【正文】 最終接收的超聲波比發(fā)射波振幅減小、頻率降低。 ? 對于平面波，其衰減主要來源于吸收和散射，對于球面波，除了吸收衰減和散射衰減，還有波束本身的擴(kuò)散衰減。在一定的角度范圍內(nèi)，折射波會(huì)分解成折射縱波、折射橫波。 ? 聲波的干涉：兩個(gè)頻率、波長以及相位相同或相位差恒定的波源稱為相干波源，它們產(chǎn)生的波稱為相干波，兩個(gè)相干波在同一介質(zhì)中相遇時(shí)，兩個(gè)諧振頻率疊加，從而產(chǎn)生某些點(diǎn)因?yàn)橄辔幌嗤駝?dòng)加強(qiáng)，某些點(diǎn)因?yàn)橄辔幌喾凑駝?dòng)減弱甚至抵消。用 I表示。 ? 波長：振動(dòng)傳播一個(gè)周期所走的路程，用 λ表示，單位 m。 ⑷ 振動(dòng)形式 ? 聲波振動(dòng)中，還可根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的連續(xù)與否分為脈沖波和連續(xù)波。傳播距離遠(yuǎn)，可應(yīng)用于聲納導(dǎo)航、海底潛艇聲納探測等等。 ? b 球面波：波陣面呈球面的波。 ? 縱波波速最高。這是混凝土超聲檢測中應(yīng)用最廣泛的形式。 ?值得一提的是，國內(nèi)的超聲檢測儀比較注重波型的顯示，無論是模擬式還是數(shù)字式、智能型的儀器，都具備波型顯示、手動(dòng)游標(biāo)判讀功能。 ? 無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)： ? ⒈無損于材料、結(jié)構(gòu)的組織和使用性能； ? ⒉可以直接在試體或結(jié)構(gòu)上，對質(zhì)量或強(qiáng)度進(jìn)行重復(fù)、全面的檢測，彌補(bǔ)了因各種因素影響造成材料試件與結(jié)構(gòu)物質(zhì)量差別的缺點(diǎn)； ? ⒊選用不同的方法，檢測和判別結(jié)構(gòu)表層和內(nèi)部的質(zhì)量或損傷，操作簡便、迅速； ? ⒋隨著信息處理技術(shù)的發(fā)展，有利于實(shí)現(xiàn)“在線檢測和生產(chǎn)自動(dòng)化”。 國內(nèi)外無損檢測方法分類 (一 ) 檢測目的 常用方法 測 試 量 基本原理 混凝土強(qiáng)度 回彈法 超聲脈沖法 回彈 — 超聲綜合法 超聲 — 衰減綜合法 射線法 落球法 (脈沖回波法 ) 鉆芯法 拔出法 壓痕法 射擊法 回彈值 超聲脈沖傳播速度 回彈值和聲速 聲速和衰減 吸收或散射強(qiáng)度 振動(dòng)參數(shù) 芯樣抗壓強(qiáng)度 拉拔強(qiáng)度 壓力和壓痕直徑或深度 探針射入深度 根據(jù)混凝土應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)與強(qiáng)度的關(guān)系，用彈性模量或粘塑性指標(biāo)推算標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度及特征強(qiáng)度；根據(jù)混凝土密實(shí)度推算強(qiáng)度振動(dòng)參數(shù)與強(qiáng)度的關(guān)系；局部區(qū)域的抗壓、抗拉或抗沖擊強(qiáng)度推算成標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度及特征強(qiáng)度。而國外的儀器，基本上都不具備波型顯示功能，超聲參數(shù)均由儀器自動(dòng)判讀，必要的時(shí)候可以將顯示信號(hào)輸出到示波器上顯示波型，在實(shí)際使用中反而不如國產(chǎn)儀器方便。從形態(tài)上看，也叫“疏密波”，即有的質(zhì)點(diǎn)之間因?yàn)檎駝?dòng)互相遠(yuǎn)離 (疏 )，有的質(zhì)點(diǎn)直接互相靠近 (密 )。 縱波 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向 波傳播方向橫波 波傳播方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向表面波 波傳播方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡xyz⑶ 波的形式 ?根據(jù)波陣面，波可以分為平面波、球面波和柱面波。由點(diǎn)狀振源發(fā)出。 ? b 可聞聲波：振動(dòng)頻率 10Hz～ 20kHz，人耳理論上能聽到的聲波。 ? a 脈沖波：波在傳播過程中，媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)作單個(gè)或間歇振動(dòng)的波。 ? 振幅：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅度，用 A表示。 22222121 ??? ZAvAI ??? 近場區(qū)：圓板狀聲源的聲場特性之一。這種在空間出現(xiàn)固定的最大振幅點(diǎn)和最小振幅點(diǎn)的現(xiàn)象，稱為波的干涉現(xiàn)象。在特定的角度下，對于入射縱波，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)臨界角，使得折射縱波消失，該角度稱為第一臨界角，這是超聲檢測中用來獲取橫波的一種方法。 ppx0lg201??AAx0lg201??? 吸收衰減：超聲波傳播過程中，由于媒質(zhì)的黏滯性，導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使一部分聲能轉(zhuǎn)換成熱能；同時(shí)超聲波作為機(jī)械波，在傳播的過程中，是質(zhì)點(diǎn)(或分子 )通過相互作用碰撞來傳遞能量的，這中間有一個(gè)時(shí)間過程，稱之為“分子馳豫過程”，這兩方面的損耗導(dǎo)致了媒質(zhì)的吸收衰減。 ?擴(kuò)散衰減：聲束都有一定的擴(kuò)散角，隨著傳播距離的增大，擴(kuò)散的面積增大，而能量并不增加，導(dǎo)致單位面積上的能流密度降低，叫做擴(kuò)散衰減。 ? ⑶ 超聲波在混凝土內(nèi)并非直線傳播 ? 由于混凝土的非均質(zhì)性，超聲波在無數(shù)不規(guī)則的石子與砂漿界面上發(fā)生反射和折射，使得接收到的聲波并非嚴(yán)格地沿測試方向直線傳播，只能大致上近似到看作沿直線傳播。 ? 超聲檢測儀的性能要求依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是 《 混凝土超聲波檢測儀 》(JG/T 500492)。 ? 壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型 5種基本形式。 ? 橫波換能器一般用于測量材料的動(dòng)彈特性 (彈性模量、泊松比 )，有時(shí)也可用于檢測填充了水的缺陷混凝土 (如充滿水的裂縫或孔洞等 )。分別測量兩換能器之間距離為 50mm、 100mm、 150mm……500mm 下的聲時(shí)讀數(shù)(一般要求 10組數(shù)據(jù) )，同時(shí)準(zhǔn)確測量空氣溫度 Tk(精確至℃ )。 ? ⑵避免振動(dòng)對儀器的影響。 ? 2 超聲聲時(shí)的測量 ? 超聲聲時(shí)是混凝土超聲檢測中最基本的參數(shù)，通過聲時(shí)、測距可以計(jì)算被測混凝土的聲速，通常認(rèn)為混凝土的聲速與其彈性模量、泊松比等相關(guān)，因而通過混凝土的聲速大小可以反映其密實(shí)度、強(qiáng)度等質(zhì)量狀況。 游標(biāo)切稍后基本取平? 游標(biāo)過分靠后，使得首波前沿的一部分被游標(biāo)抵消以后變成“斷線”，因?yàn)檫@種位置標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，檢測中應(yīng)避免這樣的測讀法。 ? 讀數(shù)門檻太大時(shí)，則出現(xiàn)“丟波”現(xiàn)象，即把低于門檻的首波信號(hào)當(dāng)作噪聲給“忽略”了。 ? 還可以讀取聲時(shí)后再扣除，仍然是采用標(biāo)準(zhǔn)棒，測量儀器測讀標(biāo)準(zhǔn)棒的聲時(shí)值與其標(biāo)準(zhǔn)值之間的差值即為 t0。頻率則與換能器頻率相關(guān)，同時(shí)存在檢測較繁瑣等原因，因此一般不單獨(dú)將頻率作為主要參數(shù)。但當(dāng)換能器與混凝土之間耦合不良時(shí) (如混凝土表面不平整、混凝土與混凝土接觸面存在泥沙、耦合劑不正常等情況 )，也會(huì)出現(xiàn)類似的波形，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，及時(shí)排除耦合不良造成的干擾。當(dāng)遇到缺陷時(shí)則繞射是主要的，因此導(dǎo)致了聲速及波幅、頻率均下降，波形產(chǎn)生畸變。 超聲檢測中的基本原則 (二 ) ? ⑵ 正常混凝土的超聲參量基本上符合正態(tài)分布： ? 這是判斷混凝土中是否存在異常測點(diǎn)的主要依據(jù)。 ? ② 其次選擇斜測法：斜測法有兩種，一種是指兩個(gè)檢測面相交 (檢測面相鄰 )，兩個(gè)探頭在丁角進(jìn)行測試；一種是指兩個(gè)相對的測試面，但兩個(gè)探頭軸線與被測面形成不等于 90176。 ? ②管 (孔 )中斜測：上述構(gòu)件中，當(dāng)存在水平缺陷，對測有可能漏測 (比如水平裂縫 )，此時(shí)可將兩個(gè)探頭取不同高度進(jìn)行斜測，探頭同步提升。 ? ⑵ 鋼筋：超聲波在鋼中的傳播速度 (縱波聲速一般為 左右 )大大高于混凝土 (縱波聲速一般為 ～ )，如果在超聲傳播路徑上或其周圍存在鋼筋，則會(huì)有部分或者大部分超聲信號(hào)沿著鋼筋傳播而且比在混凝土中傳播的信號(hào)先到達(dá)接收探頭，從而導(dǎo)致檢測到的聲時(shí)值偏小，這叫做“視聲時(shí)”，即實(shí)驗(yàn)觀察到的聲時(shí)，它是受到干擾的不準(zhǔn)確的聲時(shí)。 ? 根據(jù)上述假設(shè)，通過上圖的幾何關(guān)系，可以推導(dǎo)出裂縫深度的計(jì)算公式如下： 1)(2 20?? l vtlh cc? 測點(diǎn)布置如下圖所示。 ? 當(dāng)檢測樓板、剪力墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，注意測點(diǎn)布置應(yīng)保證超聲傳播路線和鋼筋分布盡量呈 45176。鉆孔有如下要求： ? ①孔徑應(yīng)大于換能器直徑 5mm～ 10mm； ? ②孔深應(yīng)超過預(yù)計(jì)裂縫深度 700mm，可初測后補(bǔ)鉆； ? ③ A、 B兩個(gè)測孔必須始終位于裂縫兩側(cè) (對于斜裂縫要注意 )，且測孔應(yīng)保持平行； ? ④測孔間距 AB、 BC宜為 2m左右，且 AB=BC； ? ⑤孔中粉末碎屑必須清除干凈； ? ⑥必須在跨縫的 AB和不跨縫的 BC兩條連線上分別進(jìn)行測試。如下圖所示。如果存在缺陷，可以采用高強(qiáng)度快凝砂漿抹平，干后測試。 例題 ? 采用超聲法進(jìn)行構(gòu)件混凝土密實(shí)性檢測，經(jīng)過計(jì)算得到的聲速數(shù)據(jù)如下表1所示，請根據(jù)表 2所提供的 λ1值分析判斷是否存在異常測點(diǎn)？如果有請將它們一一找出來。 混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測示意圖 (a) 斜測 法TR1R2R1T (b) 對測 法R2R1㈤ 表面損傷層檢測 ? 混凝土表面損傷層主要指凍害、化學(xué)侵蝕、高溫?fù)p傷 (如火災(zāi) )等造成的混凝土表層出現(xiàn)疏松、開裂、剝落等現(xiàn)象。例題 ?解： ? (1)未澆筑混凝土?xí)r，超聲波沿鋼管壁傳播，故接收信號(hào)首波聲時(shí)： sv dtss ?? ?????? (2)澆筑混凝土后 ， 超聲信號(hào)可以穿過鋼管后沿內(nèi)部混凝土傳播： sv bdv btttcscs ?25260025222 ???????????例題 ? (3)超聲波將從發(fā)射換能器繞過膠結(jié)不良的部位，從周圍的混凝土繞過鋼管到達(dá)接收換能器，如下圖所示。 2 0 176。 (mm)llllll126345t 12t t 63t t 4 t 5t( μ s)a1a2l 0 ? 混凝土表面損傷層厚度檢測 損傷層檢測“時(shí) 距”圖 ? 將發(fā)射、接收換能器置于被測的混凝土損傷表面同一側(cè)，發(fā)射換能器不動(dòng)，接收換能器逐漸遠(yuǎn)離 (測距增大 )，測距以兩換能器之間的內(nèi)邊距計(jì)算。 ? (2)剔除該 2個(gè)測點(diǎn)后，繼續(xù)計(jì)算剩余 22個(gè)測點(diǎn)的聲速平均值、標(biāo)準(zhǔn)差： skmvmiiv /1 221?? ??skmmvs iviv /)(2212??????例題 ? N=22，查表 2得 λ1= ? ∴ 聲速異常值判定值 ? v0=mvλ1Sv= =? 比較得 v13=v0=，v21=v0=，故測點(diǎn) 13和測點(diǎn) 21為異常測點(diǎn)。鉆孔測試時(shí)注滿清水耦合。 ? 斜測的目的在于能發(fā)現(xiàn)水平走向的缺陷。 鉆孔檢測裂縫示意圖 CB All(a) 平面圖（C為比較孔） (b) 立面圖lhc204060801 0 01 2 01 4 01 6 01 8 0d( cm )hcA( dB )(c) hA坐標(biāo)圖?一般選擇 20kHz～ 60kHz的徑向振動(dòng)式換能器，測試前先向測孔中注滿清水，徑向換能器以(100～ 40