超聲波檢測(cè)的基本原理精選(九篇)

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第1篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

從基本原理來說，自動(dòng)對(duì)焦可以分成測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦和聚焦檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦。

測(cè)距對(duì)焦主要有紅外線測(cè)距法和超聲波測(cè)距法，紅外線測(cè)距法，該方法的原理是由照相機(jī)主動(dòng)發(fā)射紅外線作為測(cè)距光源，并由紅外發(fā)光二極管間構(gòu)成的幾何關(guān)系，然后計(jì)算出對(duì)焦距離，超聲波測(cè)距法，該方法是根據(jù)超聲波在相機(jī)和被攝物之間傳播的時(shí)間進(jìn)行測(cè)距的。

相機(jī)上分別裝有超聲波的發(fā)射和接收裝置，工作時(shí)由超聲振動(dòng)發(fā)生器發(fā)出持續(xù)超聲波，超聲波到達(dá)被攝體后，立即返回被接收器感知，然后由集成電路根據(jù)超聲波的往返時(shí)間來計(jì)算確定對(duì)焦距離。紅外線式和超聲波式自動(dòng)對(duì)焦是利用主動(dòng)發(fā)射光波或聲波進(jìn)行測(cè)距的，稱之為主動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦。

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第2篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

人耳能聽到的聲音頻率為20Hz-20KHz,低于20Hz的聲波為次聲波,人耳是聽不到的,高于20KHz的聲波為超聲波,人耳也是聽不見的。超聲波之所以被廣泛用于醫(yī)療領(lǐng)域是因?yàn)樗性S多奇妙的特點(diǎn): 1.由于超聲波頻率高、波長短,他可以像光那樣沿直線傳播,使得我們有可能向某已確定方向上發(fā)射超聲波,2.聲波是縱波,可以順利地在人體組織里傳播。3. 超聲波遇到不同的介質(zhì)交接面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射波,這些特點(diǎn)構(gòu)成了今天超聲儀器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。

B超成像的基本原理是:向人體發(fā)射一組超聲波,按一定的方向進(jìn)行掃描。根據(jù)監(jiān)測(cè)其回聲的延遲時(shí)間,強(qiáng)弱就可以判斷臟器的距離及性質(zhì)。經(jīng)過電子電路和計(jì)算機(jī)的處理, 形成了我們今天的B超圖像。B超的關(guān)鍵部件就是我們所說的超聲探頭 (probe),其內(nèi)部有一組超聲換能器,是由一組具有壓電效應(yīng)的特殊晶體制成。這種壓電晶體具有特殊的性質(zhì),就是在晶體特定方向上加上電壓,晶體會(huì)發(fā)生形變,反過來當(dāng)晶體發(fā)生形變時(shí),對(duì)應(yīng)方向上就會(huì)產(chǎn)生電壓,實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)與超聲波的轉(zhuǎn)換。

B超工作過程為: 當(dāng)探頭獲得激勵(lì)脈沖后發(fā)射超聲波, (同時(shí)探頭受聚焦延遲電路控制,實(shí)現(xiàn)聲波的聲學(xué)聚焦。) 然后經(jīng)過一段時(shí)間延遲后再由探頭接受反射回的回聲信號(hào),探頭接收回來的回聲信號(hào)經(jīng)過濾波,對(duì)數(shù)放大等信號(hào)處理。然后由DSC電路進(jìn)行數(shù)字變換形成數(shù)字信號(hào),在CPU控制下進(jìn)一步進(jìn)行圖像處理, 再同圖表形成電路和測(cè)量電路一起合成視頻信號(hào)送給顯示器形成我們所熟悉的B超圖像,也稱二維黑白超聲圖像。

彩超在黑白B超圖像基礎(chǔ)上加上以多普勒效應(yīng)原理為基礎(chǔ)的偽彩而形成的。那么何謂多普勒效應(yīng)呢,當(dāng)我們站在火車站臺(tái)上聽有遠(yuǎn)處開來的火車笛叫聲會(huì)比遠(yuǎn)離我們的火車笛叫聲音調(diào)要高,也就是說對(duì)于靜止的觀測(cè)者來說,向著觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)物體發(fā)出的聲波頻率會(huì)升高,相反頻率會(huì)降低,這就是著名的多普勒效應(yīng)?，F(xiàn)代醫(yī)用超聲就是利用了這一效應(yīng),當(dāng)超聲波碰到流向遠(yuǎn)離探頭液體時(shí)回聲頻率會(huì)降低,流向探頭的液體會(huì)使探頭接收的回聲信號(hào)頻率升高。利用計(jì)算機(jī)偽彩技術(shù)加以描述,使我們能判定超聲圖像中流動(dòng)液體的方向及流速的大小和性質(zhì),并將此疊加在二維黑白超聲圖像上,形成了我們今天見到的彩超圖像。

二、 適用對(duì)象及范圍

JJG639-1998《醫(yī)用超聲診斷儀超生源》檢定規(guī)程的適用對(duì)象除單純的B超外還包括彩超及彩超中的黑白超。

現(xiàn)今通用B超多為多探頭的,高檔的可配十幾種,但規(guī)程所明確檢定范圍僅涉及腹部、心臟、小器官檢查診斷所用的機(jī)械扇掃、平面線陣、凸陣而不包括腔內(nèi)探頭和活檢穿刺探頭。

三、 操作要點(diǎn)

(一)聲輸出檢測(cè)

為確保臨床安全,與之密切相關(guān)的聲輸出參數(shù)即輸出聲強(qiáng),應(yīng)小于10mW/cm2檢定中應(yīng)注意兩個(gè)問題,因?yàn)楹镣吖β视?jì)是一種靈敏、準(zhǔn)確度高的超聲微功率測(cè)量儀器,水中的測(cè)量靶應(yīng)處于完全靜止?fàn)顟B(tài),確保周圍無任何干擾(如:有人員走動(dòng)或有氣流)盡量避免其震動(dòng)。對(duì)儀器探頭為凸陣、相控陣探頭,必須在現(xiàn)有功率計(jì)上加裝掩膜,測(cè)量1cm長度內(nèi)的有界功率計(jì),以保證全部聲能都射在輻射力天平的靶位上面無遺漏。

(二)盲區(qū)檢測(cè)

近場(chǎng)聚焦、中等增益、高對(duì)比度、中等亮度、線陣探頭在一幅內(nèi)完成判讀,其他探頭沿聲窗平移,依次讀出靶線。

(三)探測(cè)深度檢測(cè)

功率輸出最大,遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦,高增益,高對(duì)比度,高亮度,線陣耦合于縱向靶群上方,其他探頭的縱向軸線必須對(duì)準(zhǔn)縱向靶群。讀取縱向靶群中能夠明確成像靶線到聲窗的距離(總增益調(diào)滿時(shí)TGC失去作用)。

(四)軸向、側(cè)向分辨率的檢測(cè)

低增益,高對(duì)比度,將探頭耦合于所測(cè)靶群正上方聲窗表面,從體膜的最淺處開始分別聚焦所對(duì)應(yīng)的靶群,依次讀出所能分辨的最小軸向、側(cè)向靶線間隔,軸向分辨率取決于超聲波脈寬。側(cè)向分辨率取決于聲束寬度,但靶線圖像的橫向鋪展表現(xiàn)與儀器的焦點(diǎn)位置、與增益及亮度條件關(guān)系極大,在操作中應(yīng)尤為注意。另外,在讀取側(cè)向靶線間隔時(shí),若探頭置于靶群的斜上方,在靶線圖像為“斜線”的情況下讀分辨力是嚴(yán)重的操作錯(cuò)誤。正確的操作是:探頭置于靶群的正上方,在其圖像為“橫線”的情況下進(jìn)行判讀,相鄰靶線圖像必須完全斷開,不能“是斷非斷”。

(五)幾何誤差的檢測(cè)

第3篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

1、橋梁檢測(cè)的背景

橋粱在長期的使用過程中難免會(huì)發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷。損傷的原因可以是使用、維護(hù)不當(dāng)、車禍?zhǔn)鹿实热藶橐蛩?也可能是地震、風(fēng)暴等自然災(zāi)害。此外某些要道上交通量以大大高于預(yù)測(cè)流量的速度猛增也加劇了橋梁結(jié)構(gòu)的自然老化。這些因素均導(dǎo)致了橋梁承載能力和耐久性的降低,甚至影響到運(yùn)營的安全。由此而引起的一系列問題都需要相應(yīng)的維修、改造和加固來解決。而這些維修、改造和加固工作又必須在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)詳細(xì)和系統(tǒng)的檢測(cè)的基礎(chǔ)上才能妥善的進(jìn)行。

2、橋梁檢測(cè)的特點(diǎn)

在目的方面,傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)往往僅是為了確定橋梁的損傷狀況,最多是在一定程度上對(duì)橋梁的繼續(xù)工作能力提出評(píng)價(jià)。然而橋梁健康檢測(cè)不僅獲得橋梁的損傷狀況或健康狀況,而且利用其智能系統(tǒng)中開放的數(shù)據(jù)庫的數(shù)字化參數(shù)積累,對(duì)已用的橋粱設(shè)計(jì)理論提供長期的、及時(shí)的由足尺寸真實(shí)構(gòu)件在真實(shí)環(huán)境下結(jié)構(gòu)響應(yīng)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證,繼而為研究發(fā)展橋梁理論提供低成本高效率的“試驗(yàn)”支持。以橋梁健康檢測(cè)作為設(shè)計(jì)的驗(yàn)證具有前所未有的優(yōu)越性,它比較模型試驗(yàn)而言。成本低,模型就是已有的橋梁,省去了模型制作費(fèi)用;效果真實(shí),完全的足尺寸.真實(shí)的環(huán)境.真實(shí)的載荷,數(shù)據(jù)的采集具有長期性,只要橋梁“健在”,數(shù)據(jù)就可以長期地收集下去。

在實(shí)現(xiàn)的手段方面,傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)的手段雖然有很大發(fā)展并且日趨成熟,但對(duì)這些手段的應(yīng)用往往是孤立的、被動(dòng)的。橋梁健康檢測(cè)通過現(xiàn)代的傳感與通信技術(shù)的運(yùn)用使得橋梁健康檢測(cè)智能系統(tǒng)像人的神經(jīng)系統(tǒng)將人體各部分協(xié)調(diào)起來一樣,將各種檢測(cè)手段通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有機(jī)地組合在一起,利用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫和信號(hào)軟件接口實(shí)現(xiàn)參數(shù)的采集和存放,并借助于瑚代通信寬帶的不斷拓寬和高速高容量的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)異地?cái)?shù)據(jù)采集,便捷、準(zhǔn)確、安全。在發(fā)展趨勢(shì)方面,橋梁健康檢測(cè)取代傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)已是大勢(shì)所趨。橋粱健康檢測(cè)可以為業(yè)主提供更加準(zhǔn)確和全面的檢測(cè)評(píng)定,而且可為設(shè)計(jì)人員提供前所未有的設(shè)計(jì)驗(yàn)證資料和理論研究依據(jù)。

3、常見的橋梁檢測(cè)技術(shù)

3.1　聲探測(cè)技術(shù)。聲探測(cè)技術(shù)主要包括超聲波探測(cè)技術(shù)、聲發(fā)散檢測(cè)技術(shù)和沖擊一回聲檢測(cè)技術(shù)。聲探測(cè)技術(shù)是目前發(fā)展最迅速的無損檢測(cè)。超聲波探測(cè)技術(shù)的基本原理是:超聲波能夠以一定的速度在某種材料中傳播,直至達(dá)到不連續(xù)點(diǎn)或抵達(dá)測(cè)試物的邊界時(shí)才反射回來。超聲波探測(cè)技術(shù)即利用聲脈沖在缺陷處發(fā)生特性變化的原理來進(jìn)行檢測(cè)。聲發(fā)散技術(shù)的基本原理是:大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料在受力后出現(xiàn)諸如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結(jié)構(gòu)損傷時(shí),就以聲波的形式釋放能量。它的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)處干荷載作用狀態(tài)下的橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行穩(wěn)定的監(jiān)視、并給出早期報(bào)警。沖擊――回聲是根據(jù)應(yīng)力波能夠在材料中傳播的原理設(shè)計(jì)的,基本的測(cè)試方法和超聲波相似。應(yīng)力波可以通過以下兩種方法產(chǎn)生:使用轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的應(yīng)力波稱為脈沖――回聲法,使用機(jī)械沖擊器產(chǎn)生應(yīng)力波稱為沖擊一回聲法。它同樣可以通過應(yīng)力渡的強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間測(cè)定缺陷的程度和位置。

3.2　電磁渡探測(cè)技術(shù)。電磁探測(cè)技術(shù)主要包括探地雷達(dá)技術(shù)和渦流檢測(cè)技術(shù)。探地雷達(dá)是利用電磁脈沖波發(fā)射原理來實(shí)現(xiàn)探測(cè)目的,它是利用超高頻短脈沖(106-109H z)電磁渡探測(cè)地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法。探地雷達(dá)是軍用技術(shù)民用化的典型代表,已經(jīng)在建筑物、橋梁和其他結(jié)構(gòu)評(píng)估中廣泛使用。其基本原理是將雷達(dá)脈沖傳進(jìn)被檢測(cè)材料,然后測(cè)量材料表面的反射量確定損傷。在橋梁無損中的典型應(yīng)用如混凝土中的鋼筋和孔道的定位以及缺陷和疲勞探測(cè)等。渦流的基本原理為電磁感應(yīng),主要應(yīng)用于檢測(cè)表面損傷。當(dāng)檢測(cè)線圈與導(dǎo)電材料的構(gòu)件表面靠近,并通以交流電時(shí),所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)將在構(gòu)件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流,呈環(huán)形渦流狀。電渦流的大小與分布受構(gòu)件材料介質(zhì)和表層缺陷的影響,根據(jù)所測(cè)電渦流的變化量,就可以判定材料表層的缺陷怕況。

第4篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

[關(guān)鍵詞]薄層 在役 超聲波檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）23-0063-01

1.引言

在工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)備設(shè)施使用中經(jīng)常會(huì)遇到一些需要進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)的表面附有異質(zhì)薄層的材料，如表面鍍膜、涂層等，尤其是在役的設(shè)備或結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)等。由于被檢的設(shè)備或結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境和狀態(tài)的限制，一般優(yōu)先使用超聲檢測(cè)材料內(nèi)部，使得檢驗(yàn)對(duì)生產(chǎn)和安全的影響能夠降到最低。但表面附有異質(zhì)的薄層會(huì)對(duì)超聲波檢測(cè)帶來很多的影響，以至于我們很多的標(biāo)準(zhǔn)都要求去除工件表面的異質(zhì)薄層之后才進(jìn)行檢測(cè)，以降低薄層對(duì)檢驗(yàn)的影響。去除薄層一般采用打磨、噴砂等方法，易產(chǎn)生火花、靜電、材料本身厚度可能減少、對(duì)工件表面易產(chǎn)生劃痕等一系列問題。對(duì)于在重視質(zhì)量、安全、環(huán)保的今天，去除薄層進(jìn)行檢測(cè)所帶來的增加的安全風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)材料本身產(chǎn)生的損傷、增加工時(shí)成本和對(duì)周圍環(huán)境的影響等不利因素亟需消除，使得如何能采取一種可以在使用超聲波檢測(cè)的同時(shí)又能不去除影響檢測(cè)的薄層的情況下對(duì)材料進(jìn)行精確可靠的檢測(cè)就是筆者撰寫該文的目的。

2.基本原理

修正的原理是把表面附有的異性材料薄層當(dāng)做探頭的晶片的一部分，把探頭晶片增厚的部分進(jìn)行修正，探頭晶片的厚度改變使得探頭的始脈沖和入射點(diǎn)發(fā)生改變。只要對(duì)始脈沖和入射點(diǎn)進(jìn)行修正就能使這種附有異性薄層的材料進(jìn)行正常檢測(cè)。

3. 修正方法

3.1 修正基礎(chǔ)

能夠在不去除薄層進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)條件是超聲波聲束不能夠因薄層的存在使聲束方向發(fā)生改變，該條件不需要任何修正即可滿足，具有超聲波基礎(chǔ)知識(shí)的人都知道超聲波入射角度公式，可以根據(jù)該公式得出入射角度不因入射到母材過程中存在多層異性材料薄層而影響聲束在材料內(nèi)部的傳輸。

3.2 儀器定標(biāo)的修正

對(duì)儀器水平定標(biāo)的修正采取平移的方法，即對(duì)水平定標(biāo)的儀器進(jìn)行平移，使對(duì)被檢測(cè)材料檢測(cè)時(shí)水平線性不發(fā)生改變。使儀器時(shí)機(jī)線進(jìn)行平移的方法就是增加或減少始脈沖時(shí)間，最終通過平移時(shí)機(jī)線使得儀器的水平線性在被檢測(cè)材料相匹配，即聲波的反射點(diǎn)的聲程與儀器上顯示的聲程等比例。這種方法的原理與探頭粘附保護(hù)晶片的原理等同，即把表面所附有的異性材料薄層在儀器上進(jìn)行忽略而便于對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)。

首先，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所使用數(shù)字超聲檢測(cè)儀和探頭在試塊上進(jìn)行正常定標(biāo)和靈敏度曲線等制作；然后，在材料上用對(duì)準(zhǔn)被檢測(cè)材料的端角或能夠反射最大回波的輪廓的位置，找到最大回波，條件儀器的起始脈沖的始脈沖時(shí)間，使儀器上的反射回波達(dá)到被檢測(cè)材料的正確聲程位置；量取反射回波到探頭前沿的實(shí)際位置，讀取儀器上顯示的反射點(diǎn)的水平距離，求出應(yīng)該補(bǔ)償修正的差值，在探頭前沿中修正探頭前沿。

3.3 儀器靈敏度的修正

靈敏度的補(bǔ)償修正可以采用各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中介紹的表面補(bǔ)償方法進(jìn)行修正，這里不進(jìn)行介紹。對(duì)該種材料進(jìn)行檢測(cè)的補(bǔ)償修正屬于表面補(bǔ)償修正范疇，但必須實(shí)際測(cè)試得出，這與表面的異性材料薄層的屬性差異非常大。

4. 結(jié)論

采用文中給出的修正方法前需要采用直探頭對(duì)被檢區(qū)域兩側(cè)進(jìn)行掃查，已確定薄層完全附著在材料上，避免薄層附著不良帶來的影響。該種方法可以有效的規(guī)避表面異性薄層對(duì)檢測(cè)的影響，可以使對(duì)材料檢測(cè)的方法和可靠性達(dá)到和常規(guī)材料一樣的級(jí)別，不會(huì)因?yàn)槿毕荻ㄎ缓挽`敏度問題使缺陷內(nèi)部的缺陷誤判或遺漏。

第5篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

[關(guān)鍵詞]超聲波 傳感器 疾病診斷 測(cè)距系統(tǒng) 液位測(cè)量

一、超聲波傳感器概述

1.超聲波

聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)的傳播形式。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz以上的聲波,其每秒的振動(dòng)次數(shù)很高,超出了人耳聽覺的上限,人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩,有兩種形式:橫向振蕩(橫波)及縱向振蕩(縱波)。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播,其傳播速度不同。另外,它也有折射和反射現(xiàn)象,并且在傳播過程中有衰減。超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律,與可聽聲波的規(guī)律并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。與可聽聲波比較,超聲波具有許多奇異特性:傳播特性──超聲波的衍射本領(lǐng)很差,它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播,超聲波的波長越短,這一特性就越顯著。功率特性──當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí),推動(dòng)空氣中的微粒往復(fù)振動(dòng)而對(duì)微粒做功。在相同強(qiáng)度下,聲波的頻率越高,它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高,所以超聲波與一般聲波相比,它的功率是非常大的?？栈饔茅ぉぎ?dāng)超聲波在液體中傳播時(shí),由于液體微粒的劇烈振動(dòng),會(huì)在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會(huì)使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用,從而產(chǎn)生幾千到上萬個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的相互作用,會(huì)使液體的溫度驟然升高,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發(fā)生乳化,并且加速溶質(zhì)的溶解,加速化學(xué)反應(yīng)。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱為超聲波的空化作用。

超聲波的特點(diǎn):(1)超聲波在傳播時(shí),方向性強(qiáng),能量易于集中;(2)超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播,且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離;(3)超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中,易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息(診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效應(yīng))。

2.超聲波傳感器

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。以超聲波作為檢測(cè)手段,必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器,習(xí)慣上稱為超聲換能器,或者超聲探頭。

超聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發(fā)射超聲波,也可以接收超聲波。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體(電致伸縮)及鎳鐵鋁合金(磁致伸縮)兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛(PZT)等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波,同時(shí)它接收到超聲波時(shí),也能轉(zhuǎn)變成電能,所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送,也能作接收。 超聲波傳感器由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成,換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中幅射;而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成,換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),將其變換成電能量,作為傳感器接收器的輸出,從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè)?？刂撇糠种饕獙?duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。

二、超聲波傳感器的應(yīng)用

1.超聲波距離傳感器技術(shù)的應(yīng)用

超聲波傳感器包括三個(gè)部分:超聲換能器、處理單元和輸出級(jí)。首先處理單元對(duì)超聲換能器加以電壓激勵(lì),其受激后以脈沖形式發(fā)出超聲波,接著超聲換能器轉(zhuǎn)入接受狀態(tài),處理單元對(duì)接收到的超聲波脈沖進(jìn)行分析,判斷收到的信號(hào)是不是所發(fā)出的超聲波的回聲。如果是,就測(cè)量超聲波的行程時(shí)間,根據(jù)測(cè)量的時(shí)間換算為行程,除以2,即為反射超聲波的物體距離。把超聲波傳感器安裝在合適的位置,對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物變化方向發(fā)射超聲波,就可測(cè)量物體表面與傳感器的距離。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器,但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化,即在發(fā)射超聲波的時(shí)候,將電能轉(zhuǎn)換,發(fā)射超聲波;而在收到回波的時(shí)候,則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

2.超聲波傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病,它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)受檢者無痛苦、無損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。

3.超聲波傳感器在測(cè)量液位的應(yīng)用

超聲波測(cè)量液位的基本原理是:由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號(hào),在氣體中傳播,遇到空氣與液體的界面后被反射,接收到回波信號(hào)后計(jì)算其超聲波往返的傳播時(shí)間,即可換算出距離或液位高度。超聲波測(cè)量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn):(1)無任何機(jī)械傳動(dòng)部件,也不接觸被測(cè)液體,屬于非接觸式測(cè)量,不怕電磁干擾,不怕酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等,因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長;(2)其響應(yīng)時(shí)間短可以方便的實(shí)現(xiàn)無滯后的實(shí)時(shí)測(cè)量。

4.超聲波傳感器在測(cè)距系統(tǒng)中的應(yīng)用

超聲測(cè)距大致有以下方法:①取輸出脈沖的平均值電壓,該電壓 (其幅值基本固定)與距離成正比,測(cè)量電壓即可測(cè)得距離;②測(cè)量輸出脈沖的寬度,即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t,故被測(cè)距離為 S=1/2vt。如果測(cè)距精度要求很高,則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長距離測(cè)量。

三、小結(jié)

文章主要從超聲波與可聽聲波相比所具有的特性出發(fā),討論了超聲波傳感器的原理與特點(diǎn),并由此總結(jié)了超聲波傳感器在生產(chǎn)生活各個(gè)方面的廣泛應(yīng)用。但是,超聲波傳感器也存在自身的不足,比如反射問題,噪聲問題的等等。因此對(duì)超聲波傳感器的更深一步的研究與學(xué)習(xí),仍具有很大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1]單片機(jī)原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社.

[2]栗桂鳳,周東輝,王光昕.基于超聲波傳感器的機(jī)器人環(huán)境探測(cè)系統(tǒng).2005,(04).

[3]童敏明,唐守鋒.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社.

第6篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

關(guān)鍵詞：橋梁工程；鉆孔灌注樁； 質(zhì)量檢測(cè)

Abstract: the cast-in-place pile foundation as a deep foundation, and suitable to be used in different geological conditions, widely used in bridge engineering foundation. This paper bridge engineering cast-in-place pile quality testing technology and method is discussed in this paper.

Keywords: bridge engineering; Bored piles; Quality testing

中圖分類號(hào)： U443.15+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1、前言

鉆孔灌注樁基礎(chǔ)作為深基礎(chǔ)的一種，能適應(yīng)于不同地質(zhì)條件，廣泛應(yīng)用于橋梁工程基礎(chǔ)中?；炷零@孔灌注樁是橋梁下部結(jié)構(gòu)施工的主要形式，這主要是由于樁能將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層中區(qū)，從而大大減少基礎(chǔ)沉降和建筑物的不均勻沉降，是一種極為有效，安全可靠的基礎(chǔ)形式。但灌注樁的成孔是在樁位處的地面水和水下完成的，施工工序多，質(zhì)量控制難度大，稍有不慎易產(chǎn)生斷樁等嚴(yán)重缺陷。據(jù)統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外鉆孔灌注樁的事故率高達(dá)5%-10%。因此，灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)就顯得格外重要。

2、鉆孔灌注樁的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1鉆孔灌注樁其優(yōu)點(diǎn)主要有：適應(yīng)性廣、承載力大、建造費(fèi)用低、減小環(huán)境污染和公害、抗震性能好等。

2.2鉆孔灌注樁的缺點(diǎn)主要有：樁身混凝土的質(zhì)量低于預(yù)制混凝土樁。當(dāng)灌注作業(yè)失誤時(shí)，還容易釀成斷樁、混凝土離析以及凝固不良等隱患。在松散地層成孔，需采取泥漿等擴(kuò)孔措施，施工現(xiàn)場(chǎng)容易產(chǎn)生泥水溢流，滿地泥濘，擴(kuò)孔不當(dāng)還易發(fā)生事故，因此，對(duì)樁身工程質(zhì)量檢測(cè)非常重要。

3、鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

3.1 鉆孔灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)。鉆孔灌注樁的工程質(zhì)量檢測(cè)主要包括以下幾方面的內(nèi)容。

3.1.1 成孔質(zhì)量檢測(cè)。成孔質(zhì)量檢測(cè)只要是判定成孔的孔徑是否符合設(shè)計(jì)要求，孔徑是否發(fā)生變化、是否傾斜，鉆孔是否發(fā)生塌孔、縮徑或擴(kuò)徑等問題，對(duì)于保證成樁質(zhì)量具有指導(dǎo)性意義。

3.1.2 施工過程檢測(cè)。主要是控制施工質(zhì)量，包括鉆進(jìn)速度、持力層判別、出漿情況、泥漿比重、鉆孔深度、傾斜度、孔底清渣、下鋼筋籠情況、混凝土用量及配比、混凝土坍落度和灌注情況及清樁頂混凝土等的檢測(cè)。

3.2超聲波檢測(cè)。超聲波檢測(cè)法的基本原理是超聲波檢測(cè)儀中的壓電式換能器，發(fā)射一系列周期性超聲脈沖，使其穿過被檢測(cè)的樁體，并被另一個(gè)壓電式換能器所接收。超聲檢測(cè)儀顯示出脈沖穿過被檢樁體的各種物理量。由于聲波穿過不同介質(zhì)時(shí)，這些物理量均不相同，因此，可根據(jù)這些物理量的變化，來判別樁身混凝土質(zhì)量的變異情況及內(nèi)部缺陷的性質(zhì)、大小和位置。聲波透射法適用于檢測(cè)樁徑大于0.6m的混凝土灌柱樁的完整性。它是在樁身中預(yù)埋測(cè)管(鋼管或塑料管)，管的下口封死，測(cè)試時(shí)管內(nèi)充滿清水或機(jī)油作為耦合劑，二管內(nèi)分別放入聲波發(fā)射的接收探頭，兩探頭置于同一水平面或保持一定高差，測(cè)管兩探頭同時(shí)提升或下降，由于聲波在正常混凝土中的傳播速度一般在3000～4200 m/ s之間，當(dāng)傳播路徑上遇到混凝土質(zhì)量差，如離析、夾泥等缺陷時(shí)，聲波將發(fā)生衰減，部分聲波將繞過缺陷傳播，使得傳播時(shí)間增長，波速減小。若遇有空洞的空氣界面將產(chǎn)生反射和散射，使波幅減小。樁的缺陷破壞了混凝土的連續(xù)性，使波的傳播路徑復(fù)雜，引起波形畸變。所以聲波在有缺陷的混凝土中傳播時(shí)，波幅減小，聲時(shí)加大(波速降低)，波形畸變。根據(jù)這些特性，便可判定樁身中缺陷的性質(zhì)和位置。該法在灌注樁身混凝土?xí)r，要預(yù)埋2～3根管道，在橫斷面呈正三角行布置。采用雙孔測(cè)量、單孔測(cè)量兩種方式。采用超聲波透射法檢測(cè)鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量，具有試驗(yàn)結(jié)果直觀、儀器較輕便，能彌補(bǔ)低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)樁長度有限等優(yōu)點(diǎn)，且受工地上聲源式振動(dòng)干擾小，對(duì)混凝土嚴(yán)重缺陷(如斷樁、夾泥等) 的檢出標(biāo)準(zhǔn)率達(dá)100 %。但超聲波頻率高，在混凝土中衰減快，使檢測(cè)范圍受到限制。預(yù)埋管超聲波透射檢測(cè)法具有儀器輕便、抗干擾能力強(qiáng)、觀測(cè)準(zhǔn)確度高、結(jié)果直觀可靠的優(yōu)點(diǎn)，可以通過探頭在樁身中上下移動(dòng)測(cè)試，詳細(xì)查明樁內(nèi)部缺陷、深度位置、范圍大小、嚴(yán)重程度等。因此，用超聲波透射法檢測(cè)大直徑超長樁是最可靠的方法之一。但該法需要在樁體上預(yù)留超聲檢測(cè)管道，因而給施工單位帶來諸多不便。聲測(cè)管綁扎不牢或綁扎間距過大，在澆筑混凝土過程中，聲測(cè)管受混凝土擠壓發(fā)生彎曲變形，管間距離變大或變小，直接影響檢測(cè)結(jié)果的分析判定，甚至無法給出樁身完整性類別。

3.3低應(yīng)變檢測(cè)。低應(yīng)變檢測(cè)應(yīng)用于樁身完整性檢測(cè)，能準(zhǔn)確地確定樁身缺陷類型及其在樁身的具置，定性分析樁底沉渣的厚度，評(píng)定樁身質(zhì)量等級(jí)，其原理是在樁頂施加一脈沖力，應(yīng)力波沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面或樁身截面變化部位，將產(chǎn)生反射波，經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來自樁身完整性、確定缺陷類型(如斷樁、混凝土嚴(yán)重離析、縮徑或擴(kuò)徑)及具置。完整性好的基樁反射波具有波形規(guī)則、清晰、樁底反射明顯等特性?？s頸的特點(diǎn)是在缺陷處有一相位與首波同向的反射波，而且幅度較大。擴(kuò)頸的特點(diǎn)是在首波后出現(xiàn)與首波相位相反的反射波。斷樁的特點(diǎn)是首波后無反沖且接著貼近零線，在缺陷處出現(xiàn)反射波，其波幅超過首波，并有多次回波，且樁底回波不清。離析的特點(diǎn)是首波后，波的寬度愈大，比正常樁要寬，這是因?yàn)闇\部混凝土中的水泥較少，石子空隙多，當(dāng)波傳播過程中遇到離析處必然會(huì)產(chǎn)生散射，所以波形增寬。

3.4 高應(yīng)變法檢測(cè)。高應(yīng)變法是利用約為單樁極限承載力1 %的鑄鋼或鑄鐵重錘，在距樁頂10～20m處自由落下，給樁頂一豎向沖擊荷載，從而使樁、土之間產(chǎn)生一定的塑性位移，樁側(cè)和樁尖土阻力得到一定程度發(fā)揮，在樁頂量測(cè)到的樁、土響應(yīng)信號(hào)包含有承載力因素，所以高變動(dòng)力測(cè)樁可以對(duì)單樁承載力進(jìn)行判定，也可評(píng)價(jià)樁身結(jié)構(gòu)的完整性。高應(yīng)變法有波形擬合法(也叫實(shí)測(cè)曲線擬合法)等。波形擬合法的基本原理是：將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的樁頂力和速度曲線作為邊界進(jìn)行計(jì)算，它將樁分成若干個(gè)彈性單元，使應(yīng)力波通過每個(gè)單元的時(shí)間相等，并假定單元土阻力作用在單元底部。分析計(jì)算時(shí)，輸入下行波及樁土參數(shù)，計(jì)算出上行波，然后合成計(jì)算力波曲線，將計(jì)算力曲線與實(shí)測(cè)力曲線進(jìn)行對(duì)比，如果兩者的吻合程度達(dá)到滿意的要求，就認(rèn)為樁土參數(shù)已經(jīng)符合實(shí)際情況，它們將作為計(jì)算承載力、樁側(cè)摩阻力分布、模擬靜載試驗(yàn)分析的依據(jù),繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算。否則應(yīng)調(diào)整樁土參數(shù)，直到吻合滿意為止。高應(yīng)變法可用來確定單樁的垂直極限承載力，還可以檢測(cè)樁身的完整性。高應(yīng)變法測(cè)定單樁的垂直極限承載力是以靜動(dòng)比較資料的積累為基礎(chǔ)。

4、結(jié)論

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，樁基工程越來越多，樁基工程的施工質(zhì)量必須引起高度的重視，以防留下諸多安全隱患。近些年來，樁基工程檢，測(cè)技術(shù)也成為一個(gè)熱門，并得到廣泛重視，特別是近10年，樁基檢測(cè)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，有關(guān)樁基工程檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范相繼、施行，使樁基檢測(cè)工作進(jìn)一步規(guī)范化，對(duì)保證工程質(zhì)量起到了良好的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬芹永，鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法[J]，西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（22）

第7篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】檢測(cè)技術(shù) 超聲波 鉆桿加厚過渡帶

原油開采過程中，石油鉆桿作為鉆柱的重要組成部分，是石油工業(yè)不可或缺的鉆井工具，無論是其接頭、管體還是過渡帶部分性能的好壞都將直接影響到整個(gè)鉆井工程的安全。鉆桿經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損、腐蝕，明顯的可能出現(xiàn)刺漏、肉眼可見腐蝕坑等，另外因拉、壓、擠、彎曲變形等產(chǎn)生的疲勞裂紋以及管壁不同程度的壁厚損失等造成管體出現(xiàn)各種不可見性破壞，如果繼續(xù)使用可能造成鉆具斷裂事故。而且近年來，隨著鉆井新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，定向井、水平井逐步增加，定向井、水平井已經(jīng)占到鉆井口井?dāng)?shù)的70%以上，鉆桿在鉆井過程中承受復(fù)雜的復(fù)合應(yīng)力作用，因此，鉆桿損壞的速度和程度也逐漸加快，鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生多起因鉆桿疲勞造成的鉆桿加厚過渡帶附近刺穿質(zhì)量事故，給鉆井生產(chǎn)帶來很大經(jīng)濟(jì)損失。通過超聲波檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿加厚過渡帶加厚部位無損探傷，最大程度避免鉆井生產(chǎn)中因鉆桿加厚過渡帶部位刺漏而造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)相對(duì)人工探傷可大大提高鉆桿加厚過渡帶檢測(cè)探傷工作效率。

一、超聲波檢測(cè)基本原理

超聲波在被檢材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播將會(huì)產(chǎn)生一定的影響，通過對(duì)超聲波受影響程度和狀況進(jìn)行探測(cè)來了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)被稱為超聲檢測(cè)技術(shù)（UNDT，全稱為Ultrasonic Non-Destructive Testing）。超聲檢測(cè)技術(shù)是一種重要的無損檢測(cè)技術(shù)，由于它的穿透能力強(qiáng)，對(duì)材料和人體無損害，使用方便等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之中，諸如材料工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、石油化工、水文地質(zhì)和宇航、能源等領(lǐng)域。

超聲檢測(cè)技術(shù)依據(jù)工作原理可以分為共振法、透射法和脈沖反射法。共振法常用于壁厚的測(cè)量;透射法需要使用一對(duì)探頭，一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收。檢測(cè)時(shí)兩探頭位置要求較高，而且無法對(duì)缺陷進(jìn)行定位;脈沖反射法只需要一個(gè)探頭進(jìn)行自發(fā)自收，可以判斷缺陷的大小、距離。脈沖反射法依據(jù)探頭與被檢工件的位置關(guān)系又可以分為直接接觸法和水浸法。由于直接接觸法檢測(cè)情況需要探頭楔塊做良好的聲耦合，還取決于被檢工件表面的平行度、平整度和粗糙度，而且這種方法不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)多用于操作人員手工探傷。相比之下，水浸法不需要探頭與被檢工件直接接觸，克服了直接接觸法的上述缺點(diǎn)，降低了成本，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化探傷，從而應(yīng)用前景更好。

超聲水浸法檢測(cè)的原理是由超聲換能器發(fā)射出來的超聲波通過水介質(zhì)（工件放在水中），入射到被檢工件（鋼管）上并在工件內(nèi)傳播，經(jīng)過內(nèi)壁或工件內(nèi)不連續(xù)處反射，反射回來的信號(hào)經(jīng)采集卡接收。當(dāng)工件中無缺陷時(shí)，不產(chǎn)生超聲回波信號(hào);當(dāng)有缺陷時(shí)，顯示屏上將有缺陷回波顯示，根據(jù)缺陷回波幅度的高低可判別缺陷當(dāng)量的大小，最終依據(jù)探傷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)缺陷做出評(píng)判。

二、超聲檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)字化鉆桿超聲波檢測(cè)系統(tǒng)是基于超聲波檢測(cè)原理而發(fā)展起來的新產(chǎn)品。在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致。將具有較強(qiáng)穿透能力的超聲波導(dǎo)入鋼管中，在遇到前后聲阻抗不一致的交界面時(shí)，一部分聲波會(huì)被反射回來，產(chǎn)生回波，系統(tǒng)可檢測(cè)到這些回波，并進(jìn)行放大處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，呈現(xiàn)在屏幕上，反射回來的能量大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。其原理如圖1所示。檢測(cè)系統(tǒng)配套的分析軟件可以接入傳感器及編碼器信號(hào)自動(dòng)采集，從而對(duì)缺陷進(jìn)行定性定量、以及波形顯示、打印、聲光報(bào)警等。

圖1 鉆桿超聲波檢測(cè)原理圖

三、EMT-PU管端超聲檢測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)與應(yīng)用

（一）特點(diǎn)

克服一般自動(dòng)化檢測(cè)方法對(duì)鋼管加厚端部難以檢測(cè)的問題。采用常規(guī)水浸式超聲檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)橫向裂紋、孔洞、壁厚減薄的綜合檢測(cè)，探傷靈敏，運(yùn)行可靠。

超聲波探頭提離鋼管表面一段距離，不易磨損，大大延長了探頭的使用壽命。

超聲波探頭相對(duì)鋼管螺旋前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)。與手持式超聲波探傷相比，解放了人手，同時(shí)也提高了檢測(cè)效率。

不受被測(cè)管規(guī)格改變的影響。此系統(tǒng)可檢測(cè)：Ф60～Ф140mm的無縫鋼管，缺陷位置分辨精度：<20mm;橫向裂紋檢測(cè)靈敏度：深度為壁厚的5%的內(nèi)、外刻傷、長度25mm，寬度0.25-1mm;孔洞檢測(cè)靈敏度：？1.6mm通孔;內(nèi)外表面覆蓋率：100%。

（二）應(yīng)用

要對(duì)被檢鉆桿兩端同時(shí)檢測(cè)，采取鉆桿原地旋轉(zhuǎn)，探頭移動(dòng)的方式。由于不同規(guī)格鉆桿中心高不一樣，所以探頭組合還要能夠整體上下升降。為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的方式控制探頭升降和移動(dòng)。通過直流電機(jī)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)探頭架往返移動(dòng)。探頭固定在升降板上，調(diào)節(jié)螺釘可以改變其高度，從而確保水層高度不變。系統(tǒng)對(duì)過渡帶人工缺陷和實(shí)際缺陷能夠產(chǎn)生非常清晰的信號(hào)，并能通過記錄軟件進(jìn)行保存。

四、超聲波檢測(cè)的發(fā)展方向預(yù)測(cè)

根據(jù)近年來的發(fā)展趨勢(shì)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的需求，今后的過渡帶超聲波檢測(cè)將朝著數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，各種自動(dòng)掃描、自動(dòng)定位與跟蹤檢測(cè)的系統(tǒng)將會(huì)得到深入的研究。另外，由于受超聲波波長的限制，對(duì)薄壁管的檢測(cè)精度較低，只適合厚壁管，同時(shí)對(duì)管體的介質(zhì)要求較高。當(dāng)缺陷不規(guī)則時(shí)，將出現(xiàn)多次反射回波，或檢測(cè)工件（如過渡帶的形狀）不規(guī)制時(shí)會(huì)出現(xiàn)影響信號(hào)強(qiáng)度和反射回波顯示位置，從而對(duì)信號(hào)的識(shí)別和缺陷的定位提出了較高要求。當(dāng)前超聲波檢測(cè)的發(fā)展方向主要為提高對(duì)細(xì)小缺陷的檢測(cè)精度和提高對(duì)偽信號(hào)的識(shí)別能力，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)尤為重要。

第8篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

關(guān)鍵詞:超聲波法;透射法;樁基檢測(cè)

中圖分類號(hào):TU

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)08-0298-01

0 前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,我國對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨笠才c日俱增,近年來我國建設(shè)了大量的高等級(jí)公路,大型高速公路橋梁結(jié)構(gòu)物也越來越多。而樁基作為橋梁基礎(chǔ)的一種重要形式,在很多工程中都有應(yīng)用。在這類工程中,樁基是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu),它的質(zhì)量好壞對(duì)結(jié)構(gòu)物使用的可靠性、耐久性具有決定性的作用。故橋梁樁基的檢測(cè)在樁基的質(zhì)量控制、使用功能保證中起著舉足輕重的作用。

1 超聲波法的檢測(cè)原理

超聲波法可以根據(jù)波的傳播途徑和接收方式分為兩種:

(1)透射法;

(2)回波法。回波法在金屬探傷方面有著非常廣泛的應(yīng)用,但由于混凝土的非勻質(zhì)性,回波法的效果受到了嚴(yán)重的影響,目前應(yīng)用較多的是透射法。本文也主要介紹超聲波透射法的應(yīng)用情況。

超聲波透射法檢測(cè)的基本原理是:首先在樁基內(nèi)部預(yù)埋若干檢測(cè)管以形成檢測(cè)通道,發(fā)射探頭和接收探頭都安裝在聲測(cè)管中。檢測(cè)儀器使用過程中會(huì)發(fā)射出周期性的電脈沖,通過發(fā)射換能器的壓電體轉(zhuǎn)換為超聲脈沖,超聲脈沖穿過待測(cè)的樁基混凝土后被換能器接收,然后轉(zhuǎn)換成電信號(hào),最終在儀器上顯示超聲脈沖波形及頻譜、穿過混凝土所需的時(shí)間、接受波幅值、脈沖主頻率等參數(shù)。通過對(duì)這些參數(shù)的全面、細(xì)致的綜合分析,我們就可以判斷樁基混凝土內(nèi)部的各種缺陷的性質(zhì)、位置等,在此基礎(chǔ)上判斷混凝土總體的均勻性和強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)。

2 檢測(cè)方法

超聲波透射法按發(fā)射和接收換能器的相對(duì)高程的不同分為三種:扇形掃測(cè)法、平測(cè)法和斜測(cè)法(如圖1所示),應(yīng)用較多的是平測(cè)法和斜測(cè)法。

圖1 平測(cè)、斜測(cè)及扇形測(cè)法(按從左到右的順序)

平測(cè)法是將發(fā)射和接收換能器放在同一高度進(jìn)行測(cè)試。這種檢測(cè)方法可以檢查出豎直方向上的缺陷的位置和大小,缺點(diǎn)在于無法確定缺陷在水平方向的位置。斜測(cè)法是指發(fā)射和接收換能器不在同一高度進(jìn)行的測(cè)試,斜測(cè)法是平測(cè)法的重要補(bǔ)充,可以有效避免平測(cè)中無法確定缺陷水平位置的問題。具體應(yīng)用中,要保持發(fā)射和接收換能器的高程差不變,并對(duì)每一個(gè)截面進(jìn)行兩次完全獨(dú)立的檢測(cè)。兩個(gè)換能器的高程差越大,對(duì)缺陷在水平方向的位置判斷就越準(zhǔn)確,但隨著高程的加大,接收換能器所能接收的測(cè)試信號(hào)也相應(yīng)減少,也會(huì)影響最后的缺陷判斷。因此,在實(shí)際工程中,掌握合適的發(fā)射和接收換能器高程差對(duì)提高缺陷位置判斷準(zhǔn)確性具有重要的意義。

3 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析、處理

目前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理的方法主要有三種:基于聲時(shí)的數(shù)據(jù)分析、基于波幅的數(shù)據(jù)分析以及基于“聲時(shí)-深度曲線”的數(shù)據(jù)分析。下面做一個(gè)比較詳細(xì)的介紹。

3.1 基于聲時(shí)的數(shù)據(jù)分析

選取聲時(shí)平均值μt與聲時(shí)2倍標(biāo)準(zhǔn)差δt之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值(St)。

μt=∑tin(1)

δt=∑(ti-μt)2/n(2)

St=μt+2δt(3)

其中:n為測(cè)點(diǎn)的數(shù)量;ti為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值。

判斷方法:若ti>St,則可以認(rèn)定該樁基在所測(cè)的深度處可能存在缺陷。

3.2 基于波幅的數(shù)據(jù)分析

在所有的聲學(xué)參數(shù)中,波幅是對(duì)樁基缺陷最為敏感的參數(shù),這也是可以采用波幅進(jìn)行樁基質(zhì)量判斷的依據(jù)。這種方法選取接收節(jié)能器接收到的超聲波信號(hào)波幅平均值(μq)的一半作為判斷樁身有無缺陷的臨界值(Qd)。

Qd=μq-6(4)

μq-∑qin(5)

其中:qi為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的波幅;n為測(cè)點(diǎn)數(shù)。

判斷方法:若qi

3.3 基于“聲時(shí)-深度曲線”的數(shù)據(jù)分析

也稱PSD法。PSD對(duì)缺陷也非常敏感,故可以選取PSD判斷缺陷所存在的范圍。此種方法選取聲時(shí)-深度曲線相鄰測(cè)點(diǎn)的斜率K與相鄰兩點(diǎn)聲時(shí)差值Δt的乘積為臨界值。

PSD=K×Δt(6)

判斷方法:實(shí)際所測(cè)PSD大于出現(xiàn)斷樁或全斷面夾層時(shí)的臨界PSD值時(shí),則可以判定樁基在該測(cè)試點(diǎn)斷樁。

4 應(yīng)用超聲波透射法檢測(cè)注意事項(xiàng)

由于工程的特殊性和復(fù)雜性,超聲波透射法在實(shí)際應(yīng)用中不可能像理論完全一致,還需要考慮其他的一些影響因素,主要是以下幾個(gè)方面。

4.1 地下含水量

如果樁身在澆筑過程中產(chǎn)生了孔洞且孔洞位置在地下水位之下時(shí),地下水便會(huì)進(jìn)行孔洞。當(dāng)應(yīng)用超聲波進(jìn)行檢測(cè)時(shí),聲波穿透缺陷過程中實(shí)際上還穿透了地下水。如果檢測(cè)缺陷的范圍比較小,就有可能造成漏判。

4.2 樁基齡期

樁基齡期對(duì)超聲波檢測(cè)時(shí)的信號(hào)和波形影響很大。規(guī)范中要求齡期達(dá)到14天才能進(jìn)行檢測(cè),如果時(shí)間上不允許,也應(yīng)最低應(yīng)滿足7d齡期的要求。若齡期不符合要求,檢測(cè)過程中可能出現(xiàn)接收信號(hào)比較微弱,波形衰減非常嚴(yán)重的情況。

4.3 聲測(cè)管布局方式

聲測(cè)管主要有三種布局方式,如圖2所示。其中陰影區(qū)域?yàn)槌暡z測(cè)的有效檢驗(yàn)區(qū)。

圖2 聲測(cè)管的三種布局方式

對(duì)應(yīng)樁身直徑小于1m的,采用方案I即可,大體上可以反映出的整個(gè)橫截面各部位的主要缺陷。樁身直徑大于或等于1m的,采用方案Ⅱ比較合適,雖然在中心位置存在盲區(qū),但在實(shí)際工程中,中心存在缺乏的可能性也非常小,故檢測(cè)效果可以得到保證。對(duì)于一些工程中的大直徑樁,方案Ⅲ是最佳選擇,這種方案的檢測(cè)盲區(qū)是最小的,能夠最大限度地保證檢測(cè)的全面性。在實(shí)際工程中,對(duì)應(yīng)不同的樁基采用相對(duì)應(yīng)合適的聲測(cè)管布局方法對(duì)提高超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確性具有重要的意義。

4.4 聲測(cè)管安裝

聲測(cè)管安裝時(shí)需要保證各聲測(cè)管平行安裝,超聲波檢測(cè)過程中出現(xiàn)的問題很多都因?yàn)槁暅y(cè)管的安裝不平行。不平行導(dǎo)致一系列的問題,如檢測(cè)的聲時(shí)值、均方差、離散系數(shù)、平均聲速等統(tǒng)計(jì)值產(chǎn)生偏離。此外,對(duì)于泥漿護(hù)壁灌注樁樁身檢測(cè)時(shí),可能在施工過程中泥漿比重過大,附著在聲測(cè)管上導(dǎo)致局部的聲測(cè)管被很厚的泥皮包圍,從而使超聲波波幅減小,最后導(dǎo)致誤判。

5 結(jié)語

橋梁樁基檢測(cè)還存在其他的一些檢測(cè)方法,如低應(yīng)變法等。超聲波法由于其檢測(cè)結(jié)果能直觀反映樁身缺陷的位置、大小及嚴(yán)重程度,檢測(cè)質(zhì)量十分可靠,操作非常簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為樁基檢測(cè)中最常用的方法之一。但目前對(duì)樁基的檢測(cè)還只是停留在定性判斷上,還無法進(jìn)行定量分析,這需要相關(guān)的技術(shù)人員、專家學(xué)者投入到這一研究領(lǐng)域中來,推動(dòng)樁基檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]林維正,蘇勇,洪有根.混凝土裂縫深度超聲波檢測(cè)方法[J].無損檢測(cè),2001,(8):49.

第9篇：超聲波檢測(cè)的基本原理范文

關(guān)鍵詞：超聲波法；橋梁樁基檢測(cè)；應(yīng)用

超聲波法由于其檢測(cè)結(jié)果能直觀反映樁身缺陷的位置、大小及嚴(yán)重程度，檢測(cè)質(zhì)量十分可靠，操作非常簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為樁基檢測(cè)中最常用的方法之一。隨著國家檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，樁基將得到更廣泛的應(yīng)用。聲波透射法樁基檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大型灌注樁或?qū)渡砘炷临|(zhì)量要求較嚴(yán)格的樁型的檢測(cè)，對(duì)有嚴(yán)重缺陷的樁的檢測(cè)以及缺陷樁的補(bǔ)救及評(píng)價(jià)樁基質(zhì)量做出積極的貢獻(xiàn)。如何提高樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，是工程界面臨的問題。

1.超聲波檢測(cè)技術(shù)原理

超聲波是一種機(jī)械波，機(jī)械振動(dòng)和波動(dòng)是超聲測(cè)試的物理基礎(chǔ)，同時(shí)它又是彈性波測(cè)試方法中的一種，固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論是它的理論基礎(chǔ)。超聲波技術(shù)應(yīng)用于混凝土質(zhì)量的無損檢測(cè)已有很長的歷史，而聲波透射法應(yīng)用于基樁檢測(cè)，則是近幾年才引進(jìn)發(fā)展起來的，由于它具有儀器輕便、抗干擾能力強(qiáng)、觀測(cè)準(zhǔn)確度高、結(jié)果直觀可靠，所以被廣泛推廣使用，已成為一種比較成熟可靠的灌注樁無損檢測(cè)方法。聲波透射法是在樁內(nèi)預(yù)埋縱向聲測(cè)管道，將超聲脈沖發(fā)射和接收探頭置于聲測(cè)管中，管中充滿清水作耦合劑，由儀器發(fā)出周期性電脈沖通過發(fā)射探頭發(fā)射并穿透混凝土，被接收探頭接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由儀器中的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)出超聲脈沖穿過樁體所需時(shí)間、接收波幅值、接收脈沖主頻率、接收波形及頻譜等參數(shù)。最后由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按判斷軟件對(duì)接收信號(hào)的各種參數(shù)進(jìn)行綜合判斷和分析，即可對(duì)混凝土各種內(nèi)部缺陷的性質(zhì)、大小、位置作出判斷，并給出混凝土總體均勻性和強(qiáng)度等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析和判斷

基樁的超聲波透射法檢測(cè)需要分析和處理的主要聲學(xué)參數(shù)是聲速、波幅、主頻，同時(shí)要注意對(duì)實(shí)測(cè)波形的觀察和記錄，如何在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)樁的完整性、連續(xù)性、強(qiáng)度等級(jí)等做出判斷，是超聲法檢測(cè)的關(guān)鍵。目前，常用的樁身缺陷判斷方法有兩大類，第一類是數(shù)值判據(jù)法，即根據(jù)測(cè)試值經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)字處理后找出一個(gè)存在缺陷的臨界值作為依據(jù)，這種方法能對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)做出明確的分析和判斷，通常用于全面掃測(cè)時(shí)缺陷的初步判斷；第二類是聲場(chǎng)陰影區(qū)重疊法，這類方法通常用于數(shù)值判據(jù)法確定缺陷位置后的細(xì)測(cè)判斷，以便詳細(xì)劃定缺陷的位置、大小和性質(zhì)等，在樁身缺陷的超聲檢測(cè)種，這兩類方法必須聯(lián)合使用，過分偏重任何一種方法都是不合理的。

2.1數(shù)值判據(jù)法

2.1.1.概率法，正常情況下，由隨機(jī)誤差引起的混凝土的質(zhì)量波動(dòng)是符合正態(tài)分布的，這可以從混凝土試件抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果得到證實(shí)，由于混凝土質(zhì)量（強(qiáng)度）與聲學(xué)參數(shù)存在相關(guān)性，可大致認(rèn)為正?；炷恋穆晫W(xué)參數(shù)的波動(dòng)也服從正態(tài)分布規(guī)律。混凝土構(gòu)件在施工過程中，可能因外界環(huán)境惡劣及人為因素導(dǎo)致各種缺陷，這種缺陷由過失誤差引起，缺陷處的混凝土質(zhì)量將偏離正態(tài)分布，與其對(duì)應(yīng)的聲學(xué)參數(shù)也同樣會(huì)偏離正態(tài)分布。所以，只要檢測(cè)出聲學(xué)參數(shù)的異常值，其對(duì)應(yīng)的位置即為缺陷區(qū)。

2.1.2.PSD判據(jù)法，對(duì)于由聲時(shí)、波幅衰減確定的異常區(qū)，結(jié)合PSD曲線進(jìn)行綜合分析，采用斜率法作為輔助異常判據(jù)，當(dāng)PSD值在某測(cè)點(diǎn)附近明顯變化時(shí)，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。PSD（Pile of Slope and Difference）判據(jù)的物理意義為：聲時(shí)-深度曲線相鄰兩點(diǎn)的斜率與相鄰時(shí)差值的乘積，根據(jù)PSD值在某深度處的突變結(jié)合波幅變化情況，進(jìn)行異常點(diǎn)判定，該判據(jù)對(duì)聲時(shí)具有指數(shù)放大作用。因此，缺陷區(qū)PSD值較聲時(shí)反映明顯，而且運(yùn)用PSD判據(jù)基本上消除了聲測(cè)管不平行或混凝土不均勻等因素所造成的聲時(shí)變化對(duì)缺陷判斷的影響，但如果聲時(shí)讀數(shù)有錯(cuò)誤，那么PSD會(huì)將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行放大，造成誤判。

2.1.3聲陰影重疊法

所謂聲陰影重疊法，就是當(dāng)超聲脈沖束穿過樁體并遇到缺陷時(shí)，在缺陷背面的聲強(qiáng)減弱，形成一個(gè)聲輻射陰影區(qū)，在陰影區(qū)內(nèi)，接收信號(hào)波高明顯下降，同時(shí)聲時(shí)增大，甚至波形出現(xiàn)畸變。若采用兩個(gè)方向檢測(cè)，分別劃出陰影區(qū)，則兩個(gè)陰影區(qū)邊界線交叉重疊所圍成的區(qū)域，即為缺陷的確切范圍。其基本方法是：一個(gè)換能器固定不動(dòng)，另一個(gè)換能器上下移動(dòng)，找出聲陰影的邊界位置，然后交換測(cè)試，找出另一面的陰影邊界。邊界線的交叉范圍內(nèi)的重疊區(qū)，即為缺陷區(qū)。在混凝土中，由于各界面的漫反射及低頻聲波的繞射，使聲場(chǎng)陰影的邊界十分模糊。因此，需綜合運(yùn)用聲時(shí)、波幅、頻率等參數(shù)進(jìn)行判斷，在這些參數(shù)中波幅是對(duì)陰影區(qū)最敏感的參數(shù)，在綜合判斷時(shí)應(yīng)賦予較大的“權(quán)數(shù)”。當(dāng)需要確定局部缺陷在樁的橫截面上的準(zhǔn)確位置時(shí)，可用多測(cè)向疊加法，即根據(jù)幾個(gè)測(cè)向的測(cè)量結(jié)果通過作圖法進(jìn)行疊加，交叉重疊區(qū)即為缺陷區(qū)。

3.未來趨勢(shì)

聲波透射法樁基檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大型灌注樁或?qū)渡砘炷临|(zhì)量要求較嚴(yán)格的樁型的檢測(cè)，對(duì)有嚴(yán)重缺陷的樁的檢測(cè)以及缺陷樁的補(bǔ)救及評(píng)價(jià)樁基質(zhì)量做出積極的貢獻(xiàn)。隨著國家檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，樁基將得到更廣泛的應(yīng)用。那么如何提高樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，則是工程界面臨的重要問題。通過實(shí)踐和假設(shè)建議從以下幾方面考慮對(duì)展望聲波透射法樁基檢測(cè)的前景：

（1）聲波透射法樁基檢測(cè)要求預(yù)埋聲測(cè)管，使得聲測(cè)管對(duì)樁基缺陷進(jìn)行處理成為可能，對(duì)這方面進(jìn)行研究將開辟一條集檢測(cè)與補(bǔ)強(qiáng)加固于一體的、安全可靠的、經(jīng)濟(jì)有效的途徑，使聲波透射法樁基檢測(cè)更為經(jīng)濟(jì)可靠。

（2）現(xiàn)階段對(duì)樁基樁身完整性的評(píng)判采用波速、波幅、頻率等單一的指標(biāo)或者簡(jiǎn)單的兩種指標(biāo)的組合作為判斷方法，沒有考慮這幾個(gè)指標(biāo)的綜合作用對(duì)樁基質(zhì)量評(píng)判的結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際改善數(shù)學(xué)模型，加強(qiáng)理論研究，對(duì)聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行頻譜分析，并將它納入到混凝土強(qiáng)度和混凝土缺陷檢測(cè)中去，可大大提高檢測(cè)結(jié)果的精確性，減少誤判率。

（3）現(xiàn)階段對(duì)樁基礎(chǔ)的無損檢測(cè)結(jié)果判定只是停留在定性的水平上，沒有做出定量分析，對(duì)于要求較高的樁基檢測(cè)這是不夠的，有待于進(jìn)一步研究。

4、結(jié)束語

對(duì)于鉆孔灌注樁的完整性利用超聲檢測(cè)方便快捷，檢測(cè)結(jié)果可靠，混凝土存在質(zhì)量問題時(shí)，聲速明顯減小，聲波波形差。當(dāng)利用不同的判據(jù)得出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的判據(jù)曲線都滿足要求時(shí)，則可判斷該測(cè)點(diǎn)處樁身質(zhì)量完好，當(dāng)利用不同的判據(jù)得出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的判據(jù)曲線都出現(xiàn)異常，則可判斷該處存在缺陷，當(dāng)利用聲幅作為判據(jù)，測(cè)點(diǎn)的判據(jù)曲線不滿足要求，而聲時(shí)、聲速作為判據(jù)測(cè)點(diǎn)的判據(jù)曲線都滿足要求時(shí)，可以認(rèn)為該測(cè)點(diǎn)處不存在缺陷，因?yàn)槁暦鶎?duì)于混凝土缺陷敏感，依此作為判據(jù)過于嚴(yán)格，此時(shí)要結(jié)合聲時(shí)PSD對(duì)測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行綜合分析、研究，提高判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]賴慶球. 超聲波法在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].山西建筑.2008（13）