基于红外热像的混凝土结构损伤检测

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1、武汉理工大学硕上学位论文1．4混凝土损伤的无损检测混凝土材料在土木建筑工程中得到广泛应用，由于其抗拉强度相对较小¨刮，可能产生裂缝，或者施工振捣不足，内部存在蜂窝孔洞、或建筑物使用期长而碳化、或预留试件不足与代表性不强、或施工期混凝土强度增长与建筑物的长期跟踪管理等，都需要对结构物进行检测。现在对混凝土的检测一般是用声、光、电、磁和射线等方法，测定有关混凝土性能方面的物理量，推定混凝土强度、密实性、均匀性、以及存在的缺陷等¨引。现今无损检测混凝土缺陷的常用方法包括回弹法n7啦!、超声波法、射线法和垂直反射法

2、等，其中以回弹仪和超声仪为主要仪器的检测方法操作最为方便，使用最为普及，是国内外学术界公认的基本检测技术。另外，在地球物理勘测中经常采用地震波法和这些年发展起来并得到应用的地质雷达法。回弹法是在混凝土侧面或顶面(底面)均匀布置一定数量的测点，利用回弹仪测得混凝土的回弹值，并根据已知的测强曲线，以及混凝土抗压强度与混凝土表面回弹值之间存在的统计相关关系，通过换算求得混凝土当前状态的强度。以检验混凝土的质量和抗压强度。其优点在于：仪器构造简单，方法易于掌握；测试工作有较好的灵活性，可以在结构物的任何部位迅速进行

3、；适用于施工现场对混凝土的强度进行随机的、大量的检测。但是，回弹法反映的仅是混凝土表面lO"--'159皿厚范围内的质量，即只能用于检测混凝土表面的质量。超声波法是在被测体的表面或钻孔内布置一定的测点，利用低频超声波测混凝土的波速，根据已知的标准状态的声速来检测混凝土的质量(均匀性及内部缺陷)和强度。测量时，可在被测体的表面、相向的两对侧面进行对测，也可以钻孔进行单孔或跨孔测量。其优点有：测试时超声脉冲穿透混凝土的全部厚度或较深的内部混凝土，试验结果能够较好地反映被测结构物的质量；测试工作有较好的灵活性；可

4、以在同一部位进行多次重复测试；无需钻孔检测混凝土结构内部缺陷。但是，超声波法测试数据受耦合条件和钢筋影响较明显。垂直反射法是种极小偏移距离(收发距离很小)的反射方法，其工作原理是由发射探头向混凝土块发射一声脉冲波，在波传播过程中遇到波阻抗有明显差异(如架空、蜂窝等)时将产生反射波而返回到混凝土表面被接收传感器接收。通过对记录下的弹性波信号的振幅、相位、频率等进行分析，即可判断出混凝土中的缺陷。该方法可在混凝土单表面进行，当向被探测对象激发一纵波时，传感器所接收到的反射信号中只有纵波，不含横波等其它类型的转换

5、波，记录波型的成份单一，资料分析十分简单。但它要求反射震源和接收检波器必须具有短余振特性，并要解决好高频与大功率之间的矛盾。雷达法是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过发射天线定向送人地下，经过存在电性差异的混凝土反射后返回地面，被接收天线接收，电磁波在混凝土传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过混凝土的电性与状态而变化。当发射与接武汉理工人学硕上学位论文收天线以固定的间距沿测线同步移动时，就可以得到反映测线以下混凝土缺陷分布情况的雷达图像。混凝土均～性差时(如存在蜂窝、架空等)，这部分区域与周

6、围混凝土电性差异增大，反射波增强；当其完整致密时，混凝土性质相对均匀，反射波很弱。该方法可根据波形记录直接分析混凝土内部缺陷的分布和形态，具有可视性；可根据探测深度、分辨率的要求选用不同频率的天线；可在结构物表面进行，灵活性较好，在同一部位可进行多次重复测试。但混凝土结构中布置的钢筋增加了混凝土内部缺陷雷达回波信号的识别难度。1．5红外热像检测原理红外热像技术是将不可见的红外辐射转化为可见图像的技术口¨，利用这一技术研制成的红外装置称为热成像装置或热像仪。热像仪是一种二维平面热成像的红外系统，它通过将红外辐

7、射能量聚集在红外探测器上，并转换为电子视频信号，经过电子学处理，形成被测目标的红外热图像，该图像用显示器显示出来。与可见光的热成像不同，它是利用目标与周围环境之间由于温度与发射率的差异所产生的热对比度不同，而把红外辐射能量密度分布图显示出来，成为“热像图”。将一个固定热量Q加在试样表面时，热流均匀地注入试样表面，并扩散进入试样内部，其扩散速度由试样内部性质决定。如果试样内部有缺陷(如裂纹、脱粘等)存在，则均匀热流就会被缺陷阻挡，经过时间延迟就会在缺陷部位发生热量堆积，在其表面产生过热点，也就是热斑，表现为温

8、度异常。用红外热像仪扫描试样表面，测量试样表面温度分布情况，当探测到过热点就可以断定出现过热点的部位存在缺陷。使用这种方法可以探测固体材料中的裂纹、空洞、夹杂、脱粘等缺陷。1．6红外热像检测系统(1)系统组成在热像仪中，具体实现由红外光变电信号乜2‘2钔，再由电信号变可见光的转换功能是由热像仪的各个部件来完成的。当代使用的热像仪大都采用光机扫描，这种热像仪主要由光学系统、扫描器红外探测器、信号处理电路和显示记录装