本次測試主要目的是嘗試檢測高強度磚內部裂紋。測試使用的儀器是ACS廠家的最新款A 1040 MIRA 3D混凝土三維超聲波成像儀。A 1040 MIRA 3D使用超聲波作為測試信號,依據不同介質具有不同的聲阻抗,在超聲波傳播過程中會引起不同程度的反射的原理,來檢測混凝土結構中可能存在的異常介質。
一、陣列式檢測原理:
超聲波檢測(UT)是利用超聲波探頭發出的超聲波,在工件中以一定方向和速度向前傳播,當遇到材料內部兩側聲阻抗有差異的界面時,聲能會部分或全部反射回探頭(穿透法時接收探頭不能接收或接收部分超聲波信號)從而被超聲檢測設備接收和顯示,通過分析聲波信號的波幅、主頻、傳輸時間等聲學參數,評定缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。
相關物理參數:
聲阻抗:Z=ρc(Z表示聲阻抗,ρ表示介質密度,c表示介質聲速)
R(能量反射率)=
T(能量透射率)=1-R
超聲波反射示意圖
技術特點:
1) 陣列式系統
A 1040 MIRA 3D是一個陣列式的控制器,它由32個橫波傳感器組成,當超聲波信號發出后,接受到的信號會被控制器進行處理,然后轉移到電腦用合適的軟件進行處理。
陣列式傳感器發射示意圖
2)合成孔徑聚焦超聲成像(SAFT)
傳感器以一定步長沿線性孔徑軌跡移動,在軌跡上的孔徑位置向成像區域發射脈沖信號,并接收和儲存檢測信號,然后下一孔徑位置進行相同的發射、接收和儲存,直達掃描完成;接著按照重建點對相應孔徑檢測號的回波做時延調整、信號疊加和平均等處理,實現逐點聚焦,最終重建整個成像區域的信號反射圖(見下圖)。
合成孔徑聚焦超聲成像(SAFT)
3)干點式傳感器(DPC)
? 傳統的傳感器需要使用耦合劑才能與混凝土表面緊密接觸,干耦合不使用耦合劑,通過彈簧彈力實現耦合。
? 彈簧加載的天線陣單元可以在粗糙度曲率8mm的表面上工作,在粗糙和不平整的表面也有穩定的超聲接觸。
? 使用天線陣獲得高信/噪比。
干點式傳感器(DPC)
4)橫波檢測
? 信噪比提高 — 超聲橫波在混凝土中的散射比縱波弱,接收信號更強。
? 分辨能力有所增強 — 分辨力與超聲波波長有關,波長越短,分辨力越高。橫波波長≈60%縱波波長(波速C=波長λ x 頻率f);
? 缺陷反射更強 — 橫波只能在固體中傳播,當遇到空氣層或空洞、裂縫時幾乎全反射。
橫波傳感器
5)B-/C-/D-掃描及3D成像
? 成像顯示直觀,與醫學B超類似,不同的顏色表示不同強度的反射;
? 采用面掃模式可現場顯示3D圖,更清楚直觀;
? 電腦端分析軟件IntroView還可對3D圖進行切片,詳細查看不同位置的圖像。
B-Scan視圖
B-/C-/D-及3D視圖
二、儀器參數設置
為了不同位置的信號具有可比性,同一次測試,儀器應采用一致的參數。本次測試的主要參數設置如下:
1. 波速(wave speed):3600m/s(橫波波速)
2. 模擬增益(analog gain):15dB
3. 數字增益(digital gain):20dB
三、實測數據分析
本次測試了幾個試塊,多數未發現問題。
試塊1
試塊1厚度200mm,我們從兩面進行了測試底面反射清晰,中間未發現異常反射,說明內部質量良好。
我們也從頂部測量了一次,也能夠看到底部反射,高度約500mm。
總體來說,試塊1內部應該沒有明顯的問題。
試塊2
試塊2是個方形構件,厚度約420mm,左側測出的數據較正常,能看到底部反射,靠近右側的圖形則能在距離表面60-70mm的位置看到異常反射。
我們還對試塊2做了一次面掃測試(Map模式),并生成3D圖,這樣有利于更清晰直觀的查看構件內部情況。下圖右下即為測試結果的3D顯示效果,在軟件中或者儀器上可以自由旋轉,從不同角度查看,左上圖和其他結構看到的圖片一樣,為B掃圖,即結構的縱切面圖。
試塊3
試塊3也是個方形構件,比試件2稍小,厚度約320mm,高度約500mm,從頂面和側面都能測試到底部反射,試件內部未發現明顯問題。
試塊4
試塊4是之前用單探頭超聲對測自測過的,發現聲速變化,懷疑內部有問題。陣列式超聲測試結果未發現明顯異常,底部反射清晰,誤差很小,變化基本在5mm之內。
試塊5
試塊5是另一個場地的構件,橫截面邊長400mm左右,從幾個側面測試的數據,底面反射都很清晰,未發現異常情況。該構件也保存了雷達測試數據,400mm以內也沒有發現異常。試塊4也做了雷達測試,情況與試塊5基本相同,由于尺寸太小,測試距離太短,沒有保存。
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