脉冲回波法在工程混凝土检测中的应用研究__墨水学术,论文发表,发

所属栏目：自动化论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:156

副标题#e#摘要：
　　在以往的工程施工当中，传统的混凝土缺损的无损检测方式军都受到了一定的环境和条件的限制。而一种新的检测方法却克服了这些限制，它就是脉冲回波法，它是一种新型超声检测的方法，其基本的原理就是根据仪器所发的弹性波在物体内部所产生的振动，从而利用振动的共振频率去计算混凝土缺陷的位置以及所检测物体的厚度。近年以来，此种方法在国外已经得到了广泛的应用，它是西欧国家在检测混凝土的缺陷时不可缺少的方法，可是在国内却未见到多少应用。
　　
　　关键词：脉冲回波；工程；混凝土检测；
　　
　　一、脉冲回波的发展综述
　　脉冲回波法，是上个世纪80年代的中期。由美国Conell大学和国家标准技术研究院共同提出的一种新型的无损检测方法。此种方法的基本原理就是根据弹性波在物体内部所产生的振动共振频率并计算缺陷位置以及物体的厚度，对于单面的混凝土结构，其精确的检测厚度可达2m以内的砼厚度以及内部的缺陷(如离析、蜂窝、空等等)，近年以来脉冲回波检测法在国外得到了广泛的应用，它成为了西欧国家检测混凝土砼的缺陷时不可或缺的有效检测方法。如加拿大的马尔霍察曾在1984年的国际现场混凝土无损检测会议时在其论文的综述当中，把脉冲回波检测法列为当今“最有发展前途的现场检测方法之一。到了80年代末期，美国的M．Sansalone与N．J．Carino在其所作的频率域内对冲击的反射回波进行的分析研究过程当中，取得了突破性的进展，从而使该脉冲回波检测法进入实用的阶段，在1992年，世界上第一台冲击反射测试系统出世，被命名称为DOCTER。而在我国的国内，位于南京的水利科学研究院也对此项技术进行了一定研究。
　　二、脉冲回波的仪器设备
　　RS—UT01C型岩体声波仪，该声波仪器拥有轻便、操作简单、数据、波形存贮以及现场数据处的理功能，检测的过程当中能即时的发现砼内部的缺陷。主要仪器的参数有采样间隔为20(μs)，采样的长度为1024，激发方式为信号的触发，前置放大器频带为10Hz~50kHz，放大的倍率为1～10倍。接收器为带前置放大的换能器，频带宽为几十赫兹至17kHz，采用黄油和砼表面耦合。激发采用15～30mm直径的小榔头轻击砼表面产生脉冲应力波。
　　三、脉冲回波法检测原理
　　在脉冲回波法检测当中，通过用机械的冲击在砼的表面施加一个短周期的应力脉冲，而该应力脉冲由压缩波(纵波P)，剪切波(横波S)和瑞利波(R)所组成。P波S波沿圆形的波阵面传人试验体当中，R波沿的表面传播，当P波(这里仅利用P波，由于P波所能引起的表面位移比S波要大得多)在传播的过程当中遇到缺陷或是边界(底面)之时，因为其波阻抗的差异，应力波就在这些界面发生了反射，而且差异的越大，反射的就越强。当波在砼表面和界面或是缺陷之间能产生往复的反射时，就将引起砼表面的微小位移与之响应，而接收这种响应并且对其进行频谱的分析就可以获得所要的频谱图，在频谱图上突出的峰就是应力波在砼表面和底面以及缺陷之间来回反射所形成的，而根据频率的峰值变化就可以判断出有无缺陷以及计算出缺陷的埋深(h)。因此在靠近了冲击点所载之处接收到的波，其传播的路径就是块厚(h)的2倍，而其周期也就等于其传播的路径(2h)除以P波速度V(V可以通过实测或是依据已知的厚度来反算)，而频率则是周期的倒数，故此频谱图上和厚度(或是深度)相应的峰值频率为f=V/2h，从而就得到了界面的厚度(或是埋深)h=V/2f。
　　脉冲回波的检测方法是较为简单的，它不受场地以及旁侧的影响，一般的都采取激发源和接收器同步沿测线移动的点测方式进行，激发源和接收器之间的距离一般为5～8cm，测量点距为10～30cm。
　　基本的处理步骤如下；①原始的波形回放；②进行快速傅里叶变换(FFT)，得到测点的频谱图；③依据频谱图频率主峰变化，确定#p#副标题#e#是否存在着缺陷；④最后要将缺陷的范围、埋深标注在平面图上。
　　三、脉冲回波法检测法中时域检测原理
　　在无限大介质中，声波传播规律满足公式：
　　δ2Φ/δx2=1/V2p*δ2Φ/δt2
　　(Φ：波传播函数；x：波传播位移；Vp：波速；t：波传播时间)
　　R=P2V2-P1V1/
　　波在传播的过程当中，遇到阻碍抗界面之时，就会产生反射的纵波与透射的纵波两种不同的波。，其反射系数为：
　　（R：反射系数；P2、P1：两个介质的密度；V2、V1：两个介质当中总波动波速）
　　由此可见：
　　（1）只要，P2V2不等于P1V1并且R也不等于0时就一定的存在着反射波。
　　（2）当P2V2大于P1V1，并且R也大于0时反射波和入射波的相位相反，就说明存在着半波损失；
　　（3）当P2V2小于P1V1，并且R也小于0时反射波和入射波的
　　Sinθ1/V1=sinθ1/V2=P
　　相位相一致。
　　依据于斯奈尔定律：
　　（θ1、θ1：入射角和反射角；V1、V2：两介质速度；P：射线参量)
　　当声波沿着法线方向入射之时，反射波也会沿法线的方向返回，并且只反射纵波与透射纵波，因为发射与接收的偏移距约等于零，这就避免了因为波型而发生转换，从而导致分析困难的问题。而且因为只要存有，一定的深度与规模的缺陷时，就会生成反射波，这就把混凝土缺陷的判断准确性极大的提高了。
　　在实际的工作当中，测出的混凝土纵波的波速VP之后，就可以用公式：
　　H=VP*t/2
　　（H：混凝土缺陷埋深；VP：纵波波速；t：波双程传播时间）
　　来计算混凝土的顶界面的埋深。
　　四、频域检测原理
　　脉冲回波法频域检测原理就是基于瞬态的应力波应用在混凝土的一种无损检测技术；当向混凝土的表面施加一瞬的时应力波时，波沿波阵面传人混凝土中，如遇到外部的边界或是缺陷所引起的波阻抗变化时就会产生反射现象，波反射到表面之后又一次的入射到混凝土当中，形成了瞬时的资料分析和解释主要根据波形特征，振幅特征、波谱特征来分析，一条声波的记录反映了震源以及介质的特点，介质对声波的吸收会使声波的能量衰减，振幅减小、视周期变大，且介质的不均匀性会使声波产生频散、反射、透射、衍射现象等；当缺陷引起的反射波被检波器接收之后，一般情况下反射波和入射波的相位相同，同时也会使波形视周期变大。波动的现象一般都和频率密切相关，由于介质的吸收作用，反射波频率均较低，所以对声波的记录进行频谱分析也是识别缺陷的重要手段。
　　结论：
　　脉冲回波法在对混凝土进行检测时，所要求的环境相对较低，而且其所受钢筋的影响也较小，检测的效果好，检测的深度大；而对于隧道当中钢筋混凝土的衬砌，水利工程中的混凝土大坝，堆石坝的混凝土面板，桥梁砼体等等。随着我国的基础设施大量的施工，该方法也必然的将获得更加广泛的应用。
　　参考文献：
　　[1]顾轶东.林维正.苏勇．冲击一回波法测量混凝土厚度与缺陷[J]．声学技术，1999，18(2)：66—69．
　　[2]Ytin，TLion，CMSiao．Recentdevelopmentsintheimpact—echotechniquefornondestructiveevaluationofconcretestructures[C]．1996，14thWCNDT．
　　[3]罗骐先.傅翔，宋人心.冲击反射法检测混凝土内部缺陷与厚度的研究[J]．施工技术，1997，(6)：25—27．
　　[4]罗骐先.傅翔.宋人心.等．检测混凝土内部缺陷与厚度的冲击反射法及测试系统[J]．公路，2001，(3)：57—6O．