Pccp鋼絲斷絲探測主的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，至少包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述接收機(jī)連接，所述發(fā)射機(jī)，用以生成交流信號，并輸出至外部的一個(gè)發(fā)射探頭和一主控計(jì)算機(jī)；所述接收機(jī)，用以接收外部的一接收探頭中感應(yīng)到的同步參考電壓信號和測試電壓信號；響應(yīng)所述數(shù)據(jù)采集卡的信號，將該同步參考電壓信號和測試電壓信號處理后傳輸至所述數(shù)據(jù)采集卡；所述數(shù)據(jù)采集卡，用以由外部一測距輪的脈沖信號觸發(fā)，采集所述接收機(jī)處理后傳輸而來的信號，并上傳至所述主控計(jì)算機(jī)；其中，所述接收機(jī)包括鎖相放大器，經(jīng)接收線圈感應(yīng)到的測試電壓信號和同步參考電壓信號分別經(jīng)所述鎖相放大器后輸入到所述數(shù)據(jù)采集卡。
【專利說明】PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及混凝土領(lǐng)域，尤其涉及一種PCCP鋼絲斷絲檢測主機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] PCCP管（PrestressedConcreteCylinderPipe)是帶鋼筒的預(yù)應(yīng)力混凝土管的 簡稱，是目前國際上使用廣泛的大口徑、耐高壓管材，由嵌埋薄鋼筒的管芯、纏在管芯外的 預(yù)應(yīng)力鋼絲（直徑）和鋼絲外的水泥砂漿保護(hù)層組成，如圖1所示。管子的兩端分別焊有 鋼制的承口圈和插口圈，管子的柔性接頭采用滑動膠圈密封。在工作狀態(tài)下，嵌埋在管壁中 的薄鋼筒具有抗?jié)B功能，纏繞在管芯外的預(yù)應(yīng)力鋼絲及管芯的混凝土壁承受管材的內(nèi)水壓 力及外荷載，因此PCCP管是一種將鋼管與普通預(yù)應(yīng)力混凝土管的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的管種。
[0003] 遠(yuǎn)場渦流變壓器耦合（RFECTC)技術(shù)采用內(nèi)探頭方式檢測金屬管材，此技術(shù)的特 點(diǎn)在于既能檢查黑色金屬材料，又能檢查有色金屬材料，并且對內(nèi)部的或外部的異常情況 具有相同的靈敏度。采用單探頭就能探測凹坑、裂紋和管壁的整體減薄。
[0004] 采用一個(gè)激勵(lì)線圈在管壁內(nèi)以低的磁化水平感應(yīng)出周向的渦流，與較常規(guī)的渦 流檢測不同，該技術(shù)將檢測線圈沿著管道放置在距激勵(lì)線圈2?3倍管徑處，檢測器信號相 對于激勵(lì)線圈的相位通常被用作管壁特性的度量。
[0005] 由頻率相當(dāng)?shù)偷恼倚盘査?qū)動的激勵(lì)線圈，在管道中產(chǎn)生的內(nèi)部電磁場，能在 激勵(lì)線圈的兩邊分成三個(gè)性質(zhì)不同的區(qū)域，這些區(qū)域被稱為直接耦合區(qū)、過渡區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)， 如圖1所示，遠(yuǎn)場渦流變壓器耦合技術(shù)原理示意圖。
[0006] 盡管多少受到管道存在的影響，直接耦合區(qū)主要是來自激勵(lì)線圈直接對準(zhǔn)的耦 合，起一個(gè)簡單的變壓器的作用。直接激勵(lì)的強(qiáng)度在激勵(lì)線圈的附近是很大的，但隨距激勵(lì) 線圈的距離增加而迅速衰減，大多數(shù)的渦流儀器工作在此直接激勵(lì)區(qū)或近場區(qū)。
[0007] 由于PCCP管鋼筒壁的衰減，接收線圈感應(yīng)出的遠(yuǎn)場渦流信號是極其微弱的，系統(tǒng) 本身的噪聲、試驗(yàn)平臺抖動引入的噪聲甚至外界的電磁干擾噪聲都可能比檢測信號大多個(gè) 數(shù)量級，有用信號可能全部淹沒于噪聲之中，因此如何在強(qiáng)噪聲當(dāng)中提取出所需的遠(yuǎn)場渦 流信號是關(guān)系系統(tǒng)正常工作的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0008] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是如何在強(qiáng)噪聲當(dāng)中提取出所需的遠(yuǎn)場渦流信號。
[0009] 為了解決這一技術(shù)問題，本實(shí)用新型一種PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，至少包括發(fā)射 機(jī)、接收機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述接收機(jī)連接，
[0010] 所述發(fā)射機(jī)，用以生成交流信號，并輸出至外部的一個(gè)發(fā)射探頭和一主控計(jì)算機(jī)， 所述交流信號包括互相匹配的測試交流信號和同步參考交流信號；
[0011] 所述接收機(jī)，用以：
[0012] 接收外部的一接收探頭中感應(yīng)到的同步參考電壓信號和測試電壓信號；
[0013] 響應(yīng)所述數(shù)據(jù)采集卡的信號，將該同步參考電壓信號和測試電壓信號處理后傳輸 至所述數(shù)據(jù)采集卡；
[0014] 所述同步參考電壓信號與所述同步參考電流信號對應(yīng)，所述測試電壓信號與所述 測試交流信號對應(yīng)；
[0015] 所述數(shù)據(jù)采集卡，用以：
[0016] 由外部一測距輪的脈沖信號觸發(fā)，采集所述接收機(jī)處理后傳輸而來的信號，并上 傳至所述主控計(jì)算機(jī)；
[0017] 其中，所述接收機(jī)包括鎖相放大器，經(jīng)所述接收線圈感應(yīng)到的測試電壓信號和同 步參考電壓信號經(jīng)所述鎖相放大器提取處理后輸入到所述數(shù)據(jù)采集卡。
[0018] 所述發(fā)射機(jī)包括信號源和功率放大器，所述信號源用以產(chǎn)生所述交流信號；所述 功率放大器用以對所述測試交流信號進(jìn)行功率放大，并將所述同步參考交流信號和放大后 的測試交流信號傳輸至所述發(fā)射探頭，使之實(shí)現(xiàn)電磁波信號的發(fā)射。
[0019] 所述信號源包括低功耗單片機(jī)、DDS芯片、低通濾波器和反相器，所述低功耗單片 機(jī)、DDS芯片、低通濾波器和功率放大器依次連接，從而通過所述功率放大器輸出所述測試 交流信號；所述低功耗單片機(jī)、DDS芯片和反相器依次連接，從而通過所述反相器輸出同步 參考交流信號。
[0020] 所述功率放大器包括前置放大電路、功率放大電路和穩(wěn)壓電源，所述交流信號依 次經(jīng)過所述前置放大電路和功率放大電路實(shí)現(xiàn)放大，從而通過所述功率放大電路輸出，所 述穩(wěn)壓電源分別與所述前置放大電路和功率放大電路連接。
[0021] 所述鎖相放大器包括信號通道、參考通道和雙相關(guān)處理電路，所述測試電壓信號 經(jīng)所述信號通道輸入所述雙相關(guān)處理電路，所述同步參考電壓信號經(jīng)所述參考通道輸入所 述雙相關(guān)處理電路，從而經(jīng)所述雙相關(guān)處理電路的提取處理后輸出。
[0022] 所述雙相關(guān)處理電路包括同相相關(guān)器和正交相關(guān)器，所述同相相關(guān)器的兩個(gè)輸入 端分別連接至所述參考通道和信號通道，所述正交相關(guān)器的兩個(gè)輸入端分別連接至所述參 考通道和信號通道，所述同相相關(guān)器和正交相關(guān)器的輸出端分別連接同相分量輸出端口和 正交分量輸出端口，所述同相分量輸出端口和正交分量輸出端口與所述數(shù)據(jù)采集卡連接。
[0023] 所述同相相關(guān)器和正交相關(guān)器均包括串聯(lián)的乘法器和低通濾波器，每個(gè)所述乘法 器的兩個(gè)輸入端分別連接至所述參考通道和信號通道，兩個(gè)所述乘法器的輸出端分別連接 對應(yīng)的所述低通濾波器的一端，所述同相相關(guān)器中的所述低通濾波器的另一端連接所述同 相分量輸出端口，所述正交相關(guān)器中的所述低通濾波器的另一端連接所述正交分量輸出端 □。
[0024] 所述同相相關(guān)器中的所述低通濾波器的另一端還連接一矢量運(yùn)算器；所述正交相 關(guān)器中的所述低通濾波器的另一端還連接所述矢量運(yùn)算器。
[0025] 所述參考通道上設(shè)有過零整形電路、諧波電路、細(xì)調(diào)相儀器和鎖相電路，所述同步 參考電壓信號依次經(jīng)過零整形電路、諧波電路、細(xì)調(diào)相儀器和鎖相電路后輸入所述雙相關(guān) 處理電路。
[0026] 所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)還包括電源監(jiān)控模塊，所述電源模塊包括充電器、 檢測電阻和蓄電池監(jiān)控芯片，所述蓄電池監(jiān)控芯片分別與一蓄電池和檢測電阻連接，所述 充電器和檢測電阻均與所述蓄電池連接，所述蓄電池監(jiān)控芯片還通過單片機(jī)與所述主控計(jì) 算機(jī)連接。
[0027] 本實(shí)用新型的探測主機(jī)引入了發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，且在接收機(jī)中設(shè)置 了鎖相放大器，鎖相放大器可實(shí)現(xiàn)微弱信號檢測，它利用和被測信號有相同頻率和相位關(guān) 系的參考信號作為比較基準(zhǔn)，只對被測信號本身和那些與參考信號同頻（或者倍頻）、同相 的噪聲分量有響應(yīng)。因此，能大幅度抑制無用噪聲，改善檢測信噪比。此外，本實(shí)用新型將 數(shù)據(jù)采集卡與一測距輪聯(lián)系起來，將數(shù)據(jù)的采集與系統(tǒng)的位置變化聯(lián)系起來，從而使得檢 測效果更佳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中遠(yuǎn)場渦流變壓器耦合技術(shù)原理示意圖
[0029] 圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例中PCCP鋼絲斷絲檢測系統(tǒng)的連接示意圖；
[0030] 圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例中PCCP鋼絲斷絲檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例中探測主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖5是本實(shí)用新型一實(shí)施例中信號源的與原理框圖；
[0033] 圖6是本實(shí)用新型一實(shí)施例中功率放大器的原理框圖；
[0034] 圖7是本實(shí)用新型一實(shí)施例中鎖相放大器的原理框圖；
[0035] 圖8是本實(shí)用新型一實(shí)施例中電源監(jiān)控模塊的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 以下將結(jié)合圖1至圖8對本實(shí)用新型提供的PCCP鋼絲斷絲檢測主機(jī)及使用該主 機(jī)的探測系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的描述，其為本實(shí)用新型一可選的實(shí)施例，可以認(rèn)為，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員在不改變本實(shí)用新型精神和內(nèi)容的范圍內(nèi)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行修改和潤色。
[0037] 本實(shí)施例提供了一種PCCP鋼絲斷絲檢測系統(tǒng)，請參考圖2和圖3,包括主控計(jì)算 機(jī)、探測主機(jī)、接收探頭、發(fā)射探頭、車體和測距輪，所述主控計(jì)算機(jī)、探測主機(jī)、接收探頭、 發(fā)射探頭和測距輪均設(shè)于所述車體上且隨所述車體一同行進(jìn)，所述接收探頭、發(fā)射探頭和 測距輪、主控計(jì)算機(jī)均與所述探測主機(jī)連接。
[0038] 本實(shí)用新型是對檢測系統(tǒng)進(jìn)行的改進(jìn)，主要側(cè)重探測的過程和設(shè)備，至于探測得 到的最終曲線、信號如何進(jìn)行比對處理，屬本領(lǐng)域常規(guī)手段，故而不做具體闡述。
[0039]關(guān)于所述發(fā)射探頭：
[0040] 所述發(fā)射探頭包括發(fā)射線圈和屏蔽盤，所述發(fā)射線圈設(shè)于所述屏蔽盤中，所述發(fā) 射線圈，至少用以響應(yīng)所述探測主機(jī)輸入的交流信號，發(fā)射相應(yīng)的電磁波信號，從而在PCCP管壁上感應(yīng)出渦流信號；所述屏蔽盤至少用于衰減所述發(fā)射線圈與接收探頭之間的直接耦 合信號；所述交流信號包括了互相匹配的測試交流信號和同步參考交流信號；依據(jù)屏蔽盤 的作用，可知曉其具體的形狀以及其與發(fā)射線圈間的空間關(guān)系，是以能實(shí)現(xiàn)衰減直接耦合 信號為準(zhǔn)。
[0041] 發(fā)射線圈是一種換能器，把低頻功放輸出的交流信號轉(zhuǎn)換成電磁波信號并發(fā)射出 去，在PCCP管壁上感應(yīng)出渦流信號。
[0042] 發(fā)射線圈要求具有高的能量轉(zhuǎn)換效率和低的能量損耗，即要求有較高的品質(zhì)因數(shù) (Q)，通常依據(jù)工作頻率選擇繞制線圈的導(dǎo)線。低頻段工作的電感線圈應(yīng)采用漆包線等帶絕 緣的導(dǎo)線繞制。對于工作頻率在幾十千赫至兩兆赫之間的電感線圈，應(yīng)采用多股絕緣導(dǎo)線 繞制，以增加導(dǎo)體有效截面積，減少集膚效應(yīng)的影響，可使Q值提高30 % -40 %。對于工作頻 率高于2MHz的電感線圈，應(yīng)采用單股粗導(dǎo)線繞制，導(dǎo)線的直徑一般在0. 3-1. 5mm之間。本 系統(tǒng)的工作頻率較低，因此選用漆包線作為繞制線圈的導(dǎo)線。
[0043] 發(fā)射線圈的形式采用單回路線圈形式，單回路線圈的優(yōu)點(diǎn)是其感應(yīng)場的分布規(guī) 貝1J，方向性好，其感應(yīng)模式的形狀如同一個(gè)玉米，同時(shí)其制作及加工也比較簡單。單回路線 圈的另一大特點(diǎn)是易于參數(shù)計(jì)算，有利于進(jìn)行解析型設(shè)計(jì)，其阻抗可表示為：
[0044] Z=R+jωL(I)
[0045] 實(shí)部為直流電阻，可用歐姆定律計(jì)算： _]

【權(quán)利要求】
1. 一種PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，至少包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采 集卡與所述接收機(jī)連接， 所述發(fā)射機(jī)，用以生成交流信號，并輸出至外部的一個(gè)發(fā)射探頭和一主控計(jì)算機(jī)，所述 交流信號包括互相匹配的測試交流信號和同步參考交流信號； 所述接收機(jī)，用以： 接收外部的一接收探頭中感應(yīng)到的同步參考電壓信號和測試電壓信號； 響應(yīng)所述數(shù)據(jù)采集卡的信號，將該同步參考電壓信號和測試電壓信號處理后傳輸至所 述數(shù)據(jù)采集卡； 所述同步參考電壓信號與所述同步參考電流信號對應(yīng)，所述測試電壓信號與所述測試 交流信號對應(yīng)； 所述數(shù)據(jù)采集卡，用以： 由外部一測距輪的脈沖信號觸發(fā)，采集所述接收機(jī)處理后傳輸而來的信號，并上傳至 所述主控計(jì)算機(jī)； 其中，所述接收機(jī)包括鎖相放大器，經(jīng)所述接收線圈感應(yīng)到的測試電壓信號和同步參 考電壓信號經(jīng)所述鎖相放大器提取處理后輸入到所述數(shù)據(jù)采集卡； 所述發(fā)射機(jī)包括信號源和功率放大器，所述信號源用以產(chǎn)生所述交流信號；所述功率 放大器用以對所述測試交流信號進(jìn)行功率放大，并將所述同步參考交流信號和放大后的測 試交流信號傳輸至所述發(fā)射探頭，使之實(shí)現(xiàn)電磁波信號的發(fā)射。
2. 如權(quán)利要求1所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：所述信號源包括低功 耗單片機(jī)、DDS芯片、低通濾波器和反相器，所述低功耗單片機(jī)、DDS芯片、低通濾波器和功 率放大器依次連接，從而通過所述功率放大器輸出所述測試交流信號；所述低功耗單片機(jī)、 DDS芯片和反相器依次連接，從而通過所述反相器輸出同步參考交流信號。
3. 如權(quán)利要求1所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：所述功率放大器包括前 置放大電路、功率放大電路和穩(wěn)壓電源，所述交流信號依次經(jīng)過所述前置放大電路和功率 放大電路實(shí)現(xiàn)放大，從而通過所述功率放大電路輸出，所述穩(wěn)壓電源分別與所述前置放大 電路和功率放大電路連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：所述鎖相放大器包括信 號通道、參考通道和雙相關(guān)處理電路，所述測試電壓信號經(jīng)所述信號通道輸入所述雙相關(guān) 處理電路，所述同步參考電壓信號經(jīng)所述參考通道輸入所述雙相關(guān)處理電路，從而經(jīng)所述 雙相關(guān)處理電路的提取處理后輸出。
5. 如權(quán)利要求4所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：所述雙相關(guān)處理電路包 括同相相關(guān)器和正交相關(guān)器，所述同相相關(guān)器的兩個(gè)輸入端分別連接至所述參考通道和信 號通道，所述正交相關(guān)器的兩個(gè)輸入端分別連接至所述參考通道和信號通道，所述同相相 關(guān)器和正交相關(guān)器的輸出端分別連接同相分量輸出端口和正交分量輸出端口，所述同相分 量輸出端口和正交分量輸出端口與所述數(shù)據(jù)采集卡連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：所述同相相關(guān)器和正交 相關(guān)器均包括串聯(lián)的乘法器和低通濾波器，每個(gè)所述乘法器的兩個(gè)輸入端分別連接至所述 參考通道和信號通道，兩個(gè)所述乘法器的輸出端分別連接對應(yīng)的所述低通濾波器的一端， 所述同相相關(guān)器中的所述低通濾波器的另一端連接所述同相分量輸出端口，所述正交相關(guān) 器中的所述低通濾波器的另一端連接所述正交分量輸出端口。
7. 如權(quán)利要求6所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：所述同相相關(guān)器中的所 述低通濾波器的另一端還連接一矢量運(yùn)算器；所述正交相關(guān)器中的所述低通濾波器的另 一端還連接所述矢量運(yùn)算器。
8. 如權(quán)利要求4所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：所述參考通道上設(shè)有過 零整形電路、諧波電路、細(xì)調(diào)相儀器和鎖相電路，所述同步參考電壓信號依次經(jīng)過零整形電 路、諧波電路、細(xì)調(diào)相儀器和鎖相電路后輸入所述雙相關(guān)處理電路。
9. 如權(quán)利要求1所述的PCCP鋼絲斷絲探測主機(jī)，其特征在于：還包括電源監(jiān)控模塊， 所述電源模塊包括充電器、檢測電阻和蓄電池監(jiān)控芯片，所述蓄電池監(jiān)控芯片分別與一蓄 電池和檢測電阻連接，所述充電器和檢測電阻均與所述蓄電池連接，所述蓄電池監(jiān)控芯片 還通過單片機(jī)與所述主控計(jì)算機(jī)連接。
【文檔編號】G01N27/90GK204255901SQ201420583548
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】田華, 彭正輝, 徐進(jìn), 王春和, 朱今祥, 吳燕民, 錢明, 吳國芳, 于符靜, 扈羅全, 杜澤, 許曉東, 王娜 申請人:蘇州混凝土水泥制品研究院有限公司, 信息產(chǎn)業(yè)部電子第二十二研究所青島分所