声波透射法检测技术

声波透射法检测技术基本概念声波检测一般是以人为激励的方式向介质（被测对象）发射声波，在一定距离上接收经介质物理特性调制的声波（反射波、透射波或散射波），通过观测和分析声波在介质中传播时声学参数和波形的变化，对被测对象的宏观缺陷、几何特征、组织结构、力学性质进行推断和表征。声波透射检测技术则是以穿透介质的透射声波为测试和研究对象的。而我们所要研究的对象是大直径的灌注桩。声波发射系统向被测介质发射声波声波在介质（被测介质）中传播，介质对声波进行调制声波接收系统接收经介质传播的声波声波记录和分析系统依据声学参数和波形的变化，对介质特性进行工程解释结构混凝土的声学检测始于1949年；目前已成为混凝土无损检测的重要手段；20世纪70年代，声波透射法开始用于检测混凝土灌注桩的完整性；基本方法：基桩成孔后，在灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的上下通道，在桩身混凝土满足养护期后，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身截面的声学参数，能过对检测数据进行分析、处理和判断，确定桩身混凝土缺陷的位置、范围、程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性和均匀性，评定桩身完整性等级。特点（优点）：检测全面、细致（声波检测的范围可覆盖全桩长的各个横截面）；信息量相当丰富，结果准确可靠；不受桩长、长径比的限制，一般也不受场地条件限制。第一部分基本理论一、声波类别及对应的频率范围名称频率范围次声波0～10Hz可闻声波2×10～2×104Hz超声波2×104～1010Hz特超声波1010Hz用于混凝土声波透射法检测的声波主频率一般为2×104～2.5×105Hz声波在固体介质中传播速度的影响因素：波的类型；介质的性质；边界条件。低应变反射波法与声波测试中的波速的比较：波长与边界条件：频率范围；测距。二、描述声波的基本物理量声压声强声阻抗辐射声场的指向性(指声源发射响应的幅值随方位角的变化而变化的特性)声压比三、声波在介质分界面上的传播规律及能量衰减反射折射绕射散射四、声波在混凝土中传播特点声波能量衰减大（异常界面，散射损失）指向性差（波长大、反射波折射波的干涉叠加造成漫射声能）传播路径复杂（较大缺陷，并非直线传播）经砼介质特性调制后声波的构成复杂（一次声场与二次声场的叠加，波形会产生畸变）传播过程复杂，砼内部的缺陷、粗骨料与水泥砂浆构成的声学界面的数量和空间分布也是随机的、多样的，很难找到合适的力学模型去模拟，目前，只能停留在定性的分析水平之上。但是了解声波在砼中传播的特点，是利用声波进行砼质量检测的基础。五、砼声波透射法检测中使用的声波每次发射的持续时间短、重复间断发射复频特性脉冲声波的特点：频散（不同频率的波在介质中传播时，具有不同的传播速度，一般高频快、低频慢，这种现象。频散必然导致声脉冲在介质中传播时，与传播距离俱增的畸变）频漂（由于各种频率成份的衰减量不同，频率高的成分比频率低的成分误减大，脉冲频谱将发生变化，主频将向低频端漂移，造成波形畸变）脉冲声波在介质中的传播特征声脉冲主频的漂移程度，也是介质对声波衰减作用的一个表征六、声波信号的频域分析频散频漂主频的变化主频的漂移程度或者主频变化程度介质对声脉冲的衰减介质的粘塑性与内部结构状况频域分析频谱分析的对象对时域波形的截取长度采样要求声波检测信号在频域分析中的特点第二部分仪器设备一、声波仪的功能与发展概况向待测的结构混凝土中发射声波脉冲，使其穿过混凝土，然后接收穿过混凝土的脉冲信号。记录下声脉冲穿过混凝土所需的时间、接收信号的波形、振幅等。20世纪50年代：电子管声波仪（USA的UCT，第一代）20世纪60年代至70年代：晶体管集成电路声波仪（英国的PUNDIT，第二代）80年代：数字式声波仪（CTS-35第三代）90年代：智能型数字式声波仪（第四代，U-Sonic）《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CS21:2000）CS97系统换能器二、声波换能器发射换能器——实现电能到声能的转换接收换能器——实现声能到电能的转换功能：电磁法静电法磁致伸缩法压电伸缩法工作原理：换能器频率选择测距（cm）换能器频率（kHz）最小横截面尺寸（cm）10~20100~2001020~10050~10020100~3005020300~50030~50305002050