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阵列式超声与结构雷达“双子星”组合在结构检测中的优异表现

发布时间:2022-04-22浏览:174次

混凝土超声波检测原理

超声波通过混凝土传播后,其声学参数将变化,通过这些数据的变化可以探测混凝土内部的缺陷、裂缝等情况。

 

超声波的检测痛点

 

1

混凝土为非均匀介质,是由水泥、骨料、孔隙等组成的复杂胶凝体,存在大量会使声波阻抗产生变化的界面。混凝土中超声反射信号易受到干扰,超声波在传播过程中会产生杂乱的发射和散射。

2

结构混凝土内部还有钢筋、波纹管等结构和埋件,其表面也会产生反射波。这些干扰反射波会与探测缺陷的有效反射波混叠在一起,采用传统方式(识别反射波形法)较难区别开来。

3

混凝土中超声波传播方向性差,超声波束存在扩散角,而混凝土中强烈的散射使入射波束进一步发散。波束发散严重的情况下,根本无法在三维空间中对缺陷进行准确定位。

 

检测影响因素


声阻抗又称为声波阻抗或音阻,它是影响超声波传播的重要因素。声波传导的本质是“介质偏离平衡态的小扰动”的传播,声阻抗是让介质位移所需克服的阻力,它是介质一种物理特性。每一种介质都有独特的声阻抗,代表介质对声波传输的阻力,它的值为介质中声音密度和速度的乘积。

Z = ρ * c

z表示声阻抗,ρ表示介质密度,c表示介质声速

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不同介质的特性阻抗表

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超声波能量反射率公式,Z1,Z2为不同介质的声阻抗

 

雷达技术检测原理

雷达能够探测物体的原因是目标物与周围区域的介电常数不同。目标物与周围区域接触的面形成了雷达的反射截面,反射截面对雷达波的反射能力称之为反射率。反射率越大,则该目标物对雷达波越敏感,雷达探测的信号则越强,反之则越弱。

 

目标物和周围区域的介电常数差异越大,则该目标物越容易被探测到。假定周围区域的介电常数K1,目标物体的介电常数为K2,则该物体表面的反射率计算公式为:                

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超声波与雷达检测技术的比较

 

1. 超声波成像技术对非金属、缺陷更敏感。采用更低的频率,频率越低,波长越长,因此在测深方面更加优于雷达技术。

 

2. 结构雷达在混凝土结构中,存在着一定的盲区,遇到金属几乎全反射,因此无法穿透金属进行下方的金属检测。同时结构雷达频率一般较高,频率越高,波长越短,频率精度越高,探测越准确。

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雷达技术与超声脉冲回声技术在不同介质的能量反射率

 

由于两种技术的侧重点不同,因此在结构检测当中可以互补,对测量数据进行辨证分析,有效为客户准确判断和分析内部结构提供科学有效的依据。

 

巡鹰智检混凝土结构检测解决方案

 

针对非金属材质的探测

PD8050阵列式超声成像仪,能够快速高效检测出混凝土内部的空鼓、灌浆、空隙、以及混凝土构件厚度,深度可达到2m。

 

PD8050采用阵列式超声脉冲回波技术,由一组多个超声波传感器组成的阵列式探头和一个独立控制系统组成。

 

采用合成孔径聚焦成像技术(SAFT),即传感器以一定步长沿线性孔径轨迹移动,在轨迹上的孔径位置向成像区域(被检测区域)发射脉冲信号,并接收和储存检测信号,然后下一孔径位置进行相同的发射、接收和储存,直到扫描完成。接着按照重建点,对相应孔径检测信号的回波,做时延调整、信号叠加和平均等处理,实现逐点聚焦,最终重建整个成像区域的信号反射图像。

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该方法最大特点是:有效提高检测灵敏度、信噪比和分辨率。作为超声检测成像的后处理手段,可以从成像结果处理上有效解决干扰杂波噪声和声场扩散两大难题。

 

针对金属材质的探测

GP8800手持式3D结构雷达非常适合狭小空间、柱面、曲面等混凝土墙体里的钢筋检测,对其进行快速扫描并生成2D剖面、3D重构等丰富功能;可精确评估钢筋保护层厚度、混凝土内钢筋分布、直径等。

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GP8800新型SFCW Mini手持雷达采用频率逐次递进的窄带脉冲频合成超宽带频率连续雷达波0.4-6 Ghz,可以在全深度范围内进行一次性高清晰度成像,同时保证优异的深度分辨率和信噪比。采用单轮驱动(雷达波极化方向可调),激光双轴定位系统,整机重量仅0.5kg。

 

应用案例

探测某工程项目混凝土柱子厚度及内部钢筋分布情况

 

解决方案

通过PD8050阵列式超声扫描仪探测柱子内部的钢筋排布以及柱子的厚度,同时结合GP8800雷达辅助判读钢筋的位置、间距与埋深等。本次采用横向检测手段,横波波速实测值为2608m/s,混凝土强度为40Mpa(动泊松比为0.24),计算其纵向分量超声波速为4459m/s

项目成果

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图A

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图B

 

PD8050的检测结果(图A,图B)

1. 经PD8050探测后,我们找出了5根主筋距离表面的距离:①-④ 在 Y轴深度约0.06m,方向大体统一,在X轴水平位移距离分别是0.02m,0.18m, 0.33m, 0.48m, 0.64m(见图A)。

 

2. 图B箭头所示为右侧钢筋的信号(位于Y轴约0.20m)。此外,通过B图可知,0.75m处为柱子底部空气反射,空气反射率为*,其它区域由于边界效应带来的影响,因此中间部分反射十分明显,得出柱子厚度为0.75m。

 

3. 除了清楚地发现钢筋的数量、位置外,PD8050还探测出③④钢筋之间存在着混凝土浇灌不密实带来的缺陷。

 

 

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GP8800迁移视图和雷达图

 

1. 经GP8800探测可知:5根主筋距离表面的距离在 Y轴深度约6cm,方向大体统一,5根主筋等距排列,在X轴水平位移距离分别是0.02m,0.18m, 0.33m, 0.48m, 0.64m (见上方迁移视图和雷达图),这与PD8050探测结果基本一致。

 

2. GP8800手持雷达在金属测试领域,具有快速扫描、准确判断钢筋位置与分布等功能,另外在测深方面,柱子厚度约75cm已超出GP8800的有效测试范围。

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通过两款产品原理与检测结果的比较,我们发现两种产品侧重点不同。测深方面两款产品可以做互补,分析方面雷达更加偏向于钢筋检测,可以快速地辅助判读,以避免超声数据分析存在误判等问题。另外超声可通过钢筋进行透射,对于雷达测二层钢筋方面能起到一定的互补作用,效率方面雷达要优于超声,因此雷达可以快速扫查,超声可辅助其做精细化的复查。

 

综上,针对现阶段的钢-混结构式建筑,超声与雷达的组合可为您提供完整、直观的结构检测,是一款更适合您的综合、简单、高效的无损检测方案。

 

 

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