本發(fā)明涉及超聲波檢測領(lǐng)域，具體是一種用超聲波檢測裝置。

背景技術(shù)：

鋼管混凝土構(gòu)件受施工工藝的影響，可能出現(xiàn)不易直接觀測的脫空缺陷，影響鋼管混凝土柱的承載能力。由于超聲波具有無損、簡便、快捷的特點(diǎn)，用超聲波測試鋼管與混凝土協(xié)同工作，是提高判別缺陷的類型和嚴(yán)重程度的準(zhǔn)確性的有效途徑。

鋼管混凝土柱在制作和帶荷工作過程中，混凝土脫空現(xiàn)象不易直接觀測。目前，超聲波檢測儀僅用于方形鋼管混凝土柱的脫空檢測，由于超聲波檢測儀的探頭為平面，無法與圓鋼管耦合，測試僅靠一條線接觸，測試誤差大；也有新型的聲波手持器檢測裝置，但在荷載作用下檢測存在安全隱患，僅適用于靜載作用下檢測，無法檢測加載過程的脫空現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種超聲波探頭與被測工件為面接觸的裝置，具體技術(shù)方案如下：

一種用超聲波檢測圓鋼管與混凝土協(xié)同工作的裝置，包括超聲波探頭，所述超聲波探頭與混凝土柱間設(shè)置耦合塊，所述耦合塊一端與超聲波探頭抵接，另外一端與混凝土柱抵接；所述的抵接方式為面接觸。

所述耦合塊材料為聚甲基丙烯酸甲酯。

所述的耦合塊及超聲波探頭由固定裝置設(shè)置在混凝土柱的側(cè)面；所述固定裝置包括空心圓柱罩，所述空心圓柱罩內(nèi)設(shè)置超聲波探頭，空心圓柱罩的一側(cè)設(shè)置螺紋，耦合塊的一端也設(shè)置螺紋并與空心圓柱罩的螺紋配合，耦合塊的另外一端型面與混凝土柱的外表面一致并抵接在混凝土柱的外表面上；所述空心圓柱罩的外側(cè)由兩個半圓形薄夾通過螺栓、螺母固定；所述半圓形薄夾與夾柄固定成一體；所述夾柄與螺紋鋼筋棒固定，所述螺紋鋼筋棒為兩條，通過螺紋、螺栓夾在混凝土柱的兩側(cè)。

所述空心圓柱罩后部設(shè)置頂緊螺栓，所述頂緊螺栓與超聲波探頭的后部抵接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明采用耦合塊，一端為內(nèi)凹的雙曲面，可以緊密貼合鋼管外壁，減少空氣層的厚度，使聲波直接在固體接觸中向鋼管傳遞，且超聲波在有機(jī)玻璃中傳播速度超過3000m/s，相比是在空氣中的十倍多，而且傳播聲波質(zhì)量更高。

2.本發(fā)明在測試過程中無需人手直接接觸試件，固定好探頭和玻璃耦合塊后，即可測出動載作用下圓鋼管混凝土試件中混凝土的脫空現(xiàn)象，能夠保證測試人員的安全。

3.采用耦合塊，測試面積為探頭整個底面面積，可以全面的測試加載過程的脫空現(xiàn)象，從脫空出現(xiàn)到擴(kuò)展的全部過程，而不是一個點(diǎn)或一條線是否出現(xiàn)脫空。

4.本發(fā)明所述耦合塊采用有機(jī)玻璃，具有高透明度，低價(jià)格，表面硬度低，易于機(jī)械加工制作為與鋼管良好接觸的內(nèi)凹雙曲面耦合塊，具有良好的介電性能，可以傳播和反饋超聲波信號。

5.本發(fā)明所有的連接采用螺栓連接，螺母固定，以及螺紋擰合，材料易得，操作簡單，并設(shè)置了頂緊螺栓保證連接緊密，保證測試的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為用超聲波檢測圓鋼管與混凝土協(xié)同工作的裝置正視圖；

圖2為用超聲波檢測圓鋼管與混凝土協(xié)同工作的裝置俯視圖；

圖3為用超聲波檢測圓鋼管與混凝土協(xié)同工作的裝置側(cè)視圖；

圖4為用超聲波檢測圓鋼管與混凝土協(xié)同工作的裝置中所述耦合套件與探頭連接剖面圖；

圖5為耦合塊的剖視圖；

圖6為現(xiàn)有技術(shù)的超聲波探頭與工件接觸示意圖；

圖7為本發(fā)明超聲波探頭與工件接觸示意圖；

圖中，1—鋼管混凝土柱；2—帶螺紋鋼筋棒；3—半圓形薄夾；4—固定螺母；5—固定螺栓；6—頂緊螺栓；7—耦合塊；8—空心圓柱罩；9—探頭；10—導(dǎo)線；11—超聲波發(fā)射儀，31-夾柄。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明，如圖6、圖7所示，設(shè)t為超聲波通過鋼管混凝土的時(shí)間，d為鋼管的壁厚，vs是超聲波通過鋼管的聲速，鋼管混凝土內(nèi)部空洞和脫空厚度尺寸h，vc是超聲波通過混凝土的聲速，va是超聲波在空氣中的聲速，d為鋼管內(nèi)混凝土的直徑則有t＝2d/vs+(d-h)/vc+h/va(1.1)

可得

該計(jì)算公式是在假定探頭和鋼管壁直接緊密貼合的理想狀況下推出的，實(shí)際情況中探頭與鋼管壁之間存在空氣夾層，則(1.2)式應(yīng)修正為：

t’＝t-ta(1.3)

式(1.3)中ta為聲波在空氣夾層中傳播所用的時(shí)間,t’為考慮了聲波在空氣夾層中傳播的時(shí)間后，通過鋼管混凝土的時(shí)間，h1為考慮了聲波在空氣夾層中傳播的時(shí)間后，鋼管混凝土內(nèi)部空洞和脫空厚度尺寸。

本發(fā)明中所采用的耦合塊與鋼管壁緊密貼合，填充了原空氣夾層。此時(shí)的h變?yōu)椋?/p>

t”＝t-tb(1.5)

式(1.5)中，tb為聲波在耦合塊中傳播所用的時(shí)間，t”為考慮了聲波在空氣夾層中傳播的時(shí)間后，通過鋼管混凝土的時(shí)間，h2為考慮了聲波在空氣夾層中傳播的時(shí)間后，鋼管混凝土內(nèi)部空洞和脫空厚度尺寸。

如圖7所示，探頭橫截面寬為l，探頭尺寸遠(yuǎn)小于鋼管壁的直徑，所以探頭與鋼管壁一端所形成的空氣夾層可近似看作兩個直角三角形。對其中一個直角三角形，尋找這樣一個點(diǎn)，將直角三角形分成面積相等的兩部分，該點(diǎn)處的高作為空氣層等效厚度，進(jìn)而將聲波通過該點(diǎn)的時(shí)間等效為聲波通過整個空氣夾層的時(shí)間。根據(jù)幾何關(guān)系可得空氣層等效厚度為

得

式中v′為聲波在耦合塊材料中的傳播速度。可知，v′＞＞va，ta＞＞tb，即測得的脫空缺陷h1的誤差遠(yuǎn)大于h2，誤差越大，對后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究影響越大。

因此，本發(fā)明采用耦合塊，一端為內(nèi)凹的雙曲面，可以緊密貼合鋼管外壁，減少空氣層的厚度，使聲波直接在固體接觸中向鋼管傳遞，且超聲波在有機(jī)玻璃中傳播速度超過3000m/s，相比是在空氣中的十倍多，而且傳播聲波質(zhì)量更高。

本發(fā)明采用耦合塊，一端為內(nèi)凹的雙曲面，可以緊密貼合鋼管外壁，減少空氣層的厚度，使聲波直接在固體接觸中向鋼管傳遞，且超聲波在有機(jī)玻璃中傳播速度超過3000m/s，相比是在空氣中的十倍多，而且傳播聲波質(zhì)量更高。

根據(jù)上述原理，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)為：所述超聲波探頭9與混凝土柱1間設(shè)置耦合塊7，所述耦合塊7一端與超聲波探頭9抵接，另外一端與混凝土柱1抵接；所述的抵接方式為面接觸。

所述耦合塊7材料采用有機(jī)玻璃，是一種人工合成的高分子聚合物，成分為聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，密度為1.19g/cm3，透光率為99％，沖擊強(qiáng)度≥16kg/cm3，拉伸強(qiáng)度≥61kg/cm3，熱變型溫度≥78℃，熱軟化溫度≥105℃，具有高透明度，低價(jià)格，密度僅為普通玻璃的一半，具有很好的熱塑性，易于制作為能與鋼管良好接觸的內(nèi)凹的雙曲面耦合塊，具有良好的介電性能，可以傳播和反饋超聲波信號，且超聲波在有機(jī)玻璃中傳播速度超過3000m/s，相比是在空氣中的十倍多，而且傳播聲波質(zhì)量更高。

所述的耦合塊7及超聲波探頭9由固定裝置設(shè)置在混凝土柱的側(cè)面；所述固定裝置包括空心圓柱罩8，所述空心圓柱罩8內(nèi)設(shè)置超聲波探頭9，空心圓柱罩8的一側(cè)設(shè)置螺紋，耦合塊7的一端也設(shè)置螺紋并與空心圓柱罩8的螺紋配合，耦合塊7的另外一端型面與混凝土柱1的外表面一致并抵接在混凝土柱1的外表面上；所述空心圓柱罩8的外側(cè)由兩個半圓形薄夾3通過螺栓、螺母固定；所述半圓形薄夾3與夾柄31固定成一體；所述夾柄31與螺紋鋼筋棒2固定，所述螺紋鋼筋棒為兩條，通過螺紋、螺栓夾在混凝土柱1的兩側(cè)。

所述的固定裝置并不局限于上面所述的結(jié)構(gòu)，還可以采用在混凝土柱上設(shè)置凸臺，凸臺上固定探頭及耦合塊的方法。

為保證超聲波探頭、耦合塊及混凝土柱間的壓力，所述空心圓柱罩后部設(shè)置頂緊螺栓6，所述頂緊螺栓6與超聲波探頭的后部抵接。