超声波检测波形分析

1、超声波检测波形分析基桩声波透射法检测的波形剖析商讨张宏（长沙理工大学）陈彦平（广州润索工程检测技术研究有限企业）摘要 本文从直抵波、绕射波、折射波和反射波单调波形在基桩中流传规律的剖析，商讨波形畸变及频谱变化与桩身混凝土缺点的有关关系，以为掌握波形畸变及频谱变化的规律，不只能有效提高基桩声波透射法检测判断水平、并且能对透测盲区的混凝土质量进行初步评论。重点词：基桩声波透射法 检测波形剖析 换能器基桩声波透射法检测采纳的振源，是一种轴向有限长度、单调主频的柱面波 ，超声波在混凝土中的流传规律听从弹性波的持性 ，由直抵波、绕射波、折射波和反射波组成。波形剖析的基本物理量有：1,直抵波抵达时（波速）

2、；2,波幅（或衰减）；3.接收信号频次变化；4,接收波形畸变。我们以为波速只反应透测中线为对象的混凝土性质，而波形和频谱变化不只反应透测对象的混凝土状态，并且也反应构件界限面及透测范围之外混凝土的状态。但因为过去换能器激振信号的余振周期太长，覆盖了绕射波、折射波、反射波的时程，使波形迭加后变化复杂，不易解读。因此基桩声波透射法检测判断，一般采纳了声时和首波波幅两个参数，广泛对波形变化的剖析不够深入。下边从单调波形在基桩中的流传规律剖析下手，商讨波形畸变及频谱变化与混凝土缺点的关系。一、直抵波的形态和形式.发射换能器激振性能决定直抵波的形态不一样的换能器因为采纳的构造形式、资料等不一样，激振机理

3、也有所不一样，因此有不一样的发射主频、发射强度和余振长度，以下四种换能器在清水中透测的接收波形（直抵波）就显然不一样:（2）.一种管环状径向换能器，主频60kHz ,首波比较低，余振长度14周期以上，见照片 2（3）, 一种增压式径向换能器，主频36kHz ,余振长度7周期以上，见照片 3超声波检测波形分析.RS -YH45 m. IV径向换能器，主频 45kHz ,首波比很高，3-5主振周期后快速衰减，见照片 4接收换能器要求应有较宽的频带宽度，轴向同性。不然也会影响到接收波形。收、发换能器宜采纳同一规格的产品，拥有相同的主频，可提高检测敏捷度。.直抵波抵达时及波幅幅度与混凝土质量有关大家都

4、清楚这是桩基透射法检测判断的主要依照，观点清楚，这里不进行议论。.前达波(1)钢筋短路前达波是直抵波的一种形态，如混凝土中埋设有较大尺寸的铁件等波速更高的物体，能量较小的前达 波比正常经过混凝土流传的直抵波提早抵达。(2)桩周及桩底基岩短路前达波也可能是经过桩周及桩底质量优秀的基岩绕射流传，这类绕射波信号强盛，足于吞没从桩身混凝土正常透射的直抵波。这类状况常出此刻嵌岩桩入岩桩段，使实测波速显然提高。可以为出现绕射到岩层的前达波比直抵波信号更强，表示桩周混凝土保护层质量优秀、或桩底清孔质量优秀。可见只管不可以从直达波的状态剖析桩芯混凝土质量，但也足于表示桩身混凝土灌输质量优秀。二、绕射波对波形的

5、影响径向换能器的发射功率在其轴向有效长度范围的强度相等、信号最强，往上往下发射的信号强度渐渐降低，即绕射波的强度比直抵波弱。在清水中做透射法检测能够获得证明，如照片5、7所示，无阻拦物时直抵波信号清楚激烈。当在两换能器中间设置一气球为阻拦物时，实测绕射波的信号强度显然减弱。气球直径越大，接收信号越弱，但波形基本保持不变，如照片6、8所示。桩身出现空洞、局部缺点，或局部缩径等状态时可见如照片8所示这类波形。三、折射波对波形的影响超声波检测波形分析径向换能器发射波为一柱面波，沿条形构件轴向流传时，除直抵波外，还将有一系列从构件界面折射流传的折射波，折射波与直抵波迭加后使接信号振幅加大，其频谱图体现

6、多峰特点。如在一断面尺寸为130X 130 mm，声测管净距 640 mm的试件上,采纳发射有效功率强的RS - YH45径向换能器，以提高折射波强度实测波形如照片9所示，可见实测波形显然畸变，前3个波波形迭加后频次降低。采纳 60kHz的换能器进行透射波检测的波形见照片10所示，实测波形也有迭加现象。桩基声波透测的尺度正常状况均大于超声波的波长，但当超声波透射经过较小的断面时，其界限条件发生变化，超声波传达过程也会体现滤涉及衰减的效应。当桩芯内部出现缺点界面或缩径时，均可能形成折射波，固然不会对实测声时产生影响，但足使接收涉及其频谱发生变化，认识折射波流传的特征，为我们鉴别透射检测范围之外，

7、即检测盲区的混凝土质量供给了理论依照，是桩基声波透射法检测技术进步的一个方面。四、桩周反射波对波形的影响超声波在桩身内部传达按照弹波传达规律。超声波在声测管内部均匀向桩身辐射柱面波，一部分波直接传达到接收管，被接收换能器接收，称为直抵波，另一部分辐射至近侧桩周，在近侧桩周上产生相位相反的反射波，再次透射传达到接收管，被接收换能器第2次接收；同时第向来达波也辐射至远侧桩周，在远侧桩周上再次产生相位相反的反射波，也透射到接收管，被接收换能器同时接收。近侧桩周与远侧桩周产生的反射波同为反相波，但抵达接收换能器的时间与桩周混凝土保护层厚度有关。因为桩周的圆内弧拥有聚焦作用，因此反射波强度比较激烈。如照

8、片5-8所示，反射波与直抵波相位相反，波列相同，反射波与直抵波迭加使后继波波形复杂。在两换能器间设一局部缺点，不会影响到反射波的信号，这一现象（如照片5-8所示）有助于我们进行桩身混凝土质量判断：. 1 3波波形正常、波幅较低，后继波（反射波为主体）波形正常时，为桩芯存在局部缺点，如空洞等；也可能存在局部缩径现象；. 1 3波波幅较低，后继波波形畸变，频次较低时，为桩芯内部混凝土的界面许多，表示混凝土存在离析现象；超声波检测波形分析.接收波波列均被显然衰减，表示桩芯及保护层混凝土均存在严重的质量问题；.正确判读反射波的抵达时，可判断桩基混凝土保护层质量。若反射波与直抵波显然迭加，难于划分时，表

9、示桩基混凝土保护层较薄，可能缩径；若反射波与直抵波时差较大，则可能扩孔。可见认识反射波流传的特征，正确辨别波形，不只有助于提高桩基透射法检测判断水平，也有助于判定检测盲区的混凝土保护层质量，也是桩基声波透射法检测技术进步的另一方面。五、换能器在声测管中地点的影响当声测管直径较换能器直径大得许多时，换能器在声测管中相同存在透射、折射和反射效应，迭加后对时声、波形均有显然影响。在同一试件进行换能器在声测管中地点改变对波形影响的试验，结果如照片11- 14所示。口片11为两换能器处于声测管中心的标准状态。照片12为一换能器处于声测管中心，另一换能器处于声测管远侧点的状态，可见声时增添， 首波波幅显然

10、降低。照片13为两换能器同处于两声测管远侧点的状态，可见首波乏失，波形出现类反相波信号，声时显然增添。照片14为两换能器同处于两声测管近侧点的状态，首波信号增添，声时减少，第2波波形显然畸变。从上实验结果剖析可见：.换能器在声测管中流传，相同存在透射、折射和反射的迭加效应。声测管直径显然大于换能器直径时，对声时、波形均有显然影响。.换能器宜带有定位器。未采纳定位装置，丈量时应采纳有效举措，保证换能器在声测管中的地点相对稳固。.桩基检测出现换能器在声测管中不居中这类状况，其波形与桩身存在局部缺点的状态相像，但也有差异。若采纳 1-3波的均匀波幅取代首波波幅进行波幅异样判断，有助于提高判断正确性，

11、除去扰乱因素的影响。六、频谱变化与桩身缺点的关系超声波检测波形分析实测波形的频谱与桩身混凝土质量存在亲密的有关关系，同时也与采纳的发射换能器的有效功率、发射主频及频带宽度有关，也与接收换能器的敏捷度和频带宽度有关。下边以采纳岩海产的RS-ST01D主机附图2及广州润索产的RS-YH45径向换能器的工程桩实测结果进行议论均质无缺点混凝土的FFT频谱图一般体现单峰持征，主频明确，偶见一低频副峰。附图1、2为均质 混凝土的实测时域波形图及其频谱图剖析以为以下现象对频谱结果组成影响:.构造界限面及缺点界面产生的折射波、反射波对主频的影响与桩基反射波法检测的原理相同，超声波会在构造的界限面及缺点界面上产

12、生的多次的折射波、反射波。因为仪器采样长度较短（512或1k）, 一般只检测到桩周介面的第一次反射波和桩身内部缺点中产生的折射波、反射波信号，但这也足于影响到波形的变化。桩身内部出现缺点界面时，实测声时可能未见变附图41化，但频谱剖析时可见副峰峰值快速上涨，如附图3、4所示缺点界面复杂状时，频谱图将出现多峰效应。如附图附图55、6、7、8所示，高阶峰的个数及峰值随缺点-.f 1 $I*9亦部号曲dm太飞干喇 父射步思喇口附图&超声波检测波形分析的严重程度而降低9、10所示。邺，中工一嘛弧 士八尊/s 3M印加， 瞳三?续捷生 螂电装TtmKR 重阳蟠M更同疏,+盛理值史忖藤海班 找/驾电装 H

13、纥*,啊解融触11霄急制电，工编W1野死或:碌晚若桩身内部出现显然缺点更时，不只实测声时增大，并且副峰快速上涨为主峰，如附图103.介质对高频信号的滤波效应人们知道不一样质量的混凝土对超声脉冲波中的高频重量的汲取、衰减成效不一样，或许说缺点对高频波的衰减比对低频波的衰减大，使实测信号的高频成分减少，而低频成分相对提高。假如换能器发射功率谱为正态散布，则实测主频随缺点的严重程度而降低。采纳RS-YH4 5型换能器，因为有效发射功率强盛，且频带较宽，穿透力强，能检测到桩底沉渣的实质波速，如附图 11、12所示，发射主频被沉渣完好汲取，实测3村修Hr11，小 i -liMH:， ffHIHnur rMPms* Ttg1f t萼平前工次”，朝生气；1 口心主频14.4 kHz。若采纳的换能器频次高而功率小，则有效透射能力差，是没法检测到严重缺点的有效信r- _ _P _ _fwr ij !，痴敷幅Mt 翻国12息的、或致使实测声时延伸，致不可以正确丈量桩身缺点的波速，正确判断桩身缺点的性质。从上剖析可见，F