樁基成孔智能檢測(cè)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

陳曦鳴，朱克亮，吳自明，王震海，徐 寧

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司，安徽 合肥 230001)

0 引 言

混凝土土灌注樁是當(dāng)前變電站和線路工程常用的地基處理方式，成孔質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求直接關(guān)系到混凝土澆筑成樁質(zhì)量，對(duì)上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起到?jīng)Q定性的作用[1]。目前，規(guī)范當(dāng)中對(duì)于樁基成孔之后灌注混凝土之前的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)方法基本依賴于人工檢驗(yàn),樁基成孔質(zhì)量的驗(yàn)收控制精準(zhǔn)度達(dá)標(biāo)存在很大的局限性與不足。距離精準(zhǔn)度的指標(biāo)控制還有很大差距，建設(shè)管理存在很大的技術(shù)盲區(qū)[2]。如何方便、快速、精準(zhǔn)地測(cè)出各項(xiàng)指標(biāo)，克服上述問(wèn)題的局限性和不足，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以圖形形式把成孔及其各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)顯示出來(lái)成為關(guān)鍵。因此，對(duì)樁基成孔質(zhì)量進(jìn)行智能判別的研究顯得非常重要。

1 樁基檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

利用超聲波法進(jìn)行樁基成孔質(zhì)量檢測(cè)[3-5]，系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)成孔傾向和傾角、孔深、孔徑、垂直度、沉渣厚度、泥漿指標(biāo)等參數(shù)采樣，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳至檢測(cè)儀數(shù)據(jù)分析軟件，以圖文并茂方式再現(xiàn)數(shù)字化參數(shù)，并實(shí)時(shí)給出成孔質(zhì)量分析結(jié)果。經(jīng)檢測(cè)儀采集的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊同時(shí)同步到在線檢測(cè)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)同步存檔功能的同時(shí)，采用大數(shù)據(jù)分析在線矯正單一設(shè)備分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。云平臺(tái)支持多用戶分權(quán)限登錄，滿足監(jiān)理單位、施工單位、業(yè)主等多方人員同步實(shí)時(shí)獲取檢測(cè)結(jié)果。

1.1 檢測(cè)技術(shù)的基本原理

對(duì)于超聲波檢測(cè)，其檢測(cè)原理是根據(jù)孔的大小和規(guī)格要求選擇適當(dāng)數(shù)量的聲測(cè)管，超聲波發(fā)射和接收換能器水平預(yù)置在聲測(cè)管中，超聲波發(fā)射一定頻率的電脈沖，通過(guò)發(fā)送換能器轉(zhuǎn)換成聲波，聲波到達(dá)孔壁后被反射回來(lái)，接收換能器接收帶有關(guān)混凝土材料的性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成成分的聲波信號(hào)，再由接收換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后實(shí)時(shí)傳送到儀器進(jìn)行收集，然后對(duì)主要的聲學(xué)物理，例如傳輸時(shí)間，聲音振幅和頻率進(jìn)行分析和處理，進(jìn)一步判定孔徑(槽寬)、孔(槽)深、孔(槽)壁垂直度[6]。

1.2 檢測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)成

樁基成孔質(zhì)量智能檢測(cè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括檢測(cè)裝置，絞車提升機(jī)構(gòu)，控制分析終端，系統(tǒng)平臺(tái)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

1.2.1 檢測(cè)裝置

檢測(cè)裝置主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括超聲波探頭，鉆孔攝像頭。超聲波探頭對(duì)準(zhǔn)孔內(nèi)任一點(diǎn)垂直方向下降，脈沖信號(hào)發(fā)生器在超聲波探頭下降期間將一系列電脈沖發(fā)送至發(fā)射換能器的壓電體，隨之壓電體將該電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲脈沖并進(jìn)行發(fā)射。它經(jīng)過(guò)泥漿后被鉆孔側(cè)壁反射回去，由接收器接收后再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)上傳到服務(wù)器。而鉆孔攝像頭在干孔內(nèi)部進(jìn)行圖像采集，高清圖像信息回傳至服務(wù)端，能夠輔助相關(guān)人員對(duì)巖層分布情況和充盈系數(shù)進(jìn)行分析。

1.2.2 絞車提升機(jī)構(gòu)

絞車提升模塊需兼有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，速度可調(diào)。主機(jī)通過(guò)控制箱供電，當(dāng)電力中斷時(shí)可保存當(dāng)前測(cè)試數(shù)據(jù)，通電后數(shù)據(jù)不丟失。在將超聲波探頭和鉆探攝像機(jī)下降到待檢測(cè)泥漿上部至底部的過(guò)程，記錄孔的側(cè)壁在兩個(gè)或四個(gè)方向上的表面狀態(tài)信號(hào)。

1.2.3 控制分析終端

分析終端即服務(wù)器端，通過(guò)USB、串口或CAN總線等計(jì)算機(jī)通信方式對(duì)所述提升機(jī)構(gòu)發(fā)送指令，控制電動(dòng)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，控制檢測(cè)儀器探頭或相關(guān)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集等，并可同步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算各測(cè)點(diǎn)孔徑值、偏移值和垂直度和沉渣厚度。根據(jù)超聲波探頭傳輸?shù)某暡ǖ陌l(fā)射信號(hào)被接收的反射信息經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊放大、濾波等信號(hào)處理后傳至數(shù)據(jù)記錄模塊，記錄整個(gè)鉆孔的孔壁曲線，因?yàn)槌暡ㄔ诠潭ń橘|(zhì)中是以固定的傳播速度進(jìn)行傳輸，因此可以假設(shè)超聲波的探頭到孔壁的距離為L(zhǎng)，超聲波在泥漿中傳播速度為V，并且測(cè)得的實(shí)際超聲波發(fā)射和接收的時(shí)間差為t，則距離可以根據(jù)公式L=1/2V·t得到。通過(guò)超聲波探頭在垂直方向上進(jìn)行不同深度方向的截面尺寸的測(cè)量，然后由數(shù)據(jù)記錄模塊同步繪制出各方向孔(槽)壁形態(tài)圖。通過(guò)記錄的形態(tài)圖中的結(jié)果分析鉆孔直徑和垂直度等基本參數(shù)，通過(guò)超聲波探頭傳輸?shù)某暡ǖ念l譜信息，分析孔底入巖深度，沉渣厚度，護(hù)壁泥漿質(zhì)量等結(jié)果。通過(guò)鉆孔攝像頭回傳的孔壁圖像，樁身砼充盈系數(shù)判斷進(jìn)行輔助性驗(yàn)證，對(duì)需要驗(yàn)收的巖石錨桿基礎(chǔ)、人工挖孔基礎(chǔ)等關(guān)系到成孔質(zhì)量的工藝進(jìn)行可視化驗(yàn)證。

1.2.4 系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)平臺(tái)包括樁基觸摸屏終端和瀏覽器云端管理平臺(tái)，以圖形化方式實(shí)時(shí)顯示傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)，如下降深度、當(dāng)前位置孔徑等，動(dòng)態(tài)繪制數(shù)據(jù)曲線，并對(duì)檢測(cè)異常情況進(jìn)行圖像及聲音報(bào)警，并預(yù)留第二階段樁身完整性檢測(cè)的接口。另一方面，系統(tǒng)平臺(tái)包含本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并存儲(chǔ)，根據(jù)測(cè)量時(shí)間、地點(diǎn)、成孔編號(hào)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組標(biāo)記，以便數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)后臺(tái)集中管理。管理員可以通過(guò)軟件圖形用戶界面，使用觸屏或鼠標(biāo)方便快捷地對(duì)檢測(cè)儀器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如對(duì)待檢測(cè)成孔進(jìn)行編號(hào)、配置檢測(cè)儀器標(biāo)定參數(shù)、配置設(shè)備運(yùn)行模式、設(shè)定檢測(cè)項(xiàng)目等，且所有設(shè)置參數(shù)可持久化存儲(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)處理算法設(shè)計(jì)

2.1 超聲波孔底沉渣信號(hào)濾波

對(duì)樁基檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波可以提高回波信號(hào)的信噪比，是數(shù)據(jù)信號(hào)處理的第一步。在測(cè)量鉆孔沉渣厚度時(shí)，由于對(duì)測(cè)量精度的要求比較高，需要抑制噪聲以提高濾波時(shí)信號(hào)的信噪比，而且還要求不要引入其他干擾信號(hào)。

目前，Gabor變換在生物、地震、語(yǔ)音、電網(wǎng)瞬變、電路放電等類信號(hào)的應(yīng)用中都具有很好的時(shí)頻局部化特性，另一方面，在生物識(shí)別、邊緣檢測(cè)、數(shù)據(jù)壓縮、圖像處理和機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域應(yīng)用中[7-10]，可以兼顧信號(hào)在時(shí)域和頻域中的分辨能力。文中采用Gabor變換提取樁基檢測(cè)信號(hào)的局部頻域和時(shí)域信息，提高濾波系統(tǒng)魯棒性。

文中采用的超聲波換能器中心頻率為100 kHz，采樣頻率為2 MHz，采樣間隔為0.5 μs。從圖2中觀察到沉渣與水界面(上界面)的回波，稱為一次回波，回波之后是較小的振幅回波，該回波是沉積物和孔壁底部(下部界面)處的反射波，稱之為二次回波?？梢杂^察到，如果發(fā)射功率過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生多次回波影響判斷。如果發(fā)射功率降低，則二次回波衰減明顯，主要是因?yàn)槌猎鼘?duì)超聲的衰減比較大。

圖2 護(hù)臂泥漿懸濁液中波形情況

文中經(jīng)過(guò)設(shè)置Gabor濾波器的各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行了f0為100 kHz濾波結(jié)果分析，結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，已經(jīng)減少了濾波后信號(hào)中的噪聲，并且在消除有效信號(hào)之間的靜止區(qū)域波動(dòng)的同時(shí)，可以很好地恢復(fù)源信號(hào)。濾波處理，可以為后續(xù)的弱信號(hào)增強(qiáng)、首波檢測(cè)提供基礎(chǔ)。

圖3 f0=100 kHz的Garbo濾波的結(jié)果

2.2 超聲回波中的首波檢測(cè)

超聲檢測(cè)時(shí)，超聲波會(huì)在泥漿與沉渣的界面進(jìn)行一次反射，經(jīng)過(guò)沉渣與桶底的時(shí)候會(huì)進(jìn)行第二次反射，通過(guò)檢測(cè)兩次反射波的時(shí)間差，即可算出孔底部的沉渣厚度。假設(shè)沉渣上下界面的反射波時(shí)差為t，沉渣中傳播速度為v(固定速度)，則沉渣的厚度為d=1/2vt。因此，只要分別確定超聲波在上下兩個(gè)界面反射回波的首波位置，就可根據(jù)公式計(jì)算出沉渣的厚度[11-12]。

首波是聲波的頭波，其與隨后的波一起形成整個(gè)波列。首波是聲波的開(kāi)始的象征，在分層媒介的檢測(cè)中，其到達(dá)時(shí)間通常用于計(jì)算各層之間的時(shí)間差。因此，在基于聲波的傳播時(shí)間的檢測(cè)中，最重要的是提取首波。首波的檢測(cè)精度直接決定了時(shí)間差測(cè)量的準(zhǔn)確性。由于首波幅度通常很小，造成了提取困難，很容易與系統(tǒng)噪聲混淆，在高頻超聲波測(cè)量中檢測(cè)首波更加困難。

文中通過(guò)閾值法進(jìn)行首波的判定。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)分析與驗(yàn)算，設(shè)置一個(gè)閾值即為首波的判定閾值，如果檢測(cè)的信號(hào)幅度小于閾值，則認(rèn)為該信號(hào)是噪聲信號(hào)。如果信號(hào)幅度大于閾值，則將該信號(hào)視為聲波信號(hào)，而第一個(gè)大于該預(yù)設(shè)閾值的即為首波。為了防止由大于閾值的單個(gè)噪聲變化引起的誤判，使用大于閾值的多個(gè)連續(xù)信號(hào)幅度來(lái)確認(rèn)首波。而回波依據(jù)首波來(lái)進(jìn)行界定，如圖4所示。

圖4 通過(guò)首波檢測(cè)確定回波采樣點(diǎn)位置

3 樁基檢測(cè)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，分為機(jī)械部分、電子硬件部分和軟件部分[13]。機(jī)械包含絞車、滑輪等；電子硬件部分包含各個(gè)電路控制板、電機(jī)、編碼器等；軟件包含服務(wù)器端、C/S系統(tǒng)客戶端和B/S系統(tǒng)客戶端，主要包括以C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的底層硬件驅(qū)動(dòng)程序和平板電腦端應(yīng)用程序。用戶與上位機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互，控制電機(jī)運(yùn)行和樁基參數(shù)數(shù)據(jù)采集與傳輸，上位機(jī)對(duì)樁基參數(shù)進(jìn)行保存及顯示。整個(gè)系統(tǒng)采用RS485通訊，完成控制命令及數(shù)據(jù)傳輸。其中上位機(jī)和下位機(jī)軟件可單獨(dú)調(diào)試，提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率，靈活性更強(qiáng)。

3.1 下位機(jī)底層軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件以代碼調(diào)試器，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)硬件接口的驅(qū)動(dòng)和控制和上位機(jī)的通訊交互。在考慮系統(tǒng)工作所需的時(shí)效性、安全性、穩(wěn)定性，以及MCU片容量大小限制等因素的情況下，采用STM32F405RGT6處理芯片，下層計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)使用中和輪詢的前端和后端模式。有效利用低功耗的高效中斷處理，確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作[14]。

工作流程如圖5所示。下位機(jī)模塊上電后，首先啟動(dòng)程序初始化，完成MCU片上寄存器和系統(tǒng)控制單元的初始化，常規(guī)端口功能配置，中斷模塊配置以及每個(gè)變量的初始化定義；初始化工作完成后進(jìn)入狀態(tài)檢測(cè)，判定成孔狀態(tài)，依據(jù)干孔或濕孔進(jìn)行樁基參數(shù)測(cè)量。當(dāng)檢測(cè)完成后，記錄X、X'、Y、Y'的值，根據(jù)幾何知識(shí)計(jì)算可得孔徑信息。當(dāng)樁孔傾斜時(shí)，傳感器在下降過(guò)程中會(huì)偏離孔位的中心。假定從樁孔的中心位置O'到傳感器位置O的距離是樁基礎(chǔ)偏差。根據(jù)樁基偏移距離可以計(jì)算得到樁基偏移距離和傾斜角度，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)矯正。首次采樣時(shí)，上位機(jī)終端將樁基參數(shù)和儀器參數(shù)信息發(fā)送給下位機(jī)，同時(shí)發(fā)送采樣指令，完成儀器的功能驅(qū)動(dòng)和變量參數(shù)設(shè)置，然后驅(qū)動(dòng)探針到達(dá)樁底并等待上位機(jī)終端反饋指令進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完成后由六軸傳感器進(jìn)行參數(shù)矯正，最后數(shù)據(jù)打包上傳，下位機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。由此流程就由上位機(jī)端控制，進(jìn)入絞車控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)檢測(cè)裝置位置觸發(fā)、數(shù)據(jù)上傳處理分析的循環(huán)工作中。

圖5 下位機(jī)軟件工作流程

3.2 上位機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 自動(dòng)判別算法設(shè)計(jì)

檢測(cè)數(shù)據(jù)的首波聲時(shí)、聲幅參數(shù)的準(zhǔn)確判讀是超聲波樁基成孔檢測(cè)的首要問(wèn)題，本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的處理分析工作集中在客戶端。文中在閾值判別的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了自動(dòng)閾值判讀法[15]，通過(guò)預(yù)設(shè)一個(gè)幅值閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)首波自動(dòng)識(shí)別。在前期大量的實(shí)驗(yàn)分析中得到不同沉渣厚度范圍下的聲波閾值參數(shù)，預(yù)設(shè)的閾值通過(guò)在聲波波形進(jìn)行標(biāo)定，程序?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行消零處理，采集數(shù)據(jù)的絕對(duì)值與該預(yù)定閾值進(jìn)行匹配，得到并記錄首個(gè)大于該閾值的第一組數(shù)據(jù)的序列號(hào)，并向前搜索第一個(gè)零交叉點(diǎn)，將其記錄為首波的時(shí)間點(diǎn)并確定首波幅值點(diǎn)。自動(dòng)閾值判定法不再需要手動(dòng)對(duì)聲波波形進(jìn)行閾值的光波標(biāo)定，進(jìn)而進(jìn)行人工首波的篩查。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，自動(dòng)閾值判讀程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單，且不會(huì)因采集波形前端畸變帶來(lái)的干擾從而造成人工誤判情況，可以完全滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)換能器的要求，提高了判定速度和識(shí)別精度。

3.2.2 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

人機(jī)交互應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)使用的是模型—視圖—控制器模式，其中模型用來(lái)表明業(yè)務(wù)規(guī)則，視圖是用戶看到的界面，控制器是接受輸入數(shù)據(jù)并完成任務(wù)要求。每個(gè)顯示界面都由基本的活動(dòng)組件加上配置文件組成，通過(guò)不同的適配器將外部數(shù)據(jù)綁定到組件上，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前事件的處理，完成現(xiàn)實(shí)操作控制。在每個(gè)組件定義相應(yīng)的回調(diào)方法，實(shí)現(xiàn)不同界面之間的跳轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)交換[16]。

在考慮實(shí)際進(jìn)行樁基檢測(cè)可便操作性后，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單直觀的交互界面。如圖6所示的主操作界面，可以實(shí)現(xiàn)絞車控制、探頭上升下降控制、實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)、聲波圖形查看等基本工作，除主操作界面外，還有參數(shù)設(shè)置界面，可以進(jìn)行探頭參數(shù)、絞車參數(shù)、判定閾值參數(shù)等的設(shè)置與修改。文件管理界面可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查看和導(dǎo)出。波形查看界面可以更直觀地看到檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史查看。

圖6 樁基成孔服務(wù)端界面

3.3 軟件交互接口協(xié)議設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)的交互過(guò)程中，需要充分保證通信的穩(wěn)定性和可靠性，以確保對(duì)指令的無(wú)誤操作和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確接收。在實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議基本功能和不影響通訊的效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔的接口協(xié)議[17]。在接口協(xié)議設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收解析。本系統(tǒng)使用表1中數(shù)據(jù)的完整幀格式，充分考慮了干擾或其他因素引起的誤碼影響。

表1 通訊協(xié)議帖格式

傳輸數(shù)據(jù)按照通信協(xié)議幀格式，還需在數(shù)據(jù)段收尾加上諸如數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和校驗(yàn)碼等字段，以便于接收者進(jìn)行數(shù)據(jù)解析。發(fā)送數(shù)據(jù)前，對(duì)封裝后的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，并將校驗(yàn)值寫(xiě)入傾斜校驗(yàn)字段。接收到數(shù)據(jù)幀后，按照相同格式檢查接收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而分析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中還需要設(shè)置一定的等待時(shí)間和重傳次數(shù)限制，來(lái)保障通信率，避免丟包或者重傳。接收器需要在最大等待時(shí)間內(nèi)確認(rèn)或拒絕該數(shù)據(jù)幀。只有在接收到確認(rèn)幀之后，才進(jìn)行下一次傳輸。否則，認(rèn)為該幀數(shù)據(jù)丟包，需要被重發(fā)，并且設(shè)置相應(yīng)的重發(fā)次數(shù)標(biāo)志。當(dāng)重發(fā)次數(shù)累加到一定閾值后，將該消息上傳上位機(jī)，進(jìn)行錯(cuò)誤提示。

整個(gè)流程中樁基觸摸屏終端首先向絞車模塊控制終端發(fā)送啟動(dòng)控制指令，啟動(dòng)絞車運(yùn)行。在絞車運(yùn)行過(guò)程中，樁基觸摸屏終端可以下發(fā)讀深度指令至絞車模塊控制終端及下發(fā)讀孔徑指令至數(shù)據(jù)采集模塊控制終端，以上過(guò)程無(wú)需反饋。當(dāng)數(shù)據(jù)采集模塊控制終端到達(dá)樁底時(shí)，需要主動(dòng)向C申請(qǐng)停止，同時(shí)樁基觸摸屏終端必須給與停止反饋。當(dāng)樁基觸摸屏終端需要主動(dòng)結(jié)束絞車模塊控制終端，則同時(shí)需要絞車模塊控制終端反饋是否收到結(jié)束指令。在限定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到回復(fù)內(nèi)容的，需要重發(fā)指令并適當(dāng)?shù)慕o出報(bào)警指示。

4 實(shí)驗(yàn)仿真與模擬

在樁基成孔模擬檢測(cè)時(shí)，采樣頻率設(shè)定為100 Hz，信號(hào)增益設(shè)定為自動(dòng)增益。超聲波傳感器浸入鉆井泥漿中，傳感器探頭同時(shí)對(duì)四個(gè)方向上發(fā)射超聲波。超聲波在泥漿中傳播后遇到孔壁時(shí)被部分反射回來(lái)，經(jīng)接收器接收。通過(guò)時(shí)間差和傳播速度計(jì)算得到孔壁的距離，并將其記錄在顯示屏上。圖7為連續(xù)的測(cè)試記錄形成的孔徑圖像。結(jié)果顯示該孔的工程樁身總長(zhǎng)20.4 m，沉渣厚度5 m，最小直徑77 mm,最大傾斜度1%，試驗(yàn)測(cè)得結(jié)果與實(shí)際結(jié)果一致。

圖7 上位機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)界面

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前缺乏先進(jìn)準(zhǔn)確的成孔質(zhì)量檢測(cè)儀器的現(xiàn)狀，提出成孔質(zhì)量的超聲波檢測(cè)方法，并圍繞超聲信號(hào)在樁基檢測(cè)過(guò)程中的信號(hào)濾波、波形增強(qiáng)和首波檢測(cè)等問(wèn)題開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作。設(shè)計(jì)了智能硬件檢測(cè)電路和人機(jī)交互操作系統(tǒng)，形成了一套智能超聲樁基成孔檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，使施工人員通過(guò)便攜式智能設(shè)備更加全面、專業(yè)、直觀地獲取到成孔質(zhì)量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)判別。最后，系統(tǒng)將進(jìn)一步改進(jìn)檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)更多種類的成孔質(zhì)量參數(shù)的檢測(cè)，為建設(shè)管理提供強(qiáng)力有效的技術(shù)支撐。