2015-声波透射知识点-汇总

1声波透射法知识点1、声学常识①.超过人耳听觉的声波叫超声波，它的频率高于20000HZ。②.声波透射法和低应变都是均采用纵波，但有3个不同：a.波长，低应变米级，声波透射厘米级；b.频率，低应变几百HZ，声波透射30-50kHZ；c.测距，低应变测距为2倍桩长，声波透射测距比桩径略小，明显小于桩长。③.频散：在相同介质中，高频声波波速高于低频声波波速。(声波透射法波速＞低应变法波速)。频漂：随着传递距离增加，主频降低，传播速度减慢，测试波速减小。④.声波在远场开始扩散，波束扩散角θ是晶片尺寸和所通过介质中声波波长的函数：D/22.1sin21λ越小、D越大，则θ越小，指向性越好。混凝土声波检测中所采用的是低频声波，半扩散角很大，指向性差，在传播一定距离后已接近球面波。可探测最小缺陷尺寸为λ/2。⑤.超声波在传播过程中，a.遇到障碍物尺寸与波长相当，将发生绕射、反射；b.遇到障碍物尺寸远大于波长，将在两种介质处发生反射、折射；c.遇到障碍物尺寸比波长小，大部分能量可绕过障碍物，少部分能量向障碍物四周散射。⑥.超声波在传播过程中振幅随着传播距离的增大而逐渐减小的现象叫做衰减，产生衰减的原因有吸收衰减，散射衰减，扩散衰减。吸收衰减、散射衰减取决于介质本身特性；扩撒衰减仅取决于声源辐射的波形及声束状况(即声场的几何特征)。⑦.声压级：)/lg(200PPLPdB，声压P是P0的2倍，则LP=6dB。⑧.声波在混凝土传播特点：a.声波能量衰减大；b.指向性差；c.声传播路径复杂；d.经混凝土介质特性调制后声波的构成复杂。⑨.压电效应：某些晶体受到拉力或者压力时会产生形变，从而晶体表面上出现电荷。这一效应是可逆的。实现电、声转换的装置叫做换能器，接收换能器是利用正压电效应来接收声波的。换能器中压电晶片的基频取决于晶片材料和厚度，探头的压电陶瓷晶片越薄、谐振频率越高。目前最常用的声波换能器压电陶瓷材料是锆钛酸铅。⑩．声波在固体介质中的传播速度受三方面影响：a.波的类型，混凝土中,V纵＞V横＞V表面；b.固体介质性质，密度、弹性模量和泊松比；c.边界条件，固体介质横向尺寸。2、换能器：①.声波透射法所用的换能器的振动类型是：径向振动。换能器接收到的声波是透射波。高频率的探头波长较小，可以获得较高的分辨率。②.声波发射与接收换能器应符合下列要求：a.圆柱状径向换能器沿径向振动，沿径向无指向性；b.外径小于声测管内径，有效工作段长度不大于150mm；c.谐振频率宜为30～60kHz；d.水密性满足1MPa水压不渗水。③.应根据测距大小和被测介质(混凝土)质量的好坏来选择合适频率的换能器。低频声波衰减慢，在介质中传播距离远，但对缺陷的敏感性和分辨力低；高频声波衰减快，在介质中传播距离短，但对缺陷的敏感性和分辨力高。一般在保证具有一定接收信号幅度的前提下，尽量使用较高频率的换能器，以提高声波对小缺陷的分辨力。使用带前置放大器的接收换能器可提高测试系统的信噪比和接收灵敏度，此时可选用较高频率的换能器。频率、声时、波幅中，波幅对缺陷最敏感。3、声测管①.声测管内径应大于换能器外径。两者差值取10mm为宜。声测管应有足够的径向刚度，声测管材料的温度系数应与混凝土接近。②.声测管应下端封闭、上端加盖，管内无异物；声测管连接处应光滑过渡，管口应高出桩顶100mm以上，且各声测管管口高度宜一致。③.浇筑混凝土前应将声测管有效固定，使之成桩后相互平行。④.声测管埋设数量应符合下列要求：D≤800mm，不少于2根管；800mm＜D≤1600mm，不少于3根管；D＞1600mm，不少于4根管。D为受检桩设计桩径。⑤.声测管应沿钢筋笼内侧呈对称形状布置，并依次编号。⑥.声测管宜采用钢管，一般有两种连接方式：螺纹连接和套筒连接，声测管之间应相互平行。⑦.塑料管的声阻抗较低，有较大的透声率，但塑料的热膨胀系数与混凝土的相差悬殊，在大型灌注桩中不宜使用。⑧.声波透射法中，换能器在声测管内一般用清水耦合。4、声波透射仪①.实时显示和记录接收信号时程曲线以及频率测量或频谱分析；②.最小采样时间间隔应≤0.5μs，系统频带宽度应为21kHZ~200kHZ，声波幅值测量相对误差应＜5%，系统最大动态范围不得小于100dB；③.声波发射脉冲应为跃阶或矩形脉冲，电压幅值应为200V~1000V；④.首波实时显示；⑤.自动记录声波发射和接收换能器位置。5、检测前准备①.受检桩混凝土强度不小于设计强度的70％，且不小于15MPa方可进场检测；②.采用率定法确定仪器系统延迟时间；③.计算声测管及耦合水层声时修正值；④.在桩顶测量相应声测管外壁间净距离，声测管内径、外径，换能器直径，精确到lmm；⑤.将各声测管内注满清水，检查声测管畅通情况；换能器应能在声测管全程范围内正常升降。⑥.率定法测定仪器系统延迟时间：将发射、接收换能器平行悬于清水中，逐次改变点源距离并测量相应声时，记录不少于4个点的声时数据并作线性回归的时距曲线：t＝t0+b·l式中：b——直线斜率(μs/mm)；l——换能器表面净距离(mm)；t——声时(μs)；t0——仪器系统延迟时间(μs)。⑦.声测管及耦合水层声时修正值按下式计算：w2t21ddddt式中：d1——声测管外径(mm)；d2——声测管内径(mm)；d′——换能器外径(mm)；vt——声测管材料声速(km/s)；vw——水的声速(km/s)；t′——声测管及耦合水层声时修正值(μs)。6、抽检数量大直径嵌岩灌注桩或设计等级为甲级的大直径灌注桩，应按不少于总桩数10%的比例采用声波透射法检测。7、现场检测①.将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两个声测管道中。平测时，声波发射与接收声波换能器始终保持相同深度；斜测时，声波发射与接收声波换能器始终保持固定高差，且两个换能器中点连线的水平夹角不应大于30°。扇形扫测时一只换能器固定在某高程不动，另一只换能器逐点移动，测线呈扇形分布，两换能器中点连线的水平夹角不大于40°。②.从桩底开始向上同步提升声波发射与接收换能器，声测线间距不应大于100mm，并应及时校核换能器的深度、校正换能器的高差；提升过程中应确保测试波形的稳定性，提升速度不宜超过0.5m/s。③.实时显示和记录每条声测线的信号时程曲线，读取首波声时、幅值、主频值，保存检测数据时应同时保存波列图信息；以声速和振幅为主、以频率和波形畸变为辅来判断混凝土质量。④.同一检测剖面的声测线间距、声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。⑤.现场的检测过程一般分两个步骤，首先是采用平测法对全桩各检测剖面进行普查，找出声学参数异常的声测线。然后，对声学参数异常的声测线采用加密测试(增加声测线)、交叉斜测、扇形扫测或CT影像技术等方式进行复测，a.验证平测普查结果；b.确定缺陷的位置和空间分布范围；c.排除非桩身缺陷导致的异常声测线，为桩身完整性类别的判定提供可靠依据。⑥.常见缺陷声波测试信号的特性a.沉渣：沉渣是一种松散介质，其本身声速很低，对声波的衰减剧烈，声速和振幅均剧烈下降。b.泥砂与水泥浆的混合物：其特点也是声速与振幅均明显下降，只不过出现在桩身时往往是突变，在桩顶是缓变。c.混凝土离析：粗集料多的地方，这些部位声速测值往往因声学界面多反而有所提高，但振幅下降；粗集料少而砂浆多的地方则正好相反。d.气泡密集的混凝土：大量气泡分布在混凝土内，造成混凝土质量有所降低，使声波能量明显衰减(散射)，接收波振幅明显下降。e.层状缺陷(断桩)：所有穿过两声测管连线中间部位的测线测值均异常，即使斜测也异常，可判定该两声测管间缺陷是连成一片的。如果三个测试面均如此，则可判定是整个断面的缺陷，即断桩。8、数据分析①.当因声测管倾斜导致声速数据有规律地偏高或偏低变化时，应先对管距进行修正，然后对数据进行统计分析。当实测数据明显偏离正常值而又无法进行合理修正时，检测数据不得作为评价桩身完整性的依据。ttjtjtii0c)()()()()(cjtjljviii)(1000)(jTjfii式中：j——检测剖面编号；i——声测线编号，对应每检测剖面自下而上连续编号；tci(j)——第j检测剖面第i声测线声时(μs)；ti(j)——第j检测剖面第i声测线声时测量值(μs)；)(jli——j剖面i声测线的两声测管外壁间净距(mm)；3vi(j)——j剖面i声测线声速(km/s)；fi(j)——j剖面i声测线信号主频值(kHz)；Ti(j)——j剖面i声测线首波周期(μs)。②.当采用平测或斜测时，第j检测剖面的声速异常判断的概率统计值应按下列方法确定：a.将j剖面各声测线的声速值vi(j)由大到小依次排序，即：v1(j)≥v2(j)≥…vk´(j)≥…vi-1(j)≥vi(j)≥vi+1(j)≥…vn-k(j)≥…vn-1(j)≥vn(j)式中：)(jvi——j剖面i声测线声速，i=1，2，…，n；n——j剖面的声测线总数；k——拟去掉的低声速值的数据个数，k=0，1，2，…；k´——拟去掉的高声速值的数据个数，k´=0，1，2，…。b.对逐一去掉vi(j)中k个最小数值和k´个最大数值后的其余数据进行统计计算：)()()(xm01jsjvjv)()()(xm02jsjvjvknkijivkknjv1)(1)(mknkijvjivkknjs12x)(m)(11)()()()(mvjvjsjCx式中：v01(j)——第j剖面的声速异常小值判断值；v02(j)——第j剖面的声速异常大值判断值；vm(j)——(n－k－k´)个数据的平均值；Sx(j)——(n－k－k´)个数据的标准差；Cv(j)——(n－k－k´)个数据的变异系数；λ——由表查得的与(n-k-k´)相对应的系数。c.按k=0、k´=0、k=1、k´=1、k=2、k´=2的顺序，将参加统计的数列最小数据vn-k(j)与异常小值判断值v01(j)进行比较，当vn-k(j)≤v01(j)时剔除最小数据；将最大数据vk`+1(j)与异常大值判断值v02(j)进行比较，当vk`+1(j)≥v02(j)时剔除最大数据。每次剔除一个数据，然后对剩余数据构成的数列重复声速异常大小值判断值的计算步骤，直到下列两式成立：vn-k(j)＞v01(j)vk`+1(j)＜v02(j)d.第j剖面的声速异常判断概率统计值按下列方法确定：式中：v0(j)——j剖面声速异常判断概率统计值。e.声速临界值应按下列方法确定：e1.根据地区经验，有条件地结合相应混凝土试件或芯样试件的抗压强度与声速对比试验，分别确定桩身混凝土声速的低限值vL和平均值vp。e2.当vL＜v0(j)＜vp时，vc(j)=v0(j)式中：vc(j)——第j剖面的声速异常判断临界值；v0(j)——第j剖面的声速异常判断概率统计值。e3.当v0(j)≤vL或v0(j)≥vp时，应分析原因，vc(j)的取值可参考同一桩的其它检测剖面的声速异常判断临界值或同一工程相同桩型的混凝土质量较稳定的受检桩的声速异常判断临界值综合确定。e4.对只有单个检测剖面的桩，vc(j)等于检测剖面声速异常判断临界值。对于三个及三个以上检测剖面的桩，取各个检测剖面声速异常判断临界值的算术平均值作为该桩各声测线声速异常判断临界值。③.波幅临界值应按下列公式计算：Ac(j)=Am(j)-6波幅异常的临界值判据为：Api(j)＜Ac(j)成立时，波幅可判为异常。式中：Am(j)——第j剖面各声测线波幅平均值(dB)；Api(j)——第j剖面i声测线的波幅值；Ac(j)——第j剖面波幅异常判断的临界值；n——第j剖面的声测线总数。④.PSD——声时–深度曲线上相邻两点连线的斜率与声时差的乘积(μs2/m)；式中：tci(j)——j剖面第i声测线声时(μs)；tci-1(j)——j剖面第i–1声测线声时(μs)；zi——第i声测线深度(m)；zi-1——第i–1声测线深度(m)。PSD判据对缺陷十分敏感