接收設置通道(T)的濾波電路(Tl)的輸入端連接。
4. 根據權利要求1所述的一種基樁聲波透射法檢測控制方法的裝置，其特征在于深 度位置編碼器(FMA)與控制單元(K)連接，聲波發(fā)射傳感器(F)的電纜線(Ll)與聲波發(fā)射 機(A)連接，選通聲波接收傳感器(S)的控制線(L21)與控制單元(K)連接，選通聲波接收 傳感器(S)的信號線(L22)與濾波電路(Tl)的輸入端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基樁聲波透射法檢測控制的裝置，它由聲波儀、深度位置編碼器、聲波發(fā)射傳感器、選通聲波接收傳感器組成，其特征在于深度位置編碼器與聲波儀連接，聲波發(fā)射傳感器的電纜線與聲波儀連接，選通聲波接收傳感器與聲波儀連接。計算機系統(tǒng)通過總線與控制單元、聲波接收可設置通道連接，控制單元通過端口與聲波發(fā)射機、聲波接收可設置通道連接，濾波電路的輸出端與放大電路的輸入端連接，放大電路的輸出端與A/D轉換電路的輸入端連接，A/D轉換電路的輸出端與計算機系統(tǒng)通過總線連接，濾波電路、放大電路、A/D轉換電路通過端口與控制單元連接。本實用新型結構簡單，適用于基于層析成像進行聲波透射法檢測基樁完整性的現場檢測工作。
文檔編號E02D33/00GK201464424SQ20092008748
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權日2009年7月21日
發(fā)明者張 杰, 胡純軍 申請人:武漢中巖科技有限公司