声波反射成像法识别混凝土缺陷试验研究.pdf

科研管理
水利规划与设计
2016年第9期
DOI:10.3969/j.issn.1672-2469.2016.09.027
声波反射成像法识别泥凝土缺陷试验研究
范泯进,朱燕梅,沙椿
四川中水成勘院工程勘察有限责任公司,四川成都610072)
摘要:为提高声波检测混凝土缺陷的深度和精度,以弹性波反射法理论为基础,通过对激振源、接收传感器、信
号处理和波形成像方面的技术研究和工程试验,提出了针对混凝土缺陷检测的声波反射成像法。給出了实际应用
中对缺陷的检测方法和识别建议,并对工程实例进行探讨。
关键词;反射波成像;混疑土;缺陷;无损检测
中图分类号;TU528.07
文献标识码:
文章编号:1672-2469(2016)09-0083-05
在水工大体积混凝土质量检测中,对混凝土内
测试方向
部隐藏缺陷类型、埋深以及影响范围的探测和定量锤击震源
分析,是客观评价混凝土质量和后期设计处理方案
接收传感器
的重要依据。然而,水工混凝土结构比较复杂,各
种混凝土缺陷检测方法均受到不同因素制约,影响
最终检测效果。本文以现有声波反射理论为依托,
通过改进仪器设备和数据处理方法形成了一套完整
混凝土:
的声波反射成像技术,以期为混凝土内部缺陷无损
检测提供新的手段。
图1声波反射成像法检測原理示意图
1基本原理
深H
声波反射成像法基于垂直反射技术,是反射法
H
中的一种特殊形式。测试时冲击器与接收传感器以
极小“发射一接收”距排布,由冲击器在混凝土表式中:H为缺陷埋深深度(m);为弹性波速度
面激振产生弹性波。在弹性波向混凝土内部传播的(m/s)。
过程中,如果混凝土内部没有缺陷,将以不变的形2检测技术研究
式传播至混凝土底部;但当混凝土内部某部位存在
缺陷(如不密实、裂缝以及脱空等情况)时,因波
激振源
阻抗(p·v)变化,入射波将在混凝土表面与缺陷
弹性波信号的频率、能量强弱是影响现场波形
之间形成来回反射,这些反射波信号可被混凝土表采集质量的关键因素。经过理论分析和大量试验表
面的接收传感器接收。通过提取反射波信号,并对明,当以小质量锤作为激振源时,产生的弹性波信
反射波信号中因混凝土内部异常反射面导致的弹性号频率高,在混凝土中传播时受到的粘滞作用大
波振幅、频率变化等情况进行综合分析,即可判断
因而在缺陷埋深较大时,高频弹性波难以到达缺陷
混凝土内部缺陷情况,并确定其空间分布位置。现
位置或即使到达缺陷位置反射回来的信号也很微
场测试时,激振点和接收传感器以“点测”方式沿弱、信噪低,缺陷反射特征即使在后期处理放大后
测线同步移动,工作原理示意图见图1
也难以准确识别。
通过提取弹性波在混凝土内部经缺陷界面反射
当采用大质量锤作为激振源时,其产生的弹性
后到达接收传感器的时间△t和混凝土内声波的传
收稿日期:2016-03-15
播速度Vp,即可由下式计算得出混凝土内缺陷埋作者简介:范泯进(1985年ー),男,工程师。
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水利规划与设计
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波信号频率低,在混凝土中传播时受到的粘滯作用2.3信号衰减与处理
小、能传播较长距离,遇缺陷反射界面后可携带返
弹性波在混凝土内传播过程中受到粘滞作用影
回大量有效信息。但由于低频弹性波信号分辨率较响,其波幅会呈指数衰减。弹性波衰减系数直接与
低,影响混凝土浅部缺陷和微小缺陷的准确识别。其频率相关,当传播相同距离时信号频率越高衰减
因此,现场工作时应根据实际情况初步判断缺越快,频率越低衰减越小。使用激振锤产生的弹性
陷可能出现的深度范围,以选取相适应的激振锤进波会含有多种频率成分,振幅强弱也会存在较大差
行检测。
异。声波反射成像法在波形信号处理时,通过对原
2.2接收传感器
始波形设置时间窗口,以特有的算法对信号不同频
接收传感器是将波动信号转化为电信号的设率成分进行区分和放大分析,尽可能在波形信号不
备,根据被换波动信号分量的不同一般分为加速度失真的情况下,清晰显现混凝土内缺陷反射信号
传感器和速度传感器。接收传感器的主要技术指标(如图3)。
包括频响特性、漂移特性、量程、灵敏度、分辨率
以及稳定性等。由于声波反射成像法测试中需要接
原始波形
收传感器既能无畸变的接收强烈的激振信号,同时
还能接收经几米甚至十几米长距离传播后的反射波
窗口处理
信号,因此要求接收传感器具有较宽的频率响应范
围和较高的灵敏度。此外,还需要接收传感器能有
处理结果
效避免因激振而诱发其产生寄生振荡,影响信号的
釆集。声波反射成像法采用特制的高阻尼加速度传
图3波形信号放大处理示意图
感器,该设备灵敏度高、信号采集质量好,能有效2.4波形成像
抑制寄生震荡产生(如图2)。
声波反射成像法数据处理由专用软件完成,
08001600240032001(m5)08001600240032001m90)主要是对原始信号进行噪声压制、提高分辨率
增强反射波信号,和最终对反射信号成像。要求
在现场工作时对整个测试断面连续采集数据(可
采用不同规格的激振器分别获取浅、中、深部反
射波信息),并在分析软件中根据采集信号的波
高阻尼接收传感器
普通接收传感
形设置时间截止窗口,经处理后便可生成反射成
图2传感器实测信号示意图
像图(如图4)。
50100150200250300测线(cm)
050100150200250300測线(cm)
第一层
主能量条带
60
主能量条带60
第三层
主能量条带12
160
240
260
埋深
图4不同标号完整混凝土声波反射成像示意图
2.5缺陷识别
为反射波能量反应,无明显能量反映时颜色为蓝
如图4所示,在声波反射成像图中以横坐标为色,此后能量由弱到强分为黄色、红色,最强为黑
测线延伸长度,纵坐标为探测深度;图中的颜色即色。声波反射成像图一般将出现三层主要反射能量
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