[發(fā)明專利]一種基于合成孔徑超聲成像技術(shù)的無損檢測方法

有效

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• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102967657A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓慶邦;王茜;徐杉;趙勝永;朱昌平;李建;殷澄;單鳴雷
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學常州校區(qū)
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種用于混凝土結(jié)構(gòu)，特別是對橋梁T梁、廂梁中預(yù)應(yīng)力孔道波紋管壓漿質(zhì)量進行無損檢測的裝置及方法，屬于超聲無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無論是工業(yè)及民用建筑，還是公路、鐵路、水利及水電工程等都廣泛使用混凝土材料，混凝土的質(zhì)量關(guān)系到整個工程的質(zhì)量。傳統(tǒng)的混凝土檢驗方法是在澆筑地點隨機抽取試樣，對試樣進行抗壓強度試驗，由試驗結(jié)果來評定混凝土的強度。這種檢測不能代表所有情況，且具有破壞性。近幾年，無損檢測技術(shù)作為檢測混凝土質(zhì)量的有效方法，越來越受到關(guān)注。

目前常用的混凝土無損檢測方法有：

（1）回彈法：以在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上測得的回彈值和碳化深度來評定混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件強度的一種方法。它簡單、經(jīng)濟，但只能測得混凝土表層的質(zhì)量狀況，應(yīng)用范圍受到了極大的限制。

（2）沖擊回波法：用激振源在混凝土表面沖擊來產(chǎn)生應(yīng)力波，然后由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)過主機分析用于計算混凝土的厚度、探測內(nèi)部的孔洞、裂縫、剝離等缺陷。由于該法采用單面測試，特別適合于只有一個測試面如路面、護坡、底板、跑道等混凝土的檢測。

（3）表面波頻譜成像法：一種建立于應(yīng)力波在層狀彈性介質(zhì)傳播理論基礎(chǔ)上的檢測方法。這里所討論的波陣面是一個圓柱體，同意波長的瑞利波傳播特性反映了梁體內(nèi)部沿水平方向的變化情況。

（4）探地雷達法：探地雷達利用寬帶短脈沖（脈沖寬為數(shù)納秒以至更小）形式的高頻電磁波（主頻十數(shù)兆赫至數(shù)百以至千兆赫）通過天線由地面送入地下，經(jīng)地層或目標體反射后返回地面，然后用另一天線接收。它主要是利用不同介質(zhì)在電磁屬性上的差異會造成雷達反射回波的變化這一原理進行檢測，反射脈沖波形明顯程度是探地雷達圖像地質(zhì)解釋的重要依據(jù)。

（5）聲發(fā)射技術(shù)：該技術(shù)是利用結(jié)構(gòu)受荷載時所發(fā)射AE信號的能量、振幅、波長和頻率等，來確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或潛在缺陷的形成機理。

（6）超聲波CT法：即將計算機層析成像（CT）技術(shù)用于混凝土超聲波檢測。該方法首先將待檢測混凝土斷面剖分為諸多矩形單元，然后從不同方向?qū)γ恳粏卧M行多次超聲波射線掃描，最后將數(shù)據(jù)進行計算成像。

混凝土是由水泥石、砂、碎石或卵石等不同的原材料組成，結(jié)構(gòu)比較復雜，內(nèi)部存在各種不同的界面。彈性波在混凝土中傳播時，如遇有結(jié)塊空腔等內(nèi)部缺陷或組織，就會被這些結(jié)構(gòu)散射，產(chǎn)生回波信號。這些回波信號帶有物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特性信息，將其進行處理，可以得到混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但是混凝土本身的特性，使得高頻波段在其中的衰減較大，同時，波在混凝土中傳播的指向性也較差。故而目前的裝置、方法檢測的準確度及精度還都無法達到工程要求，實測中經(jīng)常出現(xiàn)誤判。

合成孔徑模式是向一定范圍發(fā)射均勻的波束，將反射回來的波經(jīng)過高性能計算機處理，做成圖像。該方法將低成本的小孔徑、低功率天線或換能器接收到的較弱的回波信號進行合成，從而得到較清晰的數(shù)據(jù)圖像。其優(yōu)勢在于：1、提高了聚焦區(qū)域的橫向分辨率；2、能夠在聚焦區(qū)域產(chǎn)生動態(tài)聚焦效果。目前，合成孔徑技術(shù)已在雷達、聲納方面得到了廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對混凝土質(zhì)量檢測，提出一種較以往更為精確、直觀、經(jīng)濟的無損檢測裝置及方法，從而更好地提取出壓漿密實度缺陷等信息，更有效地對橋梁或建筑等混凝土結(jié)構(gòu)進行質(zhì)量監(jiān)測和維護。

為了達到上述目的，本發(fā)明主要采取的技術(shù)方案有：

一種基于合成孔徑超聲成像技術(shù)的無損檢測裝置，包括：產(chǎn)生大功率脈沖信號的信號激勵模塊，與所述信號激勵模塊相連的信號發(fā)射接收模塊，與所述發(fā)射接收模塊相連的信號采集模塊，基于合成發(fā)射孔徑成像技術(shù)的信號處理模塊與顯示模塊，所述信號處理模塊與信號采集模塊相連接，所述顯示模塊與信號處理模塊相連接，用于以彩色圖片的形式直觀地展示整個檢測結(jié)果。

上述信號激勵模塊包括以放電原理為核心的高頻大功率脈沖信號發(fā)生器、以高頻功率放大器為核心的功率放大模塊；所述大功率脈沖信號發(fā)生器采用控制電容充放電產(chǎn)生高壓信號，再經(jīng)過脈沖變壓器大幅度增大信號幅值來激發(fā)脈沖信號的方案，與所述功率放大模塊相連接。

上述信號發(fā)射接收模塊包括發(fā)射換能器、接收換能器陣列、旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)；所述旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)與發(fā)射換能器和接收換能器陣列相連，用于帶動所述接收換能器陣列繞發(fā)射換能器進行360度旋轉(zhuǎn)。

上述發(fā)射換能器為單個與所述信號源相匹配的圓形大功率壓電陶瓷發(fā)射換能器，用于發(fā)射超聲信號，與所述信號激勵模塊相連。