【正文】 在實(shí)際應(yīng)用中，可以從儀器上直接讀取波幅值，并配合衰減按鍵進(jìn)行衰減量的測(cè)讀。當(dāng)測(cè)距較大時(shí)，會(huì)降低測(cè)試靈敏度，增大測(cè)試誤差。 6 超聲波傳播過(guò)程中的能量衰減 ?超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，其振幅隨傳播距離的增大而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為衰減。在特定的角度下，對(duì)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(chēng)為第一臨界角，這是超聲檢測(cè)中用來(lái)獲取橫波的一種方法。當(dāng)超聲波不垂直于媒質(zhì)界面入射時(shí)，則根據(jù)入射角度，在界面會(huì)產(chǎn)生反射波、折射波，折射波的方向產(chǎn)生改變，服從 Snell定律 (光學(xué)折射定律 )。穿過(guò)界面繼續(xù)傳播的聲波，其傳播方向、能量及波形等都會(huì)發(fā)生變化，變化的情況取決于兩種媒質(zhì)的阻抗、聲波入射方向等因素。 ? ⑵當(dāng)園孔或障礙物尺寸較小，接近于波長(zhǎng)時(shí)，在園孔或障礙物處形成許多子波源，都向園孔另一側(cè)或障礙物表面發(fā)出球面子波，這些子波干涉疊加的結(jié)果使得聲波局部改變方向通過(guò)小孔或繞過(guò)小障礙物繼續(xù)傳播，稱(chēng)為聲波的繞射現(xiàn)象，如下圖所示。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(chēng)為波的干涉現(xiàn)象。和其它波類(lèi)似，聲波也會(huì)發(fā)生干涉、繞射和衍射等等。在混凝土超聲波檢測(cè)中，超聲波頻率不高，波長(zhǎng)一般為30mm～ 90mm，聲速一般為 ～ ，換能器的直徑為 35mm～ 45mm，所以 N都在 10mm以?xún)?nèi)，一般不會(huì)對(duì)檢測(cè)造成影響。超過(guò) N點(diǎn)后，聲壓 p隨距離的增加而明顯減小，稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。 22222121 ??? ZAvAI ??? 近場(chǎng)區(qū)：圓板狀聲源的聲場(chǎng)特性之一。 ? 聲強(qiáng)：垂直于聲波傳播方向上的單位面積在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的聲波能量。 ? p=ρcv ? ρ是介質(zhì)密度。 ? 聲場(chǎng)的狀態(tài)可用聲壓、聲強(qiáng)、聲阻抗等特征量來(lái)描述。 ? 振幅：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅度，用 A表示。 f和 T互為倒數(shù)。 ? 脈沖波在數(shù)學(xué)上可以分解為許多不同頻率的余弦波，是一種復(fù)合波，因此余弦波是超聲波研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 ? b 連續(xù)波：波在傳播過(guò)程中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)均連續(xù)不斷地振動(dòng)。 ? a 脈沖波：波在傳播過(guò)程中，媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)作單個(gè)或間歇振動(dòng)的波。 ? d 特超聲波：振動(dòng)頻率超過(guò) 107kHz。混凝土中常用的頻率范圍是 20kHz～ 300kHz，金屬探傷的一般為 500kHz～ 2MHz。 ? c 超聲波：振動(dòng)頻率在 20kHz～ 107kHz。 ? b 可聞聲波：振動(dòng)頻率 10Hz～ 20kHz，人耳理論上能聽(tīng)到的聲波。一些動(dòng)物可聽(tīng)見(jiàn)次聲波。 波陣面形狀不同的波 ? (a)平面波 (b)球面波 (剖面示意圖 ) (c)柱面波 ? 1—— 波線(xiàn) 2—— 波陣面 3—— 波前 ⑶ 振動(dòng)頻率 ? 根據(jù)機(jī)械波的振動(dòng)頻率，可分為次聲波、可聞聲波、超聲波和特超聲波。 ? c 柱面波：波陣面為同軸圓柱面的波。由點(diǎn)狀振源發(fā)出。例如光線(xiàn)，可以看作平面波。 ? a 平面波：波陣面呈平面的波。 ?波線(xiàn)：振動(dòng)傳播的方向。 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。產(chǎn)生在固體介質(zhì)自由表面的表面波稱(chēng)為瑞利波，瑞利波的最大特點(diǎn)是其波速只與介質(zhì)的彈性常數(shù)有關(guān)，與振動(dòng)頻率無(wú)關(guān)，且屬于二維振動(dòng)的波，在固體表面?zhèn)鬏數(shù)哪芰繐p耗小，傳播距離遠(yuǎn)，可用于檢測(cè)水下混凝土的表面裂縫情況。 ? c 表面波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向具有縱波和橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的綜合特性，固體介質(zhì)表面質(zhì)點(diǎn)以縱向和橫向兩種振動(dòng)的合成振動(dòng)，便圍繞其平衡位置做橢圓形振動(dòng)。具有切變彈性變形能力的物體，其媒質(zhì)受到剪切力作用的時(shí)候，產(chǎn)生剪切變形，使質(zhì)點(diǎn)沿切線(xiàn)方向振動(dòng)而產(chǎn)生橫波。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 )。產(chǎn)生于媒質(zhì)受到拉、壓交變力的作用，在固體、液體和氣體中均能傳播。注意在機(jī)械振動(dòng)波傳播過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)本身是不會(huì)傳播的，傳播的僅僅是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)方式以及能量。當(dāng)物體中某一個(gè)質(zhì)點(diǎn)突然獲得一定能量，在其自身的平衡位置產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)即產(chǎn)生了。而國(guó)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(guó)產(chǎn)儀器方便。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)的超聲檢測(cè)儀也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，形成了從模擬式的 CTS25(汕頭超聲儀器公司 )到數(shù)字式的 CTS45以及智能化的 NM系列 (北京康科瑞公司 )、 ZBLU系列 (北京智博聯(lián)公司 )、 RSMSY5(武漢巖海公司 )等品種繁多、性能穩(wěn)定可靠、使用方便的一系列儀器。至 20世紀(jì) 70年代末，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測(cè)儀的不斷改進(jìn)和完善，促進(jìn)了超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。 20世紀(jì) 30年代初開(kāi)始有學(xué)者嘗試進(jìn)行混凝土中聲波傳播性質(zhì)的研究，有的采用金屬超聲波探傷儀，有的采用敲擊產(chǎn)生振動(dòng)的方法。 國(guó)內(nèi)外無(wú)損檢測(cè)方法分類(lèi) (一 ) 檢測(cè)目的 常用方法 測(cè) 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(xiàn)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。 ? 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，已遍及建筑、交通、水利、電力、地礦、鐵道等系統(tǒng)的建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估，正如國(guó)際上權(quán)威人士早就預(yù)言的“混凝土工程應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)程度，是標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家對(duì)結(jié)構(gòu)工程驗(yàn)收和質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的高低”，正說(shuō)明了發(fā)展無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的必要性和實(shí)際意義。超聲法檢測(cè)混凝土缺陷 福建省建筑科學(xué)研究院 陳松 一 混凝土無(wú)損檢測(cè)概述 ?混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是以電子學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的測(cè)試儀器，直接在材料試體或結(jié)構(gòu)物上，非破損地測(cè)量與材料物理、力學(xué)、結(jié)構(gòu)質(zhì)量有關(guān)的物理量，藉材料學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和信息分析處理等方法，確定和評(píng)價(jià)材料和結(jié)構(gòu)的彈性、強(qiáng)度、均勻性與密實(shí)度等的一種新興的測(cè)試方法。 一 混凝土無(wú)損檢測(cè)概述 ? 結(jié)構(gòu)混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工程應(yīng)用，主要有結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度、缺陷和損傷的診斷測(cè)試，而鋼筋的位置、直徑和保護(hù)層厚度，以及鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量檢測(cè)也得到比較廣泛的應(yīng)用，隨著新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，結(jié)構(gòu)水滲漏、氣密性和保溫性能、鋼筋腐蝕程度的檢測(cè)也日益得到重視。 ? 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)： ? ⒈無(wú)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(duì)質(zhì)量或強(qiáng)度進(jìn)行重復(fù)、全面的檢測(cè)，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(cè)和判別結(jié)構(gòu)表層和內(nèi)部的質(zhì)量或損傷，操作簡(jiǎn)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(xiàn)檢測(cè)和生產(chǎn)自動(dòng)化”。 國(guó)內(nèi)外無(wú)損檢測(cè)方法分類(lèi) (二 ) 檢測(cè)目的 常用方法 測(cè) 試 量 基本原理 混凝土內(nèi)部缺陷 超聲脈沖法 聲時(shí)、波高、波形、頻譜、反射回波 波的繞射、衰減、疊加等 射線(xiàn)法 穿透后的射線(xiàn)強(qiáng)度 射線(xiàn)強(qiáng)度記錄或攝影 脈沖回波法 反射波位置 缺陷表面形成反射波 雷達(dá)法 雷達(dá)波反射位置 缺陷表面形成雷達(dá)反射信號(hào) 國(guó)內(nèi)外無(wú)損檢測(cè)方法分類(lèi) (三 ) 檢測(cè)目的 常用方法 測(cè) 試 量 基本原理 混凝土受力歷史和損傷程度 聲發(fā)射法 聲發(fā)射信號(hào)、事件記數(shù)、幅值分布、能譜等 聲發(fā)射信號(hào)源定位、聲發(fā)射的凱塞效應(yīng)、破壞過(guò)程的連續(xù)觀(guān)察 超聲脈沖法 聲速、衰減 國(guó)內(nèi)外無(wú)損檢測(cè)方法分類(lèi) (四 ) 檢測(cè)目的 常用 方法 測(cè) 試 量 基本原理 彈性模量和粘塑性性質(zhì)及耐久性 共振法 敲擊法 超聲法 透氣法 固有頻率、品質(zhì)因數(shù) 對(duì)數(shù)衰減率 聲速、衰減系數(shù)、頻譜 氣壓變化 振動(dòng)分析 應(yīng)力波傳播分析 孔隙滲透性 國(guó)內(nèi)外無(wú)損檢測(cè)方法分類(lèi) (五 ) 檢測(cè)目的 常用 方法 測(cè) 試 量 基本原理 鋼筋位置和銹蝕 磁測(cè)法 電測(cè)法 射線(xiàn)法 磁場(chǎng)強(qiáng)度 鋼筋的半電池電位 射線(xiàn) 鋼筋對(duì)磁場(chǎng)的影響 電化學(xué)分析 射線(xiàn)攝影 二 超聲波檢測(cè)基本概念 ? 1 混凝土超聲檢測(cè)技術(shù)發(fā)展概況 ? 1928年世界上第一臺(tái)連續(xù)波的超聲波石材探測(cè)儀問(wèn)世。 40年代末 50年代初，加拿大、德國(guó)和英國(guó)的一些學(xué)者開(kāi)創(chuàng)了超聲波檢測(cè)混凝土質(zhì)量這一新領(lǐng)域。 ? 我國(guó)自 20世紀(jì) 50年代末 60年代初開(kāi)始超聲法檢測(cè)混凝土質(zhì)量技術(shù)的研究和應(yīng)用，先后完成了“超聲波檢測(cè)混凝土缺陷”、“超聲波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度”、“超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度”、“超聲波檢測(cè)灌注樁完整性”、“超聲波檢測(cè)鋼管混凝土質(zhì)量”等課題的應(yīng)用研究，目前都具有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程。 ?值得一提的是，國(guó)內(nèi)的超聲檢測(cè)儀比較注重波型的顯示，無(wú)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。 2 超聲波的基本知識(shí) ? ⑴ 振動(dòng)與波 ? 超聲波是一種機(jī)械振動(dòng)波。由于物體介質(zhì)的連續(xù)性，則這種振動(dòng)會(huì)傳遞到鄰近的質(zhì)點(diǎn)，并且一個(gè)個(gè)傳遞下去，從而使得振動(dòng)在物體內(nèi)傳播，這就是機(jī)械振動(dòng)波。 2 超聲波的基本知識(shí) ? ⑵ 波的種類(lèi) ? a 縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波稱(chēng)為縱波。這是混凝土超聲檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的形式。 ? b 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波稱(chēng)為橫波。只有固體才具有切變彈性變形能力，因此橫波只能在固體中傳播。表面波的振動(dòng)能量隨著深度的增加而迅速減小，故只能