混凝土排水管道声纳无损检测系统研究

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发布时间：2021-09-19

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混凝土排水管道声纳无损检测系统研究
付立彬，付晓彦。，刘明堂。，李黎
(1．黄河科技学院工学院，河南郑州450006；2．郑州市财政局投资评审中心，河南郑州450005；
3．华北水利水电学院信息工程学院，河南郑州450011；
4．黄河水利科学研究院高新工程技术研发中心，河南郑州450003)
摘要：声纳无损检测系统以DSP为硬件平台，利用多通道模拟量输入模块对多基元声基阵检测的特征信息进行集中
采集并处理，将已处理的数据传输到上位机，并能在上位机上直观显示混凝土管道腐蚀情况和相应位置，最后完成对此
数据的有效存储。经实验室模拟和现场实际测量，该系统基本满足混凝土排水管道腐蚀检测的要求，并且性能稳定，操
作方便。
关键词：混凝土管道；声纳技术；无损检测；DSP；声基阵
中图分类号：TP216 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．09．043
对混凝土排水管道的腐蚀情况进行检测与评估，可以为排
水管道维修改造工作提供决策依据。但是，用常规的检测方法
很难对污染性管道的性能和结构的腐蚀程度进行量化，因此选
择简便而可信度较高的方法进行检测具有重要的现实意义。
目前，我国对管道内部腐蚀情况的掌握通常采用外部检测
技术，国外已开发应用了智能爬行机(Smart Pig)对管道的内腐
蚀进行检测，这是将最初只具有清管功能的爬行机与检测技术
的一种创造性的结合。
对于内部有流水的混凝土管道，可采用声纳检测。排水管
道扫描声纳安装在特殊梭型漂浮装置上，利用水中声波对水下
环境结构进行扫描探测，并将排水管道的各种机械变形、缺陷、
沉降、错位、断裂、淤堵反映到操控器屏幕上，有效免除潜水员
进入管道检测的安全风险。
1 声纳检测原理
声波脉冲实质上是声检测仪中压电晶体的压电效应产生
的机械振动发出能在介质中传播的声波。声波检测的基本原
理：声波在介质中传播时，遇到不同界面将产生反射、折射、绕
射、衰减等现象，从而使传播的声时、波形、频率等发生相应变
化，测定这些变化规律，便可得到材料的某些性质与内部构造
情况。
对于声纳检测技术，声波的穿透能力与介质分层的分辨率
指标是最主要的。对于发射脉冲来说，这是一对相互矛盾的指
标，要提高声波的穿透能力，就要加大发射脉冲的长度，但同时
介质的分辨率就降低了；为了提高介质的分辨率，就要缩短发
射脉冲的长度，但是这无疑要降低底层的穿透能力。
综合考虑各方面的因素，拟采用声波检测技术将声波换能
器发射频率、辐射角度、分辨率和作用距离等系统参数进行优
化。将声波换能器做成点阵结构，利用声成像处理技术，把声
时、功率、频率等数据进行可视化处理，对管道底部的结构轮廓
进行测绘，生成三维图像，能直观地显示污水道底部的孔洞、较
大裂缝等破损状态，为管道维修提供依据。
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2 系统组成
检测系统拟采用50基元声换能器获取混凝土管壁腐蚀信
息，对已获取的数据和上位机进行数据通信，并在上位机上进
行处理，直观显示管道腐蚀情况和相应位置，最后完成对此数
据的有效存储。系统由声基阵信号采集模块、数据传输模块、
数据处理模块、数据显示模块、数据存储模块等组成，主要采用
声基阵传感器获取混凝土管壁腐蚀信息。
声基阵由50个超声换能器基元组成，其总的探测开角可
覆盖水道底面约2 m的线宽。密仓浮船内装有信号调理、信息
采集、传输设备及电源系统。推进器提供水下系统沿管道的扫
描检测推进力，使其能从人VI进入之后，一直检测到出口，并为
水下系统提供一定的浮力。根据系统实时性、准确性的考虑，
将系统分为水下和水上两个单元，中间用光