超声三维成像技术在混凝土检测中地应用

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1、第十届全国建设工程无损硷测技术学术会议论文2008年超声三维成像技术在混凝土检测中的应用作者：Adelahaza、SamoF叽tov、Germann编译：矩阵科技有限公司摘要：当前医学领域的人体三维成像技术已经非常先进，但混凝土3D成像却一直没有得到大的发展。在众多无损检测方法中，探地雷达(GPR)是一种能够实现3D成像的技术，可以通过三维成像的方式显示内部目标反射体的方向和位置(如加强筋、管线等)，但很难发现内部孔洞和裂纹缺陷。GPR对后张金属管网孔洞的检测结果令人非常失望．冲击回波(SEI)系统是近期开发的混凝土2D和3D成像检测系统。SEI系统开发了自动

2、检测方法，因此降低了对操作人员的婊赖性·虽然SEI可以成功定圣蔓挥凝土内部孔洞，但需要进一步研究和测试，以便更充分了解SEI系统的优缺点。SEI系统成像主要是通过计算机运算。比较缺陷频谱响应与理论底波或整个壁厚截面的差异。SEI系统在评定塑料管灌浆状态或是检测比混凝土声阻抗低很多的埋藏缺陷都不是很成功。同样，因为设备固有的局限性，检测厚壁混凝土结构(厚度超过lm)内部的孔洞非常困难，甚至有时根本不能检测．常规超声波速法(uPv)很难实现内部孔洞的2D和3D成像。UPV检测需要从混凝土结构两侧进行，利用多种角度以及发射／接收探头之间的不同位移获得多组读数．根据传

3、播速度和超声脉冲的到达时间对采集的数据进行分析，最后利用计算机重建形成2D或3D成像．目前三维UPV混凝土检测通常用于评估深基坑，也称为声波透射法测桩．本文介绍了近期开发的MIRA仪器的主要用途。MIRA采用专利的相控阵干耦合点接触横波探头检测混凝土结构。进而产生2D和3D断层成像。这种新技术可以使操作者在现场实时获得检测结果。WIRA系统能够在数据采集后4秒钟之内创建断面2D和3D成像。探头在每个检测位置只需停留3秒钟，即可采集到数据。本文描述了MIRA检测方法、设备和创新的分析模式，并对两个实际建筑的课题研究进行了描述和讨论．同时，文章还介绍了系统的优缺点

4、，以及精确检测内部孔洞、蜂窝结构、分层和浇灌电缆管道系统中的气孔等缺陷的能力。关键词t3D成像，混凝土、无损检测、横波、断层成像、超声检测、MIRA设备、内部评估A1d00．DeLaHazaWiss。Janney，ElstnerAssociatesSeniorAssociate330PfingstenRdNorthbrook'Illinois60062瞧AAdelahaza加je．COmAndreySamokrutovAcousticControlSystemsGeneralDirectorUsachevaSt，35a’110sco吼Russia1190鹤sa

5、mokrutov@acsys．11J49ClausGermnnPetersen6emamInstrtnnents鹏PresidentEmdrupvej102，I)l(-2400Copenhagen,DenmarkGermann@post6．tele．dk第十届全国建设工程无损检测技术学术会议论文2008年MIRA设备不涉及任何新的检测概念，主要融合了众所周知的超声波传播原理以及先进的硬件和分析软件包。超声波的使用可追溯到60多年前，事实上，第二次世界大战的结束推动了针对建筑材料、特种钢以及混凝土[1]超声检测的研究。实验室设备的发展(如脉冲式超声仪[2]和超声

6、检测仪[3])为混凝土无损检测的广泛应用铺平了道路，如众所周知的超声波速法(UPv)。UPV检测方法通常采用2个探头，一个发射探头和一个接收探头。为了使超声波传播到工件内部，2个探头(发射和接收探头)与混凝土表面之间都需要耦合介质保证良好接触。此外，要求混凝土表面非常平滑。近几年来其他的超声波检测技术也得到了持续的发展，例如单探头脉冲回波检测技术。然而，尽管硬件和软件上都有极大地改进，但这两种检测方法(穿透法(UPV)和脉冲回波法)仍然需要使用耦合剂来保证超声波的穿透。1．纵波和横波声束当超声波传播进混凝土结构时，将产生3种传播机理的波束：压缩波，也被称为纵波

7、或P一波；剪切波，也被称为横波或叫S一波；表面波，也被称为瑞利波或R一波。每种超声波以不同的声速传播。纵波传播速度要比横波和表面波快很多。在混凝土结构中，横波和表面波的声速分别是纵波的60％和55％[1]．通常UPV和脉冲回波设备激发探头产生纵波，引起混凝土粒子运动，振动方向与波前方向平行。同样横波也能引起粒子运动，但振动方向与波前方向垂直，与混凝土表面平行。超声波传播速度与频率和波长A成比例：Y=f^频率单位为赫兹(周期数／秒)，波长的单位是距离。所以，波束频率增加会导致波长的减小。同样，在无限大的弹性固体中，纵波声速Cp可以通过杨氏弹性模量E，材料密度P和

8、泊松比y得到：Cp=fE(1-v)／P