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传感器技术
提高超声法检测混凝土缺陷准确度的探讨
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摘要:常觏的混凝土检测采用破损检测,它只能对同一试件进行一次测试并损坏试件,而且无击检测出
混凝土内部缺陷的位置与大小,也不能判断结构物遭受破坏的程度等,而无损检测方法可避免这些不足,
因此在工程实际中日益得到重视和应用。无损检测方法很多,讨论的是其中的超声法,分析了超声波的基
本特性、传播特点、检测中引起的误差及补偿,以及由此提高这一无损检测技术的准确度等。
苎键:重塑笪蘧频率兰性;指向特性;塑三昆毛上皇舀
中国分类号: 文赫标识码: 文章编号:—一

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引言
随着《超声法检撄混凝土缺陷技术规程》的颁布

实施,这一无损检测方法来判断混凝土缺陷的技术
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正在得到越来越广泛的应用。能
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混凝土的无损检测方法,可对同一试件进行多
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次重复试验,直接迅速地测定混凝土的强度、内部缺
陷的位置与大小,还可以判断结构物遭受破坏的程
度等,这是用破损检验方法难以办到的,所以无损检
酒受到普遍重视。
图超声波发射器的鞭翠特性
目前,国内混凝土质量无损检测在多影响因素. .
以及测试仪器性能改进方面进行了大量的试验研究为发射器的中心频率,即,在该
工作,本文就如何提高超声法检测混凝土缺陷技术频率处,发射器所产生的超声波最强,即超声声压能
准确度进行一些探讨。级最高,而在两侧,声压能级迅速衰减。因此在使
超声波的基本特性用当中,一定要用频率接近的交流电压来驱动超
这里所指的基本特征主要是讨论频率特性和指声波发射器。
向特性。图为某超声波接收器的频率特性。其中为
. 频率特性中心频率。由图知,当并联电阻较大时,曲线在处
囝为某超声波发射器的颓率特性曲线。最尖锐,接受灵敏度最高,可知超声波具有较好的选
频特性,其特性优势与并联电阻器有关。
收稿日期:一—
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传感器技术第卷
混凝土中超声波传播的特点
超声波在物质内的传播速度,一般可由下式表
示:
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式中为泊松比;
为密度;
接收频率, 为杨氏模量。
叠矗声波接收■的颤章特性首先,在混凝土中传播声能衰减大,这主要是由
岫曲匾憎出曲口帼于混凝土中的水泥石、砂、碎石或卵石等组成物均具
. 指向特性有不同的声阻抗,同一强度的超声波,在金属材料中
实际舶超声波发射器,系通过超声波传感器实现传播的速度比混凝土中大得多。如果要提高在混凝
的。由于该传感器压电晶片是一个圆形片,故可以把土中传播的距离,除增大发射功率外,还必须采用频
其表面划分为许多小点,把每个点都看作为一个振荡率较低的超声波。这是由于当超声波的波长大于混
元,辐射出一个半球面波一子波,这些子渡虽没有指凝土中骨料粒径或孔隙时,它能绕过颗粒或孔隙前
向性,但离开传感器的空间某一点舶声压是这些子波进,减少因散射的能量衰减。
叠加的结果,都具有指向性,如图所示,当。其次,超声波在混凝土中传播的方向性较差。
时,,声压减小。实验结果表明:超声波束的扩散角与频率成反比。
相对灵敏度且由上分析可知,在混凝土中常采用较低频率的超
声波,因而扩散角将会增大;在骨料和水泥石的界面
以及其他声阻抗发生变化的界面上超声波被反射,
这种反射是杂乱的,使入射波束向四周散射,降低波
束的方向性。由于超声波束的扩散角与频率成反
比,所以在混凝土中常采用较低频率的超声波例如
~,这样波束的扩散角将增大。图给
圈超声波传摩器的指向特性
啦呲嗍% 出了产生的超声波电路。

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圈超声波发送电路
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第期沈国伟等:提高超声法检测混凝土缺陷准确度的探讨
此时可选用超声波振子。电路由
振荡电路与超声波激励电路组成。振荡电路
采用中三个门电路与电容和电阻组成,
中剩下的一个门电路用于通/断控制振荡器
的输出。激励电路采用,激励器输出电压
振幅约±,其振荡频率为
儿× × Ⅳ,
式中Ⅳ为用于调整振荡频率。
由此可知,混凝土中超声波传播的特点,使检测
结果产生较大误差。通常可先测出超声波在该混凝
圈趣再设接收电碍
土中的传播速度,一般超声波在混凝土中的传播
. ∞
速度可用: × 『,其中为超声波通
×的强度,但未换算到标
过的距离,为超声波传播的