沖擊回波法檢測PPT課件

1、沖擊回波法 一 概述 二 沖擊回波法原理 三 沖擊回波法相對的特點 四 檢測中應注意的問題 五 IES 掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng) 六 PIES便攜式?jīng)_擊回波測試儀 七 總結(jié)第1頁/共20頁一 概述 混凝土在載荷和外界環(huán)境的作用下會出現(xiàn)不同程度的損傷。其中內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生與擴展使混凝土強度下降并最終導致混凝土的破壞。目前常用的質(zhì)量檢測的方法主要是鉆芯取樣法、回彈法以及超聲波法，雷達法等。每種方法都有自己的適用范圍和局限性。目前，許多混凝土結(jié)構(gòu)，如路面、機場跑道、底板、護坡、擋土墻、筏型基礎、隧道襯砌、大壩等，只存在單一測試面，而從事砼結(jié)構(gòu)評估、修補工作的工程師們往往對以上結(jié)構(gòu)砼的厚度比較重視，因為這

2、些結(jié)構(gòu)砼的厚度如達不到設計要求，將會影響結(jié)構(gòu)的整體強度及其耐久性，造成工程隱患，甚至引起嚴重工程事故，所以用無損檢測方法測試結(jié)構(gòu)砼的厚度是有重要意義和實用價值的。無損檢測方法很多，為了檢測只存在單一測試面的結(jié)構(gòu)砼的厚度及其內(nèi)部缺陷，國際上從八十年代中期開始研究一種新的無損檢測方法-沖擊回波法。沖擊-回波法應用于砼構(gòu)筑物無損檢測，具有簡便、快速、設備輕便、干擾小、可重復測試等特點。第2頁/共20頁 沖擊回波法是基于應力波的一種檢測結(jié)構(gòu)厚度、缺陷的無損檢測方法。在20世紀80年代，國外的一些專家就對該方法進行了研究。沖擊回波技術發(fā)展非常迅速，目前已有IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)、帶表面波的沖擊回波系統(tǒng)

3、、超薄沖擊回波檢測系統(tǒng)等多種類型，可根據(jù)工程需要進行選擇。IES是IE技術發(fā)展的一大突破，不僅可以快速連續(xù)檢測，而且增加了檢測項目如預應力管灌漿情況等，此外還可對結(jié)構(gòu)厚度、缺陷進行三維成像。表面波型沖擊回波系統(tǒng)無需取芯標定，就可準確檢測混凝土的厚度。超薄型沖擊回波系統(tǒng)可檢測最小厚度約5cm的板狀結(jié)構(gòu)，拓寬了沖擊回波方法的厚度檢測范圍。目前應用比較廣泛的沖擊回波法是IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)。第3頁/共20頁 二 沖擊回波法原理 沖擊回波法是利用一個短時的機械沖擊（用一個小鋼球或小錘輕敲混凝土表面）產(chǎn)生低頻的應力波，應力波傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，被缺陷和構(gòu)件底面反射回來，這些反射波被安裝在沖擊點附近的傳感

4、器接收下來（如圖1所示）并被送到一個內(nèi)置高速數(shù)據(jù)采集及信號處理的便攜式儀器。將所記錄的信號進行幅值譜分析，譜圖中的明顯峰正是由于沖擊表面、缺陷及其它外表面之間的多次反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振所致，它可以被識別出來并被用來確定結(jié)構(gòu)砼的厚度和缺陷位置。圖1 沖擊-回波法原理圖 第4頁/共20頁 上述原理圖中，接收器接收到反射波后，通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換將時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，然后確定回波的頻率峰值F，深度計算結(jié)構(gòu)的厚度或缺陷D = (b * VP)/2f（其中b是形狀系數(shù)，對板/墻來說是，對于梁和柱該值更小，根據(jù)厚度和寬度的比值確定，VP是壓縮波波速）。圖2給出了無缺陷處和有缺陷處的測試結(jié)果對比。圖2說明：上

5、圖：無缺陷處只有一個頻率峰值，可獲得厚度信息下圖：缺陷處存在多個頻率峰值，可根據(jù)曲線形狀判斷缺陷性質(zhì)及深度圖2：無缺陷和有缺陷頻域圖比較第5頁/共20頁三 沖擊回波方法相對于超聲波方法的優(yōu)點 1、沖擊回波方法只需一個測試面，而超聲波方法需兩個測試面，這在很多情況下很難做到。 2、沖擊回波方法使用比超聲波更低頻的聲波（IE頻率范圍通常在220 kHz），這使得沖擊回波方法避免了超聲波測試中遇到的高信號衰減（high signal attenuation）和過多雜波干擾問題。 3、沖擊回波方法不需耦合劑，單手即可操作，標定后每個測點直接得出結(jié)構(gòu)厚度或缺陷位置、深度信息。而超聲波方法需耦合劑，兩個探

6、頭加大了操作的難度。同時需大量數(shù)據(jù)對比才能確定缺陷的位置，但不能確定缺陷深度。 4、沖擊回波方法最深可測180cm的結(jié)構(gòu)，而對于超聲波方法測試同樣厚度將非常困難，特別是兩個測試面不易接觸的情況下。 由以上可以看出，IE沖擊回波方法具有超聲波方法無可比擬的優(yōu)越性，該方法將隨著技術的不斷完善和發(fā)展，成為混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測的一個重要方法。第6頁/共20頁四、檢測中應注意的問題 1）表面處理 一般路面施工都有一道拉毛工序，此道工序會使砼路面不平整，同時使得表層產(chǎn)生微裂隙，如果不經(jīng)過任何處理就用沖擊回波法測厚，很難甚至不能得出結(jié)果，原因之一是傳感器與待測表面耦合不良，很難接收到信號，從而使信號微弱；原因

7、之二是微裂隙的存在使測試條件更復雜，所得信號質(zhì)量不好，雜波較多，有用信號不突出，所以在檢測之前，一定要對表面進行處理，用砂輪將待測點周圍磨平，至少將拉毛層磨掉。第7頁/共20頁2）傳感器的設計 用于測厚的傳感器必須具有較寬的頻帶范圍，以適應不同厚度砼的檢測，另外，傳感器還必須有適宜的靈敏度，使得有用信號突出，干擾信號減低到最低限度，從而提高信號質(zhì)量，使測試結(jié)果更精確。為此，我們公司研制開發(fā)了一種新型傳感器，專用于砼路面厚度的檢測。3）沖擊器的選擇 對于不同厚度的砼板，其瞬態(tài)共振頻率是不一樣的：對于較厚的砼板，此頻率值較低，對于較薄的砼板，此頻率值較高，應選擇一種能產(chǎn)生相應頻率應力波但又有足夠的

8、能量的沖擊器，使得砼板能產(chǎn)生瞬態(tài)共振，接收信號較強且質(zhì)量較高。第8頁/共20頁4）聲速的測量 在沖擊回波法測厚時，聲速的測量也是至關重要的-聲速越精確，所得的測厚結(jié)果就越精確。在實際應用中，聲速的測量有幾種可行方法：回波法確定混凝土的波速，然后用該波速檢測結(jié)構(gòu)的其它部位。 直接用沖擊回波法測量P波波速來確定，此方法允許測量結(jié)構(gòu)上任一點的波速。用超聲平測法測量混凝土的聲速（如圖3所示）。在混凝土結(jié)構(gòu)中不同部位的波速往往是變化的，或者在某些情況下其厚度未知，還得進行取芯，所以第一種方法不太可?。挥玫诙?、三種方法測得的聲速值比較接近，一般測試時優(yōu)先采用第二種方法，除非條件不具備，再考慮采用其他兩種方

9、法。 圖3第9頁/共20頁五 IES 掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)（1）IE和IES簡單介紹： IE方法一直被公認是一種對混凝土構(gòu)件進行無損檢測的強大工具，但IE方法的最大局限性是測試速率較低。一般來說，普通的IE系統(tǒng)每小時可測3060個點，這就限制了該方法只能用于測試較小、非常關鍵的部位。掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)的研制成功，徹底解決了該問題。IE測試可用于評估板、梁、柱、墻、公路路面、飛機跑道、隧道和大壩等結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀況。IE方法能夠發(fā)現(xiàn)混凝土、木材、石材和砌體中的孔洞、蜂窩、裂縫、剝離以及其它缺陷。如果已知混凝土構(gòu)件的厚度，IE法可以還預測早期混凝土的強度。第10頁/共20頁 以下為沖擊回波檢測結(jié)構(gòu)的

10、幾個現(xiàn)場實例，其中圖7表面波和沖擊回波聯(lián)合使用，在單面情況下，可準確獲得混凝土波速，進而求得更精確的厚度值 。圖4 沖擊回波方法檢測橋梁 圖5 沖擊回波法檢測隧道 圖6 沖擊回波法檢測公路 圖7 表面波、沖擊回波法聯(lián)合檢測橋面 第11頁/共20頁 IES方法是在IE的基礎上，將固定的單個傳感器變?yōu)闈L動傳感器，從而極大地加快了測試速度。IES掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)是目前最先進的沖擊回波測試儀。如圖8所示，IE方法只有一個接收傳感器，每測試一點螺線管沖擊一次。而IES方法采用掃描式滾動傳感器，并采用螺線管沖擊器進行連續(xù)沖擊，極大地提高了檢測效率。 圖8左上角為IES系統(tǒng)，采用滾動接收傳感器；右下角

11、為傳統(tǒng)IE系統(tǒng)，只有一個接收傳感器第12頁/共20頁 圖9 圖10圖9和圖10均為IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)儀器。第13頁/共20頁（2）IES技術規(guī)格和參數(shù)： 1、測試厚度范圍：950cm； 2、測試精度：2（在已知厚度處標定后）； 3、英制或公制顯示；4、測試時不需要耦合劑；5、測試時只需一個測試面；6、測試速度是慢速步行的速率；7、滾動傳感器，每隔1 英寸（2.54cm ）進行一次測量；8、對表面有油漆或粘結(jié)良好的瓷片，同樣可以測試；9、對板厚度或內(nèi)部缺陷可進行三維成像，更直觀顯示缺陷。第14頁/共20頁（3）具有以下優(yōu)點：1. 只需一個測試面2. 不需要耦合劑3. 測試迅速，每小時可測2

12、0003000 個點4. 檢測結(jié)構(gòu)可靠、準確5. 可對結(jié)果進行三維成像，快速、直觀顯示缺陷 。圖11至圖14為三維成像測試結(jié)果。圖11 厚度變化處的三維成像 圖12 板中蜂窩缺陷的三維成像 第15頁/共20頁圖13 預應力管中未灌漿區(qū)域的缺陷成像 圖14 板中孔洞缺陷的三維成像IES不僅極大地提高了傳統(tǒng)沖擊回波的檢測速度，而且解決了檢測預應力管灌漿情況的大難題。實踐證明，IES方法是一種非常可靠、有效的檢測方法，是混凝土結(jié)構(gòu)檢測技術的一次突破 。必將為混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測起到非常積極的作用 。第16頁/共20頁六 PIES便攜式?jīng)_擊回波測試儀 PIES便攜式?jīng)_擊回波測試儀是目前世界上最輕便、測

13、試范圍最廣的沖擊回波系統(tǒng)，測試范圍達0.0510m。主要用于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷檢測，還被用于混凝土新舊結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制，它能計算出軸壓強度和混凝土的靜態(tài)彈性模量，PIES可用反射壓力波來判斷混凝土早期微小裂縫，以防止反復融凍和各種物理化學因素對混凝土成分和結(jié)構(gòu)造成的破壞進一步擴大。圖15 PIES便攜式?jīng)_擊回波儀第17頁/共20頁其產(chǎn)品特點：（1）首次真正意義上的便攜式?jīng)_擊回波系統(tǒng)，能用帶電池的掌上電腦進行數(shù)據(jù)選擇和存儲；（2）首次在一個便攜式系統(tǒng)內(nèi)綜合實施沖擊回波技術；（3）首創(chuàng)具有帶壓力和頻率控制實用電子觸發(fā)多沖擊頭壓力波生成裝置；（4）運用數(shù)學運算法則判斷表面裂縫長度（5）頻率范圍廣：1Hz100Hz，設計了一個體積小、成本低、信號數(shù)字化豐富的全新數(shù)字轉(zhuǎn)換器，傳輸率1G樣本/秒，它是唯一一個適合膝上和掌上電腦的信號轉(zhuǎn)換器；（6）首次能用回波技術測量到10米