【摘 要】超超聲無損檢測技術(shù)由于具有穿透能力強、對人體無害、應(yīng)用范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確以及成本低等特點，成為國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高、發(fā)展最快的無損檢測技術(shù)。本文主要介紹了超聲法的基本理論，并針對應(yīng)用做了分析。

【關(guān)鍵詞】無損檢測；混凝土結(jié)構(gòu)；超聲檢測技術(shù)

隨著混凝土結(jié)構(gòu)的廣泛使用，其質(zhì)量檢測和性能評估是目前土木工程界迫切需要解決的問題。由于結(jié)構(gòu)混凝土無損檢測技術(shù)能反映結(jié)構(gòu)物中混凝土的強度、均勻性、連續(xù)性等各項質(zhì)量指標，對保證新建工程質(zhì)量，以及對已建工程的安全性評價等方面具有無可替代的重要作用，因而越來越受到人們的重視。

1 超聲檢測技術(shù)概述

超聲法是一種廣泛用于混凝土缺陷探測的方法，混凝土的物理力學(xué)性能與超聲波在其中的傳播速度及其他聲學(xué)參數(shù)有很好的相關(guān)性。超聲波的探測精度能滿足缺陷探測要求，但以目前的超聲儀及換能器，當(dāng)超聲波換能器正對測試時，在混凝土中的最大穿透距離只能達到10m左右，而當(dāng)換能器錯開一定距離時，穿透距離僅能達到2、3m。顯然超聲波換能器無法滿足長距離探測的要求。采用稀土超磁致伸縮材料制作的超磁致?lián)Q能器，具有發(fā)射功率大、發(fā)射頻率高、穿透距離遠、接收信號頻帶寬、重復(fù)性好、余振短等優(yōu)點，能夠同時兼顧到傳播距離及檢測分辨率，是一種理想的長距離探測震源。超磁致?lián)Q能器發(fā)射中心頻率為10-50kHz，處于可聞聲波及超聲波頻段。將超磁致?lián)Q能器和超聲波換能器發(fā)射產(chǎn)生的應(yīng)力波統(tǒng)稱為聲波。

目前，超聲探傷常用的缺陷分析判斷方法有經(jīng)驗法、數(shù)理統(tǒng)計法、數(shù)值判據(jù)法和模糊判別法。經(jīng)驗法，即依據(jù)超聲探傷的基本原理判別缺陷。其結(jié)果依賴于檢測人員的實踐經(jīng)驗，漏判和誤判嚴重。數(shù)理統(tǒng)計法簡單易行，但是只能對單個聲學(xué)參數(shù)進行統(tǒng)計意義上的判斷，且物理意義不明確。數(shù)值判據(jù)法須根據(jù)測試值建立合理的物理模型，經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理后，找出一個可能存在缺陷的臨界值作為判斷的依據(jù)。模糊判別法是計算各聲學(xué)參數(shù)相對于正常獲異常的隸屬度，然后將各個聲學(xué)參數(shù)加權(quán)平均得到綜合的相對于正?；虍惓５碾`屬度。由于測試分析方法本身的局限性，以上方法仍處于定性或半定量水平，都只對缺陷的定位具有一定精度，而對缺陷的大小、形狀及性質(zhì)難以給出定量的結(jié)果，從而給最終準確評價帶來困難。超聲波的頻率范圍為20kHz至15MHz，超聲發(fā)生器則是由產(chǎn)生超聲頻振蕩的電子線路和換能器(傳感器)組成。超聲層析的應(yīng)用范圍很廣，早在世界二次大戰(zhàn)期間，超聲層析在軍事監(jiān)測方向就獲得了比較滿意的效果，以后更廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)之中；此外，超聲層析在工業(yè)無損探傷方面用途也很廣。

2 超聲無損檢測技術(shù)在工程中的運用分析

超聲無損檢測屬于彈性波法。在各種無損檢測方法中，超聲無損檢測是當(dāng)前無損檢測工作中研究最活躍、發(fā)展最快的檢測方法。目前，超聲脈沖檢測技術(shù)已成為檢測工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要手段之一。其主要優(yōu)點是有效探測距離長，測試精度高，設(shè)備簡單且無污染。

將超聲技術(shù)技術(shù)應(yīng)用于混凝土質(zhì)量檢測中，其理論依據(jù)是混凝土的質(zhì)量與聲速有較好的相關(guān)性，首先在被測混凝土結(jié)構(gòu)物某斷面上，將測區(qū)劃分成網(wǎng)格，發(fā)射換能器在一側(cè)某點發(fā)射，接收換能器在另一側(cè)所有點上接收，使每個網(wǎng)格都有2條以上的測線通過，利用聲時通過反演技術(shù)獲得測區(qū)各部分的波速分布圖，從而確定缺陷區(qū)的位置、尺寸以及缺陷本身的波速，推斷缺陷的類型、強度等。

2.1 超聲無損檢測的基本原理

根據(jù)彈性波的運動學(xué)和動力學(xué)特征，彈性波層析成像方法可以分為兩大類：一是以運動特征為基礎(chǔ)的射線層析成像；二是以動力學(xué)特征為基礎(chǔ)的波動方程層析成像。

作為反演聲波穿透的射線層析成象，其基本思想是根據(jù)聲波的射線幾何運動學(xué)原理，將聲波從發(fā)射點到接收點的旅行時間表達成探測區(qū)域介質(zhì)速度參數(shù)的線積分，然后通過沿線積分路徑進行反投影來重建介質(zhì)速度參數(shù)的分布圖像。

混凝土聲波CT無損檢測技術(shù)就是根據(jù)聲波射線的幾何運動學(xué)原理，利用最先進的聲渡發(fā)射、接收系統(tǒng)，在被檢測塊體的一端發(fā)射，在另一端接收，用聲波掃描被檢測體，然后利用計算機反演成像技術(shù)，呈現(xiàn)被檢測體各微小單元范圍內(nèi)的混凝土聲波速度，進而對被檢測體作出質(zhì)量評價。

2.2 觀測系統(tǒng)布置

根據(jù)混凝上結(jié)構(gòu)物的形狀特點，對結(jié)構(gòu)物常用的測線布置方式為：白色點為接收點，黑色點為激發(fā)點。理論及實踐都證明，三側(cè)激發(fā)一側(cè)接收，所得反演效果最好。射線密度達到要求。一般檢測過程中測線都采用該方式布置，激發(fā)邊和接收邊道間距，1般在20-50cm范圍。在結(jié)構(gòu)物兩端的部份，可適當(dāng)加密激發(fā)點和接收點，以利于增加射線密度。根據(jù)結(jié)構(gòu)物的臨空面不同，可采用合適的測線布置。

2.3 觀測系統(tǒng)完備性評價

觀測系統(tǒng)完備是聲波CT結(jié)果可靠性的基本保障。觀測系統(tǒng)的完備性是通過單元的射線密度和射線正交性來衡量的。因此，射線密度和射線正交性就成了表征觀測系統(tǒng)完備性的I爵個重要指標，它們是觀測系統(tǒng)可靠性評價的有效方法。為保證聲波CT結(jié)果的可靠性和分辨率，要求研究區(qū)內(nèi)每個單元體內(nèi)的射線超過40條，同時要求每個單元體內(nèi)通過的射線其交角至少有一組大于60°，其交角的正弦值大于0.87。

2.4 后期成像

所用軟件為TDSoft的《工程CT》，該軟件有模塊化設(shè)計、文件格式要求清晰、處理速度快等優(yōu)點。軟件共有數(shù)據(jù)輸入、射線追蹤、速度反演三個主模塊和正交性分析一個輔助模塊組成。最后通過網(wǎng)格化、成圖、導(dǎo)出DXF格式等多個步驟的處理，最終得到混凝土聲波CT波速反演圖。

3 結(jié)語

無損檢測技術(shù)是以無損檢測手段探明被檢測體內(nèi)部缺陷的有無、大小、位置和性質(zhì)的專門技術(shù)。在工程中，需要根據(jù)工程構(gòu)件材料的性能和工程條件具體選擇恰當(dāng)?shù)臋z測方法。其中，彈性波方法是工程中最為常用的方法之一，特別適合混凝土構(gòu)件、巖土體等工程問題的無損檢測工作。射線理論和射線方法是研究彈性波傳播理論的重要方面之一，針對不同的工程材料和工程條件探索研究彈性波射線追蹤方法，對于許多工程問題的分析研究具有重要的意義。

參考文獻

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