[發明專利]圓柱型橋墩表面波浪爬高超聲波測試系統

在審

• 申請號: 201410804980.0
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104482891A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 郭安薪;肖圣超;陳文禮;高東來;李惠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00;G01B17/02;G01B17/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及橋梁建筑技術，具體說就是一種圓柱型橋墩表面波浪爬高超聲波測試系統。

背景技術

近幾十年以來，跨海橋梁成為推動區域合作，促進經濟發展的重要交通樞紐。在復雜的海洋環境條件下，跨海橋梁下部結構對于海上的災害，如海嘯、颶風等，不能像船舶那樣預先躲避，因此它的設計必須考慮到海上可能發生的最惡劣情況，否則將會造成嚴重的災難性事故。對于在橋墩上搭建有檢修平臺的橋墩，平臺搭建的位置最好選在破浪爬高以上，以確保平臺在波浪作用下不被破壞。因此研究波浪在跨海橋墩上的爬高具有重要意義。

目前波浪在圓柱形結構上的爬高的研究，主要有浪高儀法和攝像法。浪高儀法在圓柱結構周圍捆綁浪高儀，通過浪高儀的測量值反映出波浪在結構上爬高所到達的高度。Mase等(2001)在模型前段3mm處設置一個浪高儀，用浪高儀測到的數據作為波浪在結構上的爬高值。De?Vos等(2007)在圓柱型結構周圍2mm范圍內捆綁10個浪高儀，以測量圓柱結構不同位置的波浪爬高值。Li等(2012)同樣采樣浪高儀法測量波浪在圓柱結構上的爬高。浪高儀法具有操作簡單，數據易于處理等優勢。但是浪高儀法不能得到一個二維圓周面上波浪爬高的實時測量。Martin等(2001)采用攝像的方法得到波浪在圓柱型結構上的爬高。由于該方法依賴高速相機成相技術，很難用于大型結構爬高實驗的測量。

發明內容

基于以上不足之處，本發明的目的在于提供一種圓柱型橋墩表面波浪爬高超聲波測試系統。能實時測量圓柱型橋墩表面波浪爬高的真實形狀和厚度、又不會干擾波浪在其表面的形成。

本發明的目的是這樣實現的：一種圓柱型橋墩表面波浪爬高超聲波測試系統，包括圓柱型橋墩模型、工控機(12)、容量5006以上數據存儲器(13)、A/D高速數據轉換卡(14)、脈沖接收發射器(15)、直流穩壓電源(11)和圓柱型橋墩模型超聲波測試裝置，圓柱型橋墩模型包括頂部固定蓋(2)、有機玻璃管(6)和底部固定座(7)，頂部固定蓋(2)與有機玻璃管(6)上端連接，底部固定座(7)與有機玻璃管(6)下端連接，直流穩壓電源(11)為本系統供電，工控機(12)內安裝A/D高速數據轉換卡(14)和容量500G以上數據存儲器(13)，A/D高速數據轉換卡(14)連接脈沖接收發射器(15)，圓柱型橋墩模型超聲波測試裝置包括旋轉反射面裝置、超聲波換能器(9)和上下移動裝置；上下移動裝置包括電動馬達(1)、絲杠(5)、上支撐與傳動蓋板(3)和下支撐與傳動板(10)，絲杠(5)貫穿于整個圓柱型橋墩模型內部，電動馬達(1)與頂部固定蓋(2)固定連接，絲杠(5)與電動馬達(1)輸出軸連接，上支撐與傳動蓋板(3)與絲杠(5)上段螺紋連接，下支撐與傳動蓋板(10)與絲杠(5)下段螺紋連接，電動馬達(1)帶動絲杠(5)轉動，從而使上、下支撐與傳動蓋板(3、10)能夠沿絲杠(5)做上下同步移動；旋轉反射面裝置位于超聲波換能器(9)上方；旋轉反射面裝置包括微型馬達(8)和45°反射面(4)；45°反射面(4)與微型馬達(8)輸出軸連接，微型馬達(8)與上支撐與傳動蓋板(3)底面連接；超聲波換能器(9)與下支撐與傳動板(10)連接；45°反射面(4)和超聲波換能器(9)軸線重合，脈沖接收發射器(15)與超聲波換能器(9)電信號連接；工控機(12)運行采集程序，通過A/D高速數據轉換卡(14)發出指令給脈沖發射接收器(15)，脈沖接收發射器(15)給超聲波換能器(9)發射一個高電壓脈沖，使超聲波換能器(9)上的晶片發生高頻率振動，從而產生高頻超聲波脈沖信號；同時超波聲換能器(9)能夠接收從被測的波浪上下表面反射回來的兩次超聲波回波信號，其回波信號通過超聲波換能器(9)和脈沖發射接收器(15)轉換成低電壓信號傳遞給A/D高速數據轉換卡(14)，最后工控機(12)通過A/D轉換，將回波信號以數字形式進行存儲。

本發明還具有如下技術特征：當旋轉反射面旋轉，同時上、下支撐與傳動蓋板上下同步移動時，本系統能夠在波浪爬高的過程中實時不間斷地采集波浪的高度和厚度，得到橋墩模型環向一周的波浪分布數據、三維橋墩模型表面波浪的幾何特征數據和三維橋墩模型表面波浪的豎向分布數據。

本發明應用超聲波測厚原理，組建一套適用于測量圓柱型橋墩表面波浪爬高超聲波測試。采用超聲波測厚系統不僅可以得到波浪爬高的厚度、寬度和形狀，而且可以得到波浪爬高在豎向的分布特性。本發明屬于無損監測，能夠實時測量到破浪爬高過程中整個模型外表面上波浪分布情況，而又不會干擾波浪在其表面的形成。具有精度高，操作簡便，系統集成度高和實時監測的特點。

附圖說明