【正文】 波幅等參數(shù)的特征，來(lái)綜合分析判斷其內(nèi)部狀況。但砂漿的聲速一般只有 3500m/s左右，而且砂漿的強(qiáng)度偏低，無(wú)法滿足承載能力要求，因此在檢測(cè)中也應(yīng)注意。 ? 另外，還有一種異常情況即波形很正常，其基本特征與正常混凝土波形類(lèi)似，唯一的問(wèn)題是聲速偏低，如在 3000m/s～ 3500m/s左右，而波形甚至比混凝土中還飽滿，首波幅度很高。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(lèi)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。有的甚至低于1000m/s。正?；炷撂卣鞑ㄐ蔚拇笾绿攸c(diǎn)為：①首波前沿較陡；②首波幅度較高；③波形比較飽滿，接近于正弦波，隨著繞射波的到達(dá)，后續(xù)波的幅度越來(lái)越大；④頻率較高，接近于發(fā)射波頻率 (一般為換能器頻率，混凝土檢測(cè)采用的超聲波頻率一般在 50kHz～ 300kHz)；⑤通過(guò)聲時(shí)計(jì)算得到的聲速一般在 4000m/s～5000m/s。 混凝土波形特征 ? 正?；炷恋奶卣鞑ㄐ巍ｎl率則與換能器頻率相關(guān)，同時(shí)存在檢測(cè)較繁瑣等原因，因此一般不單獨(dú)將頻率作為主要參數(shù)。當(dāng)混凝土表面不平整、或耦合劑不夠時(shí)，則超聲信號(hào)幅度大大降低。 ? 在檢測(cè)中，主要測(cè)量的參數(shù)是聲時(shí)，原因如下： ? 相對(duì)幅度、頻率而言，混凝土的聲速不容易受測(cè)試過(guò)程中換能器超聲性質(zhì)、耦合狀態(tài)等因素的干擾，從而能更準(zhǔn)確地判斷混凝土質(zhì)量。 柱狀徑向探頭聲時(shí)初讀數(shù)測(cè)量原理 ?對(duì)于柱狀徑向探頭，由于無(wú)法直接和標(biāo)準(zhǔn)棒耦合，則通過(guò)測(cè)量不同測(cè)距下水中聲時(shí)的辦法來(lái)計(jì)算初讀數(shù)。 ? 還可以讀取聲時(shí)后再扣除，仍然是采用標(biāo)準(zhǔn)棒，測(cè)量?jī)x器測(cè)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。常用的方法有： ? 在儀器中直接扣除法，這是大部分儀器采用的方法。 讀數(shù)門(mén)檻 “丟失”的首波讀數(shù)門(mén)檻儀器把噪聲當(dāng)作首波 ⑶ 聲時(shí)初讀數(shù)及其扣除 ? 聲時(shí)初讀數(shù)也叫“零讀數(shù)”，主要來(lái)源于： ? 一是儀器各相關(guān)電路在處理交變電信號(hào)過(guò)程中產(chǎn)生的滯后，稱(chēng)為“電延遲”；二是換能器在對(duì)信號(hào)進(jìn)行電 聲轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的滯后效應(yīng)，稱(chēng)為“聲延遲”；三是換能器在與混凝土測(cè)試面的耦合過(guò)程中產(chǎn)生滯后，也是一種“聲延遲”，這幾部分的延遲累加起來(lái)，形成了超聲信號(hào)的初讀數(shù)，以 t0表示。 ? 通過(guò)調(diào)節(jié)儀器的增益和門(mén)檻電壓來(lái)避免。 ? 讀數(shù)門(mén)檻太大時(shí)，則出現(xiàn)“丟波”現(xiàn)象，即把低于門(mén)檻的首波信號(hào)當(dāng)作噪聲給“忽略”了。這樣作的好處是自動(dòng)判讀，但其缺點(diǎn)是，儀器判讀的首波比實(shí)際首波位置稍后一些。 ? 通過(guò)儀器的“增益”與“衰減”調(diào)節(jié)首波幅度，通?！霸鲆妗笔遣浑S便動(dòng)的，因?yàn)樵鲆嬖龃髣t掃描基線上的本底噪聲 (雜波、干擾信號(hào) )也隨之增大，一般調(diào)節(jié)到“ 2”，主要通過(guò)調(diào)節(jié)衰減按鈕，使得首波達(dá)到滿 4～ 5格即可。 ? 當(dāng)首波幅度過(guò)小時(shí)，則其前沿的起始位置不易查找，聲時(shí)判讀值偏大。 游標(biāo)切稍后基本取平? 游標(biāo)過(guò)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(cè)中應(yīng)避免這樣的測(cè)讀法。 ?在用手動(dòng)游標(biāo)判讀首波聲時(shí)的時(shí)候，必須注意以下兩個(gè)方面的影響： ?第一是游標(biāo)的位置，顯然，游標(biāo)位置靠前則測(cè)讀的聲時(shí)值偏低，相應(yīng)的聲速測(cè)量值偏大；游標(biāo)靠后則判斷的聲時(shí)值偏大，相應(yīng)的聲速測(cè)量值偏小，因此有必要確立一個(gè)比較統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行游標(biāo)的定位。圖中有一掃描基線，接收信號(hào)呈類(lèi)似于正弦波形，掃描基線上的小三角形稱(chēng)為手動(dòng)游標(biāo)，儀器能將它所在的位置轉(zhuǎn)換成從發(fā)射信號(hào)算起的時(shí)間 (聲時(shí) )，單位為 μs(微秒 )，通過(guò)儀器的旋鈕可以調(diào)節(jié)其位置，從而將游標(biāo)切到接收信號(hào)的首波前沿上，即可判讀接收信號(hào)的首波聲時(shí)，如下圖所示。 ? 根據(jù)所采用的儀器不同，模擬式儀器和數(shù)字式儀器的聲時(shí)測(cè)量方法是不同的，但基本原理是一致的，即都是通過(guò)測(cè)量?jī)x器發(fā)射超聲信號(hào)到接收到超聲信號(hào)首波之間的時(shí)間差來(lái)確定聲時(shí)的。 ? 2 超聲聲時(shí)的測(cè)量 ? 超聲聲時(shí)是混凝土超聲檢測(cè)中最基本的參數(shù)，通過(guò)聲時(shí)、測(cè)距可以計(jì)算被測(cè)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(guò)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。另外，換能器的連線接頭注意切忌用力拉扯，以免造成接觸不良出現(xiàn)干擾信號(hào)影響檢測(cè)。超聲儀的接頭主要有：發(fā)射、接收等各種傳感器連線，以及電源連線。振動(dòng)主要源于搬運(yùn)途中。 ? ⑵避免振動(dòng)對(duì)儀器的影響。在使用中應(yīng)注意避開(kāi)潮濕環(huán)境，露天操作時(shí)避開(kāi)雨水，采用必要的遮擋(如覆蓋塑料布等等 )。 ? 空氣中聲速測(cè)量裝置 空氣中聲時(shí) 測(cè)距關(guān)系圖 ? 1滑輪 2刻度尺 3換能器 4支架 1243L(mm)t(μs)L1L2L4L3L6L5t1 t2 t3 t4 t5 t6 4 超聲儀的保養(yǎng) ? 只有保養(yǎng)良好的儀器，才能提供準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)，才能延長(zhǎng)儀器使用壽命，創(chuàng)造良好效益。 %。分別測(cè)量?jī)蓳Q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(cè)量空氣溫度 Tk(精確至℃ )。具體操作方法見(jiàn) 《 超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程 》 (CECS 21:2021)。 3 超聲儀的檢定 ? 檢定的主要項(xiàng)目是聲時(shí)測(cè)量的準(zhǔn)確性，通過(guò)測(cè)定空氣聲速的方法來(lái)檢驗(yàn)儀器的聲時(shí)計(jì)量是否準(zhǔn)確。對(duì)于縱波換能器，平面式換能器一般采用黃油、凡士林等作為耦合劑，徑向式換能器一般采用水作為耦合劑。 ? 橫波換能器一般用于測(cè)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(cè)填充了水的缺陷混凝土 (如充滿水的裂縫或孔洞等 )。 ? 用于混凝土檢測(cè)的超聲換能器，按照波型可分為縱波換能器和橫波換能器，按壓電體振動(dòng)模式可分為平面式換能器和徑向式換能器。 ? 目前用于混凝土超聲檢測(cè)的壓電材料一般都同時(shí)具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，這意味著我們不必區(qū)分發(fā)射換能器和接收換能器，儀器都能正常工作。例如石英晶體就沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。 ? 壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長(zhǎng)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。 壓電效應(yīng) ? 正壓電效應(yīng)：當(dāng)晶體受到某固定方向外力的作用時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力作用方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。 ?因?yàn)槌晝x能處理電信號(hào)，即電壓隨時(shí)間的波動(dòng)，而混凝土中傳播的超聲波是機(jī)械波，首先需要將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)，以發(fā)生超聲波，同時(shí)還需要將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，以接收超聲波到檢測(cè)儀器。主要原因是國(guó)產(chǎn)儀器都帶有波形顯示功能，即使是智能儀器也帶有模擬式讀數(shù)、手動(dòng)游標(biāo)等功能，而進(jìn)口儀器很多不帶波形顯示，完全靠?jī)x器自動(dòng)判讀，容易出現(xiàn)丟失首波的問(wèn)題。 ? 超聲檢測(cè)儀的性能要求依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是 《 混凝土超聲波檢測(cè)儀 》(JG/T 500492)。 ? 汕頭超聲電子公司生產(chǎn)的 CTS25型超聲儀就是晶體管為主、帶有部分集成電路的儀器，而智博聯(lián)的 ZBＬ－ U520自動(dòng)測(cè)樁儀則是第四代智能化儀器。當(dāng)前常用的透射式超聲檢測(cè)設(shè)備的基本功能，就是通過(guò)發(fā)射換能器 (也叫發(fā)射探頭 )向混凝土中發(fā)射低頻超聲脈沖，然后通過(guò)接收換能器 (接收探頭 )接收透射超聲信號(hào)并將信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波等信號(hào)處理以后顯示出來(lái)，某些智能化的超聲儀器能將信號(hào)儲(chǔ)存下來(lái)進(jìn)行后期的信號(hào)處理，通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的計(jì)算、加工，可以分析被測(cè)混凝土的內(nèi)部質(zhì)量。 三 超聲檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介 ? 超聲波應(yīng)用范圍：包括醫(yī)學(xué)、各種探測(cè)等等； ? 醫(yī)學(xué)上采用的超聲儀比較先進(jìn)，現(xiàn)在 B型超聲 (成像顯示 )已經(jīng)普遍得到應(yīng)用； ? 金屬探傷中采用的則是 A型超聲，即反射波顯示型，成像技術(shù)也在研究中。 ? 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(wú)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(cè)試方向直線傳播，只能大致上近似到看作沿直線傳播。 ，近似于球面波。 ?⑵ 超聲波指向性差 ?由于混凝土超聲波采用的低頻換能器在混凝土中的傳播波長(zhǎng)長(zhǎng) (λ=40mm～ 90mm)，換能器直徑較小 (D＝ 30mm～ 40mm)，由下式： )/(s i n 1 D?? ??可知，波束的擴(kuò)散角 2θ一般為 50176。 7 混凝土超聲檢測(cè)特點(diǎn)： ? 由于混凝土由固 液 氣三相組成的具有彈黏塑性的復(fù)合材料，其內(nèi)部存在分布極其復(fù)雜的界面，例如砂漿 石子界面、砂漿 氣孔界面、砂漿 微裂縫界面等等，因此超聲波在混凝土中的傳播情況比均勻介質(zhì)中負(fù)責(zé)得多，因此決定了混凝土超聲檢測(cè)具有如下特點(diǎn)： ? ⑴只能采用低頻超聲波 ? 混凝土中存在多相，相互之間的聲阻抗差異很大 (如砂漿 氣孔界面 )，導(dǎo)致散射衰減嚴(yán)重，散射衰減對(duì)高頻超聲波影響更大，而混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸一般都有幾百 mm甚至幾米，為了超聲波傳播距離足夠長(zhǎng)，必須采用低頻超聲波，一般采用 20kHz～ 300kHz的低頻超聲波。 ?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。當(dāng)超聲波氣孔或微裂縫時(shí)，其中波長(zhǎng)比較小的高頻脈沖也被反射，而波長(zhǎng)比較大的低頻脈沖則繞過(guò)。由于混凝土是由水泥砂漿、石子等組成的多相堆聚體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有石子、砂漿等固體顆粒，又有氣孔、微裂縫等不連續(xù)構(gòu)造，因此其散射衰減很大。 ? 超聲波在氣體和非均質(zhì)固體中吸收衰減比較大，在液體和均勻固體中吸收衰減較小。 ppx0lg201??AAx0lg201??? 吸收衰減：超聲波傳播過(guò)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(guò)程中，是質(zhì)點(diǎn)(或分子 )通過(guò)相互作用碰撞來(lái)傳遞能量的，這中間有一個(gè)時(shí)間過(guò)程，稱(chēng)之為“分子馳豫過(guò)程”，這兩方面的損耗導(dǎo)致了媒質(zhì)的吸收衰減。 ?振幅隨距離增大而減小的規(guī)律可用下式表示： xeAA ??? 0? 上式中 α稱(chēng)為媒質(zhì)的衰減系數(shù)，其度量單位是 dB/cm，即單位長(zhǎng)度上損耗的分貝數(shù)，用聲壓或振幅表示為： ?