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無損檢測(cè)新技術(shù)-掃描式?jīng)_擊回波法

閱讀:865發(fā)布時(shí)間:2011-8-31

IE(Impact Echo)沖擊回波方法介紹   

(一)、沖擊回波方法概述
沖擊回波法是基于應(yīng)力波的一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)厚度、缺陷的無損檢測(cè)方法。早在20世紀(jì)80年代,美國(guó)科內(nèi)爾大學(xué)的Mary Sansalone博士就對(duì)該方法進(jìn)行了研究。IE方法不僅能夠快速確定混凝土、砌體結(jié)構(gòu)中的孔洞、蜂窩、裂縫、剝離以及其它缺陷,而且能夠確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的厚度以及缺陷的深度。IE法的一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)是:只需要一個(gè)測(cè)試面就可進(jìn)行測(cè)試。
沖擊回波技術(shù)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)、超薄沖擊回波檢測(cè)系統(tǒng)等多種類型,可根據(jù)工程需要進(jìn)行選擇。IES是IE技術(shù)發(fā)展的一大突破,不僅可以快速連續(xù)檢測(cè),而且增加了檢測(cè)項(xiàng)目如預(yù)應(yīng)力管灌漿情況等,此外還可對(duì)結(jié)構(gòu)厚度、缺陷進(jìn)行三維成像,具體內(nèi)容見下文介紹。表面波型沖擊回波系統(tǒng)無需取芯標(biāo)定,就可準(zhǔn)確檢測(cè)混凝土的厚度。超薄型沖擊回波系統(tǒng)可檢測(cè)zui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(cè)范圍。目前,IE方法檢測(cè)的厚度范圍從5cm~180cm,*一般工程的檢測(cè)需要。
(二)、沖擊回波方法的原理
IE測(cè)試基本原理:如圖1所示。用一個(gè)小錘或沖擊器作為激振源在混凝土表面沖擊來產(chǎn)生壓縮波,然后用放置在沖擊器附近的接收傳感器接收反射回來的壓縮波。經(jīng)過分析后來計(jì)算混凝土的厚度、探測(cè)內(nèi)部的孔洞、裂隙、剝離等缺陷。對(duì)于無缺陷的平板、路面,沖擊回波試驗(yàn)中就會(huì)得到一個(gè)其底面的反射波,這樣在已知壓縮波的波速時(shí),就可以計(jì)算厚度了

 

圖1:沖擊回波原理示意圖
(其中source為產(chǎn)生壓縮波的激振源,receiver為反射波的接收器)

下面,對(duì)沖擊回波方法的厚度或缺陷深度計(jì)算進(jìn)行更詳細(xì)的說明。如圖2所示,接收器接收到反射波后,通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換將時(shí)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(jì)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(duì)板/墻來說是0.96,對(duì)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3給出了某測(cè)試點(diǎn)時(shí)域圖和頻域圖,圖4給出了無缺陷處和有缺陷處的測(cè)試結(jié)果對(duì)比。

  

圖2:沖擊回波原理圖

圖3:?jiǎn)吸c(diǎn)沖擊回波測(cè)試的時(shí)域和頻域圖

(三)沖擊回波方法相對(duì)于超聲波方法的優(yōu)點(diǎn)
1、沖擊回波方法只需一個(gè)測(cè)試面,而超聲波方法需兩個(gè)測(cè)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2~20 kHz),這使得沖擊回波方法避免了超聲波測(cè)試中遇到的高信號(hào)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(biāo)定后每個(gè)測(cè)點(diǎn)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(gè)探頭加大了操作的難度。同時(shí)需大量數(shù)據(jù)對(duì)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zui深可測(cè)180cm的結(jié)構(gòu),而對(duì)于超聲波方法測(cè)試同樣厚度將非常困難,特別是兩個(gè)測(cè)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*的*性,該方法將隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,成為混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)的一個(gè)重要方法。
(四)沖擊回波方法的應(yīng)用舉例
測(cè)試可用于評(píng)估板、梁、柱、墻、公路路面、飛機(jī)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(yù)測(cè)早期混凝土的強(qiáng)度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖4:無缺陷和有缺陷頻域圖比較

(圖4說明:上圖:無缺陷處只有一個(gè)頻率峰值,可獲得厚度信息   

 


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