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本次測(cè)試主要目的是嘗試檢測(cè)高強(qiáng)度磚內(nèi)部裂紋。測(cè)試使用的儀器是ACS廠家的最新款A(yù) 1040 MIRA 3D混凝土三維超聲波成像儀。A 1040 MIRA 3D使用超聲波作為測(cè)試信號(hào)，依據(jù)不同介質(zhì)具有不同的聲阻抗，在超聲波傳播過(guò)程中會(huì)引起不同程度的反射的原理，來(lái)檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)中可能存在的異常介質(zhì)。

一、陣列式檢測(cè)原理：

超聲波檢測(cè)（UT）是利用超聲波探頭發(fā)出的超聲波，在工件中以一定方向和速度向前傳播，當(dāng)遇到材料內(nèi)部?jī)蓚?cè)聲阻抗有差異的界面時(shí)，聲能會(huì)部分或全部反射回探頭（穿透法時(shí)接收探頭不能接收或接收部分超聲波信號(hào)）從而被超聲檢測(cè)設(shè)備接收和顯示，通過(guò)分析聲波信號(hào)的波幅、主頻、傳輸時(shí)間等聲學(xué)參數(shù)，評(píng)定缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。

相關(guān)物理參數(shù):

聲阻抗：Z＝ρc（Z表示聲阻抗，ρ表示介質(zhì)密度，c表示介質(zhì)聲速）

R（能量反射率）=

T（能量透射率）=1-R

超聲波反射示意圖

技術(shù)特點(diǎn)：

1） 陣列式系統(tǒng)

A 1040 MIRA 3D是一個(gè)陣列式的控制器，它由32個(gè)橫波傳感器組成，當(dāng)超聲波信號(hào)發(fā)出后，接受到的信號(hào)會(huì)被控制器進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)移到電腦用合適的軟件進(jìn)行處理。

陣列式傳感器發(fā)射示意圖

2）合成孔徑聚焦超聲成像（SAFT）

傳感器以一定步長(zhǎng)沿線(xiàn)性孔徑軌跡移動(dòng)，在軌跡上的孔徑位置向成像區(qū)域發(fā)射脈沖信號(hào)，并接收和儲(chǔ)存檢測(cè)信號(hào)，然后下一孔徑位置進(jìn)行相同的發(fā)射、接收和儲(chǔ)存，直達(dá)掃描完成；接著按照重建點(diǎn)對(duì)相應(yīng)孔徑檢測(cè)號(hào)的回波做時(shí)延調(diào)整、信號(hào)疊加和平均等處理，實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)聚焦，最終重建整個(gè)成像區(qū)域的信號(hào)反射圖（見(jiàn)下圖）。

合成孔徑聚焦超聲成像（SAFT）

3）干點(diǎn)式傳感器（DPC）

? 傳統(tǒng)的傳感器需要使用耦合劑才能與混凝土表面緊密接觸，干耦合不使用耦合劑，通過(guò)彈簧彈力實(shí)現(xiàn)耦合。

? 彈簧加載的天線(xiàn)陣單元可以在粗糙度曲率8mm的表面上工作，在粗糙和不平整的表面也有穩(wěn)定的超聲接觸。

? 使用天線(xiàn)陣獲得高信/噪比。

干點(diǎn)式傳感器（DPC）

4）橫波檢測(cè)

? 信噪比提高 — 超聲橫波在混凝土中的散射比縱波弱，接收信號(hào)更強(qiáng)。

? 分辨能力有所增強(qiáng) — 分辨力與超聲波波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越短，分辨力越高。橫波波長(zhǎng)≈60%縱波波長(zhǎng)（波速C=波長(zhǎng)λ x 頻率f）;

? 缺陷反射更強(qiáng) — 橫波只能在固體中傳播，當(dāng)遇到空氣層或空洞、裂縫時(shí)幾乎全反射。

橫波傳感器

5）B-/C-/D-掃描及3D成像

? 成像顯示直觀，與醫(yī)學(xué)B超類(lèi)似，不同的顏色表示不同強(qiáng)度的反射；

? 采用面掃模式可現(xiàn)場(chǎng)顯示3D圖，更清楚直觀；

? 電腦端分析軟件IntroView還可對(duì)3D圖進(jìn)行切片，詳細(xì)查看不同位置的圖像。

B-Scan視圖

B-/C-/D-及3D視圖

二、儀器參數(shù)設(shè)置

為了不同位置的信號(hào)具有可比性，同一次測(cè)試，儀器應(yīng)采用一致的參數(shù)。本次測(cè)試的主要參數(shù)設(shè)置如下：

1. 波速（wave speed）：3600m/s（橫波波速）

2. 模擬增益（analog gain）：15dB

3. 數(shù)字增益（digital gain）：20dB

三、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本次測(cè)試了幾個(gè)試塊，多數(shù)未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

試塊1

試塊1厚度200mm，我們從兩面進(jìn)行了測(cè)試底面反射清晰，中間未發(fā)現(xiàn)異常反射，說(shuō)明內(nèi)部質(zhì)量良好。

我們也從頂部測(cè)量了一次，也能夠看到底部反射，高度約500mm。

總體來(lái)說(shuō)，試塊1內(nèi)部應(yīng)該沒(méi)有明顯的問(wèn)題。

試塊2

試塊2是個(gè)方形構(gòu)件，厚度約420mm，左側(cè)測(cè)出的數(shù)據(jù)較正常，能看到底部反射，靠近右側(cè)的圖形則能在距離表面60-70mm的位置看到異常反射。

我們還對(duì)試塊2做了一次面掃測(cè)試（Map模式），并生成3D圖，這樣有利于更清晰直觀的查看構(gòu)件內(nèi)部情況。下圖右下即為測(cè)試結(jié)果的3D顯示效果，在軟件中或者儀器上可以自由旋轉(zhuǎn)，從不同角度查看，左上圖和其他結(jié)構(gòu)看到的圖片一樣，為B掃圖，即結(jié)構(gòu)的縱切面圖。

試塊3

試塊3也是個(gè)方形構(gòu)件，比試件2稍小，厚度約320mm，高度約500mm，從頂面和側(cè)面都能測(cè)試到底部反射，試件內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯問(wèn)題。

試塊4

試塊4是之前用單探頭超聲對(duì)測(cè)自測(cè)過(guò)的，發(fā)現(xiàn)聲速變化，懷疑內(nèi)部有問(wèn)題。陣列式超聲測(cè)試結(jié)果未發(fā)現(xiàn)明顯異常，底部反射清晰，誤差很小，變化基本在5mm之內(nèi)。

試塊5

試塊5是另一個(gè)場(chǎng)地的構(gòu)件，橫截面邊長(zhǎng)400mm左右，從幾個(gè)側(cè)面測(cè)試的數(shù)據(jù)，底面反射都很清晰，未發(fā)現(xiàn)異常情況。該構(gòu)件也保存了雷達(dá)測(cè)試數(shù)據(jù)，400mm以?xún)?nèi)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。試塊4也做了雷達(dá)測(cè)試，情況與試塊5基本相同，由于尺寸太小，測(cè)試距離太短，沒(méi)有保存。