浅析声波检测仪在无损检测中的应用

浅析声波检测仪在无损检测中的应用

陈华

广东省计量科学研究院广东广州510405

摘要：声波检测仪是通过向待测试件发射声脉冲，使其穿过试件，然后接收穿过试件后声脉冲信号，并测量声脉冲信号穿过试件的时间，能量衰减，频率变化等，以完成对待测试件的无损检测。声波检测仪主要由发射、接收、延迟、声时和幅值测量等部分组成。声波检测仪主要用于混凝土、岩体及岩芯试样、陶瓷、石墨等非金属材料和结构的声波或超声无损检测，可进行强度检测、结构内部缺陷检测、裂缝检测、结合面质量与破损层厚度检测、匀质性检测、结构厚度检测、桩基质量检测以及材料弹性力学检测等。

关键词：无损检测；声波检测仪；内部缺陷检测；

IntroductiontoAcousticDetectorApplicationinNDT

CHENhua

（1.GuangdongProvincialInstituteofMetrology，Guangzhou510405）

Abstract：Acousticdetectoristhroughtotestpiecesoftransmittingsoundpulse，makeitthroughthespecimen，andthenreceivethroughthespecimenafterthepulsesignal，andmeasuredthesoundpulsesignalthroughthespecimenofthetime，energyattenuationandfrequencyvariation，etc.，tocompletethetreatmentofnondestructivetestingoftestpieces.Soundwavedetectorismainlycomposedoftransmitting，receiving，delay，suchasamplitudemeasurementnoiseandparts.Acousticdetectorismainlyusedinconcrete，rockandcoresample，ceramic，graphiteandothernon-metallicmaterialsandstructureofthesoundwavesorultrasonicnondestructivetesting，strengthtesting，thestructurecanbeinternaldefectsdetection，crackdetection，combinedwiththesurfacequalityanddamagetodetectthethicknessofthelayerfordetecting，homogeneity，todetectthethicknessofthestructure，thepilequalitydetectionandmaterialmechanicsofelasticity，etc.

0引言

声波检测仪是通过向待测试件发射声脉冲，使其穿过试件，然后接收穿过试件后声脉冲信号，并测量声脉冲信号穿过试件的时间，能量衰减，频率变化等，以完成对待测试件的无损检测。声波检测仪主要由发射、接收、延迟、声时和幅值测量等部分组成。

声波检测仪主要用于混凝土、岩体及岩芯试样、陶瓷、石墨等非金属材料与结构的声波或超声无损检测，可进行强度检测、结构内部缺陷检测、焊缝检测、结合面质量与破损层厚检测、匀质性检测、结构厚度检测、桩基质量检测以及材料弹性力学参数检测等。

1.检测原理

声波透射法指在预埋测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介中传播的声时，频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测的方法，本方法试用与已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。

2.声波检测仪组图

图1声波检测仪组成

图2声波检测仪主机

图3声波检测仪探头

3．计量特性

声时测量相对误差：电信号测量优于±0.5%，声信号测量优于±1.0%。

幅值测量级线性：每6dB优于±0.9dB，最小分度至少为1dB，总线性范围不低于产品技术指标要求。

幅值测量范围：≥60dB。

发射电压稳定度：优于±5%/小时。

接收系统频率响应：（10~250）kHz频率范围内不均匀度不小于12dB。

发射换能器谐振频率：偏差不超过标称频率值的±10%。

通道隔离度：对于多通道声波检测仪，在换能器标称频率处应大于40dB。

4．检测依据

⑴建筑基桩检测技术规范JGJ106-2014

⑵公路工程基桩洞测技术规程JTG/TF81-01-2004

⑶铁路工程基桩无损检测规范TB10218-2008

⑷超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS02：2005

⑸超声法检测混凝土缺陷技术规程CECS21：2000

⑹铁路工程结构混凝土强度检测规程TB10426-2004

5.混凝土缺陷超声检测方法

检测前应掌握和取得以下有关结构情况的资料：

①工程和结构名称。

②混凝土原材料品种和规格。

③混凝土浇筑和养护情况。

④结构尺寸和配筋施工图或钢筋隐蔽图。

⑤结构外观质量及存在的问题。

可根据检测要求和结构外观质量，选择对混凝土质量有怀疑的区域（以下简称测区）进行测试。

测区混凝土表面应清洁、平整，必要时可用砂轮磨平或用高标号快凝砂浆抹平。

以质量正常的混凝土首波幅度不小于30mm为前提，应选用较高频率的换能器。

换能器应通过耦合剂与结构表面接触，耦合层中不得夹杂泥砂或空气。检测时应采用普测与细测相结合的方法。普测的测点间距宜为（200～500）mm（平测法例外），对出现可疑数据的区域，应加密布点进行细测。

测量之前应视测试距离（以下简称测距）大小将仪器的发射电压调在某一档，并以扫描基线不产生明显噪音干扰为前提，将仪器“增益”调至较大位置保持不动。声时测量时，应将发射换能器（以下简称T换能器）

和接收换能器（以下简称R换能器）分别耦将接收信号首波调至一定高度，再调节游标脉冲，用其前沿对准首波前沿基线弯曲的起始点，读取声时值ti（精确至0.1μs），该测点混凝土声时值应按下式计算：

（1）

式中tci——第i点混凝土声时值（μs）；

ti——第i点测读声时值（μs）；

t0——声时初读数（μs）。

波幅测量时，应在保持换能器良好耦合状态下采用下列两种方法之一进行读取：

①刻度法：将衰减器固定在某一衰减位置，从仪器示波屏上读取首波幅度（格数）。

②衰减值法：采用衰减器将首波幅度调至一定高度（如5mm或刻度一格），读取衰减器上的dB值。

频率测量时，应先将游标脉冲调至首波前半个周期的波谷（或波峰），读取声时值t1（μs），再将游标脉冲调至相邻的波谷（或波峰），读取声时值t2（μs），由此即可按下式计算出该点（第i点）第一个周期波的频率fi（精确至0.1kHz）。

（2）

距离，测量误差不应大于±1%。

波形观察时主要观察接收信号的波形是否畸变或包络线的形状，必要时可描绘或拍照

6.参考文献：

[1]赵阳，曹建，舒杰.便携式超声波基桩检测仪设计[J].传感器与微系统，2013，32（9）：97-100.

[2]秦树人.虚拟仪器——测试仪器从硬件到软件[J].振动.测试与诊断，2000，20（1）：1-6.

[3]姚秋平.声波检测仪检定规程[J].北京：国家质检总局，2004

[4]吴建平.传感器原理及应用[M].机械工业出版社.2009（8）

[5]王译东.工程测试技术基础[M].华中科技大学出版社.2010

[6]陈传岭，张庆，朱卫民.声波检测仪声时检定装置的设计与应用[J].计量技术，2017（8）.

[7]KeilSoftware.TheFinaWorldOnthe8051[M].Germany：KeilElektronikGmbhandKeilsoftware，1997.

[8]张正.超声波探伤信号的数字处理技术的研究[D].天津大学，2007

作者简介：陈华（1986-），男，硕士，主要研究方向：电声、超声、振动、冲击、声学测量研究；