超声波检测的基本原理篇1
关键词：桩检测；超声波投射法；低应变法
引言
在桥梁的运行中，基桩是其整个结构中非常重要的组成部分，基桩的质量是否过关直接关系到整个桥梁的结构安全。目前，各工程单位即监理、设计、建设、施工等各方以及各有关部门对桥梁基桩的质量问题给与了高度的关注。同时，桥梁桩基的施工环境复杂，各工序也有其高度的隐蔽性，因此在施工过程极易出现影响基桩质量的缺陷，因此总体来说，相比于上部建筑结构来说，桩基础工程的质量检测、施工等将更为复杂，其对质量产生威胁的隐患也将更多。
质量检测的主要指标便是桩身完整性检测，目前主要采用低应变反射波法和超声波透射法来进行基桩桩身的完整性检测。
1超声波投射法与低应变法的基本概念
1.1超声波投射法
在混凝土灌注桩中预埋声测管，在声测管之间对超声波信号进行接收并发射，对桩身完整性的检测就是通过实测的声学参数即超声波在混凝土介质中传播的波幅衰减、频率、pSD、声时等。该方法适用于检测直径不小于800mm的混凝土灌注桩。
超声波及工程检测频率范围如表1所示。
表1声波及工程检测频率
1.2低应变法
低应变法的原理是在桩顶激振即采用低能量稳态或瞬态的激振的方式，对桩顶速度时程曲线做出实测值，对该实测值使用一维波动理论进行频域分析或时域分析，来进行桩身完整性的判定。该方法主要是对桩身的缺陷位置以及影响程度进行判定，进而对桩端欠固状况进行判定，因此比较适用于刚性材料桩如预制桩或混凝土灌注桩等。该方法的关键问题是桩底有明显的反射信号。
2超声波投射法与低应变法的基本理论
2.1超声波投射法的基本理论
超声波投射法的基本原理是，在混凝土浇筑前预埋声测管，在桩的两侧分别接收和发射超声波信号，超声波信号在电能被发射探头转变为机械能的情况下穿透混凝土桩，被接收到的超声波再将探头转变成电信号。根据超声波在混凝土中的传播时间在测得混凝土厚度的情况下尽可以算出在整个混凝土结构中超声波的传播速度，进而通过算得的声速来对混凝土的质量进行评判。显然，在检测的过程中，声速越大的越充分说明混凝土的质量越好，越密实，相反，对于松散的混凝土，或者是有离析、裂缝、孔洞等缺陷的混凝土，其声速也就会越低。因此，此方法可以科学的检测混凝土桩身的完整性和质量。不难看出，弹性波的波速与介质特性之间的关系既是超声波投射法对桩基质量进行检测的理论基础。对介质特性的变化可以从实测的波幅、声速等参数中推断出来。
声波在混凝土介质中的传播有如下特点：（1）指向性差，其原因主要有：a.低频声波扩散角大，波长长；b.混凝土内部结构复杂，具有大量的异质界面，会造成多个反射波和折射波，其各个波之间相互叠加和干涉，容易造成严重的漫射声能。（2）快速衰减。骨料在混凝土中的分布比较散漫，散射功率与声波频率的平方成正比，采用低频声波来检测可以增大声波在混凝土中的传播距离。（3）声波的构成比较复杂。在混凝土中的任何一点声场所及的范围内，都存在着一次声波及二次声波。一次声波与二次声波便是换能器所接收的信号。（4）传播路径复杂。声波的传播路径因为截面的折射和反射而曲折。当混凝土的内部结构中存在有较大的缺陷时，声波就不沿直线传播而是沿最短时间的路径传播。
2.2低应变法的基本理论
低应变法的基本原理就是在桩顶进行激振，同时在桩顶接收速度相应信号，对桩顶的加速度或者是速度响应时程曲线测出其实测值，对桩身的完整性分析即利用假设条件下的一维波动理论。在桩顶使用敲击的方法给与适当的能量，但是其承载能力应该远大于其动荷载，使阻止贯入度的产生，即在只有弹性变形的情况下使桩土之间不产生相对位移。低应变法就是通过分析激励波沿桩身反射和传播的波形来检测桩身的安全。但是由于其结果不准确，误差较大且理论依据不足，不可以用来确定极限承载力。低应变法的仪器设备便于携带、检测快、成本低、监测面积大而且物理数学假设完善、理论模型成熟，因此应用广泛，发展迅速。
3超声波投射法与低应变法的特征分析
在桩基的质量完整性检测中，超声波投射法与低应变法的主要特征以及对比如表2所示。
表2超声波投射法与低应变法的主要特征分析
在大多数的情况下，超声波法只有一小部分是检测的盲区，一般会得出比较准确可靠结果，出现漏判的情况是少之又少；低应变法的测量结果是对桩身桩基的阻抗的变化情况，它是大体的反应了对于桩身上有缺陷部位的定性，但对于是缺陷的位置或者是怎样的缺陷均不能够做出精确的判断。
4超声波投射法与低应变法的对比结果的分析
在适用范围上，相比于超声波法，低应变法更有优势。但由于其在检测的过程中存在一定的判断误差而且检测的精确度较低，对所涉及到的仪器设备也比较复杂且繁多，所以在目前桩的检测中相对于超声波投射法其应用范围还相对较低。但在一些特铁路的群桩中，施工进程中并未埋设声测管，所以低应变法便成为其常用的检测桩质量的方法。
此外，对于超声波法来说，它是科学化与信息化相结合的产物，不仅能够有效地提高我国各应用结构中桩的质量检测的效率的目的，同时也能够很好的体现出我国当前的科技水平。同时，该方法还具有新的检测方法，其具有强大的抗干扰能力，无疑该方法便可成为我国桩基检测中的有利方法。
5结束语
总的来说，不论是超声波投射法还是低应变法都有其在工程运用中的优越性，并且对于我国的建筑行业的发展和施工进展都是不可或缺的。因此，对于我国相关行业的技术人员来说，其应该对超声波投射法与低应变法的技术优越性、技术原理、应用实例、应用特点等有清晰、全面的了解，以便能够高效的运用到桩基的质量安全检测中。不仅使超声波投射法与低应变法这两种检测方法得到发展，同时桩基的相关技术都能得到积极、健康、稳步的发展。
参考文献
超声波检测的基本原理篇2
【关键词】超声检测；灌注桩混凝土
引言
用超声检测灌注桩抗压强度的意义十分重大，超声属于一种无损检测手段，有无损、迅速、准确等优点。用超声检测灌注桩缺陷比较成熟，但是，目前国内还没有关于超声检测混凝土强度的规范，也就没有全国统一的测强曲线，因此还不能用超声波检测混凝土的强度.灌注桩施工过程的质量监测，目前常用的方法是取芯，但是这种方法有很多的缺点，比如对构造物有破坏性、取样率低、速度慢、不能对桩体强度分布作出判断，而超声法解决了以上的问题。混凝土强度与超声波传播速度之间的相关规律是随着技术条件不同而各异的，即定量关系是受原材料和工艺条件如水泥品种、粗骨料品种和含量、龄期、养护条件等因素影响的.因此各类混凝土没有统一的声速-强度关系曲线，即不能根据超声声速推算预先不知道强度关系的某种混凝土强度。
1、超声检测灌注桩混凝土的基本原理、方法及适用范围
混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体。对于正常的混凝土，声波在其中传播的速度是有一定范围的，当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、夹泥和密实度差等，声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声时增大，计算声速降低，波幅减小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化，来分析判断桩身混凝土质量。声波透射法检测桩身混凝土质量，是在桩身中预埋2～4根声测管。将超声波发射、接收探头分别置于2根导管中，进行声波发射和接收，使超声波在桩身混凝土中传播，用超声仪测出超声波的传播时间t、波幅a及频率f等物理量，就可判断桩身结构完整性。声波透射法适用于检测桩径大于0.6m混凝土灌注桩的完整性，因为桩径较小时，声波换能器与检测管的声耦合会引起较大的相对测试误差。其桩长不受限制。
2、超声法检测灌注桩混凝土强度试验
超声波在混凝土中的传播速度取决于混凝土的密度和弹性性质，而混凝土的弹性模量又与抗压强度存在着内在联系.所以混凝土中超声波的传播速度v与混凝土的抗压强度之间也有着良好的相关性，即混凝土的强度越高，相应的超声声速值也越高。混凝土强度与超声波传播速度之间的相关规律是随着技术条件不同而各异的，即定量关系是受原材料和工艺条件如水泥品种、粗骨料品种和含量、龄期、养护条件等因素影响的.因此各类混凝土没有统一的的关系曲线，即不能根据超声声速推算预先不知道关系的某种混凝土强度。本文通过对不同的龄期和不同设计强度等级的室内大量立方试块、模型桩以及现场工程桩的声速的测定，用统计分析方法建立起不同的设计强度、不同龄期的混凝土声速与时间强度之间的相关关系。从而建立本地区的超声测强曲线，利用该曲线测定超声声速可推定混凝土的强度。
2.1立方体试块率定试验
试块的制作分六种强度等级，即C10、C20、C30、C15、C25、C35.试块尺寸为150mm×150mm×150mm，每种设计强度各做30块.试块的原料选用425普通硅酸盐水泥.最大粒径不超过40mm碎石、中砂.按《普通混凝土配比设计规定》（JGJ55-81）的配比设计.制作时各种原材料均过磅，采用人工振捣方式，室内水池中进行养护。各设计强度试块依各预定龄期（3、5、7、10、15、28天），用一对小型径向换能器紧紧靠在试块的对称边上，每个试块检测3个点的声参量，每个点包括首波声时和振幅.各设计强度试块在每个龄期全部进行声参量测试，检测完毕后，每组（3块）擦干后放在压力机上做破坏性试验，得出此龄期的抗压强度值.
2.2模型桩试验研究
模型桩试验的灌注是按照如下数据进行，桩身10m，桩径1.3m，按混凝土设计强度等级模型桩分三组：分别为C20两根桩，C30两根桩，C40一根桩.每根桩径向设置一对声测管Υ38钢管.模型桩每到一定的龄期（3、5、7、10、15、20、28天）后，进行超声检测，测得首波声时值和首波幅度值。
2.3工程桩超声检测试验工程
桩取自位于a工程出口的改建桥梁，总计做10根.其桩身33m，桩径1.3m，结合研究对现场工程桩进行不同龄期检测试验，检测龄期为3、7、10、15、28天，同时预留试块30块，试块超声法检测龄期为3、7、10、15、28天.工程桩超声检测的方法是将发射和接收换能器分别置于注满清水的两声测管中，以相同高程，等间距自上而下同步移动，并由超声检测仪逐点采集记录首波时值和首波幅度值.
3、钻孔灌注桩桩身混凝土强度的推定及工程应用
桩身混凝土强度的推定有两种情况：一种是以总体验收为目的，即给出其全桩的平均强度；另一种是以缺陷区或低强度区的强度值验算为目的，给出低强度值，以便确定处理方案。我们将上述两种情况分别处理。
比如，灌注桩缺陷区及桩纵剖面逐点混凝土强度的估算中，钻孔灌注桩由于施工中水文地质，机械故障，操作失误，管理不善等原因，有时会发生断桩、夹泥、夹砂以及灌注不良造成局部缺陷，如不密实，离析等事故。通过超声检测若确定为严重缺陷，如大面积夹泥、夹砂等松散物，则该区可作无强度处理。但是，如果缺陷为混凝土低强度区，则仍具有一定强度。若能确定缺陷区内混凝土的强度，给出全桩纵向各处的深度─强度值，则对缺陷桩的安全核算及确定修补方案具有重要指导意义。根据本次试验研究成果，采用“声速─衰减”综合法，进行推算桩纵剖面逐点混凝土强度效果较好。该法采用声速、幅度两项参数来推算桩纵剖面逐点强度。其公式如下：
式中，a为各测点的衰减系数（a=第i点首波幅度值平均幅度值）；其它符号意义同前。采用该法时应保证探头在声测管中的耦合稳定，在同一根桩内检测只能用同一对反射和接收换能器，以保证a值的稳定测量和准确性。
总之，对于均匀性较差的桩，以及缺陷桩，要检测和推算其各点强度。如果工作做得仔细，用“声速─衰减”综合法能取得较好的结果。
结束语
超声检测较其它检测方法有它的优越性。如：大长灌注桩的检测；超声检测能提供信息施工；方便可靠；不但能检测基桩混凝土灌注质量的均匀性、桩身的完整性，还能推算混凝土强度。是目前基桩检测中应用比较广泛的一种手段。针对某一工程可在现场做150mm立方体试块7～10组（21～30块），分别在不同龄期下（3天、5天、7天、10天、15天、20天、28天），用上述试验的方法，做超声检测和抗压强度试验，建立不同龄期下，声速与强度的关系式，求出a、B值。将现场建立的关系式和a、B值用于此工程即可。
参考文献
[1]陈达力.超声检测灌注桩混凝土缺陷的判断方法[C].//第三届浙江省岩土力学与工程学术讨论会论文集.1997：163-168.
[2]王英.混凝土灌注桩工程质量超声波检测理论、方法及应用[D].山东科技大学，2005.
超声波检测的基本原理篇3
关键词：监测；报警；超声波；非接触性
1概述
运输皮带是物料短途运输的重要设备，广泛应用于矿山、农业、食品、烟草等生产行业。皮带跑偏是运输皮带作业过程中最为常见的故障，其危害性极大，皮带跑偏轻则造成撒料、皮带磨损；重则由于皮带与机架剧烈摩擦引起皮带软化、烧焦甚至引起火灾，造成整个生产线停产。所以及时、准确地检测皮带跑偏具有非常重要的意义[1]。
目前皮带跑偏检测主要的方法是使用跑偏检测开关，即行程开关。使用时将行程开关成对安装于输送机头部或尾部，当皮带跑偏时皮带边缘接触压迫行程开关触头产生移动触发报警。跑偏检测开关是机械式开关，采用接触式检测方式，当其应用于如煤矿井下等较为恶劣的生产环境时，极易被煤尘、泥污、油泥等影响，易发生误报、漏报等故障。因此，跑偏检测开关的故障率较高。为保障跑偏检测开关正常工作，需专职人员人工对开关进行定期维护，使用的人力成本较高。
文章在于提供一种基于超声波测距的皮带检测报警装置，是采用非接触式检测原理的、运行可靠、便于实施、维护成本低的检测运输皮带跑偏的新设备。
2工作原理分析
超声波监测报警装置如图1所示，主要包括超声波测距单元、人机交互单元、数据处理单元、通信单元和报警单元。通过超声波测距仪测量获得超声波测距传感器至皮带的边缘距离，以此来判断皮带是否跑偏。基于超声波测距的皮带监测报警装置安装如图2所示。
超声波测距仪（102）工作原理：
超声波测距仪主要是由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块所构成。超声波测距可以用相位检测、声波幅值检测、渡越时间检测。相位检测法的精度最高，但测距量程不高，声波幅值检测受介质影响较大，因此，目前超声波测距一般采用渡越时间法，因此，文章采用的是渡越时间法进行超声波测距[2]。
渡越时间法：利用超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：s=340t/2。
3具体实施方式
（1）所述监测报警装置如图1所示实施例中，包括：
超声波测距单元（101），采用测距距离大于3米的小波束角发射接收一体化超声波测距传感器（102），可采用深圳导向机电技术有限公司的KS109超声波测距模块。
通信单元（103），包括输入端口（104）和输入端口（105），数据输入端口接一超声波测距传感器（102）发送的测量数据，采用i2C总线通信方式。数据输出端口将数据发送给其它设备，采用RS485通信方式与报警单元、皮带控制设备（如pLC）及其它监控设备连接[3]，当皮带跑偏时发送报警信号控制皮带停止运转，保护相关设备。
人机交互单元（106），包括显示屏（107）和按键（108），显示屏采用两行点阵型LCD液晶显示模块，视域尺寸：60.5×18.0mm，54.8×18.3m。
报警单元（109），采用声光报警器（110）具有喇叭和报警灯，实现声光报警功能，通过RS485接口与通信单元连接通信。
数据处理单元（111），处理器（112）用于执行数据比较处理工作，实施时可使用mCU，也可使用FpGa实现。
辅助电路（113），除以上提到的各单元设备外，装置还包括电源电路等辅助电路和相关元件，为各单元设备元件提供支持，如在煤矿井下使用下所有元件及电路应符合本质安全要求。
（2）所述监测报警装置安装示意图参考图2。
超声波测距传感器（203）分别安装于位于支架（202）上，位于运输皮带（201）两个边缘上方，且安装高度相同，安装高度高于物料高度，为保证监测精度超声波测距传感器应尽量靠近皮带表面；两个超声波测距传感器中心位置连线垂直于皮带运行方向。除超声波测距单元的其他单元元件集中在装置壳体（204）内，装置壳体可安装在的支架上。
（3）监测报警的具体实施步骤如图3所示。
（301）判断装置是否已经校准，如未校准，则进行位置校准（302），如已校准则执行（303）。直接检测。
（302）位置校准，校准时需对位置正常的皮带使用超声波测距设备进行测量，获得超声波至皮带的边缘距离aL和aR，计算aL-aR，如|aL-aR|>G，则调整支架（202）倾斜度使|aL-aR|
（303）通信单元接收超声波测距仪测量获得超声波测距传感器至皮带的边缘距离BL和BR。
（304）数据处理单元比较器通过比较实时皮带的边缘距离，如
|BL-BR|>F，则执行（305），否则返回（303）。
（305）判断BL-BR是否大于零，如大于零则皮带向右跑偏，如小于零则向左跑偏。
（306）装置声光报警并在显示器显示相关信息，并向皮带控制设备发送控制信号。
4结束语
文章利用超声波测距仪提供一种基于超声波测距的皮带监测报警装置，采用非接触式检测原理，运行可靠且维护成本低。通过具体实施能够准确监测皮带是否发生跑偏，从而保证了生产线的安全。该装置涉及超声波测距和通信等领域。
参考文献
[1]赵立华，郎毅翔，付大鹏.带式输送机典型故障的分析及处理[J].起重运输机械，2003（10）.
[2]JosephCJackson，SummanR.time-of-FlightmeasurementtechniquesforairborneUltrasonicRanging[J].ieeetRanSaCtionSonULtRaSoniCS.2013，13（19）：75-90.
超声波检测的基本原理篇4
关键词:超声波法；梁桩基桩基；完整性检测；判定方法
中图分类号：tU473.1文献标识码：a文章编号：
1引言
随着国民经济的持续发展，我国公路建设也不断加快，众多的桥梁工程出现。桥梁工程大量采用桩基础，桩基是桥梁的主要承重结构，它的质量好坏对结构的安全是至关重要的。灌桩桩是一种常见的桥梁桩基型式，由于成桩过程中,不可避免地要受到各因素的影响，极易出现各类缺陷，因桩身深埋于地下,隐蔽性极强,极难发现质量问题。因此，对桥梁桩基进行必要的检测，判定桩身的缺陷和位置，是排除桥梁工程隐患，确保桥梁工程质量的重点工作。超声波法是近几年来应用较为广泛的技术，具有技术简单、检测数据准确、成本低、速度快、对人体无害等优点。
2现场检测技术
2.1超声波延迟时间t0的确定
声时是检测的基本量，原始测读的声时值t可理解为由2部分组成，即超声波脉冲经过非混凝土距离的延迟声时t0、超声波脉冲穿过混凝土的声时tc。混凝土中实际声时为:
tc=t－t0(1)
检测前应测得超声波经过非混凝土距离的延迟声时t0。
本文采用检测t0的方法:取与灌注桩中埋设一致的声测管2段，每段长度300mm，并排后用钢丝绑紧。将超声波检测仪的发射和接收换能器分别放入管内，换能器顶部保持管内相同位置，将两测管竖向置于清水中(此清水应与灌注桩声测管中耦合水完全一致)，检测得到的即为超声波延迟时间t0。
2.2灌注桩进行检测时的龄期要求
当前工程建设施工工期安排均比较紧凑，灌注桩施工后，施工单位力争在最短的时间内安排检测。某工程灌注桩施工3天后进行检测，检测中波形信号很弱，且波形衰变严重，全部测点均出现这种情况，初步判定为混凝土龄期太短，混凝土早期强度较低严重干扰超声波信号。灌注后10天再次检测，即不再出现上述情况，超声波信号完整、波形良好，判定为完整无缺陷桩。由此可以看出，混凝土龄期对于超声波法检测有比较大的影响，被测混凝土龄期一般以14天为宜。龄期过短，会严重影响检测质量。
2.3现场检测的步骤
(1)依据被测桩的桩径选择合适频率的换能器和仪器参数，超声波谐振频率为30～50kHz，电压幅值为200～1000V，并且整批桩的检测过程中检测参数应保持一致。
(2)将超声波发射、接收换能器通过深度控制分别置于两根声测管的顶部或底部，以同一高度或一定的间距同步升降，以设定的测点间距对灌注桩逐点检测声学参数并记录换能器所在深度。检测过程中应随时校正两个换能器的高度，累计相对高差不应大于20mm。
(3)对于全自动或半自动超声波检测仪，换能器提升速度应通过试验确定。尤其对于大直径桩，换能器提升速度过快，对超声波信号的采集有很大的影响。对局部小缺陷桩影响尤为明显，严重时会导致换能器接收不到信号，使图形信号严重变形，引起对桩身质量的误判。推荐提升速度为3m/min。
(4)测点间距应不大于250mm。对整根灌注桩每一检测剖面逐点检测，遇到数据可疑的部位应复测或加密检测，并结合全部检测剖面数据来确定缺陷的位置及严重程度。检测方法如图1。
图1双声测管检测方法
3检测数据分析判定方法
3.1声速判据
声测管中声时、声速和声速平均值应按下列公式计算，并应绘出声速－深度曲线、波幅－深度曲线。
t=ti－t0(1)
(2)
(3)
式中:
t—声时值，μs；
ti—超声波第i测点声时值，μs；
t0—超声波经过非混凝土路径所用时间，μs；
vi—第i个测点声速值，km/s；
l—两根声测管外壁间的距离，mm；
vn—混凝土声速平均值，km/s；
n—灌注桩所有检测剖面测点总数。
当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。
Vi＜VD(4)
VD=Vn－2σv(5)
(6)
式中:
vi—第i个测点声速值，km/s；
vD—声速临界值，km/s；
vn—正常混凝土声速平均值，km/s；
σv—正常混凝土声速标准差；
vi—第i个测点声速值，km/s；
n—灌注桩所有检测剖面测点总数。
当检测剖面n个测点声速均偏低且标准差很小时，宜采用声速低限值判据。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。
Vi＜VL(7)
式中:
vi—第i个测点声速值，km/s；
vL—声速低限值，km/s，由预留的同条件混凝土试块的抗压强度与声速对比试验结果并结合本地区实际经验确定。
3.2波幅判据
实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。
aD=an－6(8)
(9)
式中:aD—波幅临界值，dB；an—波幅平均值，dB；ai—第i个测点相对波幅值，dB；n—灌注桩所有检测剖面测点总数。
3.3pSD判据
采用斜率法作为辅助异常判据，当pSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。
（10）
式中:ti—超声波第i测点声时值，μs；ti－1—超声波第i－1个测点声时值，μs；zi—第i测点的深度，m；zi－1—第i－1个测点的深度，m。
4工程实例分析
结合某桥梁工程桩基检测为例，阐述灌注桩桩身完整性类别判断依据。所用检测设备为北京康科瑞工程检测技术有限公司生产的nm－4a型非金属超声波检测分析仪，双管式换能器，直径28mm；分析软件为康科瑞半自动测桩系统V1.20版。
4.1i类桩
Ⅰ类桩的各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。图2所示，3个剖面声速、幅值和pSD曲线均在正常值范围内。
图2Ⅰ类桩检测波形曲线
4.2ii类桩
ii类桩某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。图3所示，Ⅲ剖面－4.8m处波速略低，波幅略小于临界值，3个剖面波形基本正常。
图3Ⅱ类桩检测波形曲线
4.3Ⅲ类桩
超声波检测的基本原理篇5
（1国网乌鲁木齐供电公司新疆乌鲁木齐8300002武汉大学电气工程学院湖北武汉430070）
摘要：结合乌鲁木齐110kV仓房沟变电站10kV隔离开关柜的实际带电检测情况，介绍了基于地电波、超声波以及高频电流相结合的局部放电检测及故障定位的基本原理、检测和判定依据。带电检测结果表明，该方法可准确判断开关柜的放电强度、放电类型、放电相位以及放电位置等。验证了声电联合局部放电检测方案的有效性和准确性，为准确判断开关柜绝缘状态以及快速排除故障提供了极大的帮助。
关键词：10kV；开关柜；局部放电；声电联合检测；故障定位
中图分类号：tm77文献标识码：adoi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．10．045
0引言
随着电力系统容量的扩大，对电力设备的运行可靠性也有了更高要求，金属铠装高压开关柜因其操作方便、运行可靠而被广泛应用于35kV以下的输电、配电过程中。通过对开关柜进行局部放电带电检测，提早发现开关柜内部存在的局部放电现象和及时排除故障，是目前电力设备状态检修最有效的预防措施。本文介绍了现行的声电联合局部放电检测及定位技术的基本原理、检测和判定依据，并结合乌鲁木齐110kV仓房沟变电站10kV隔离开关柜局部放电缺陷检测案例，详细分析了案例的发现、判断、故障定位及处理。处理后开关柜运行良好，验证了声电联合局部放电检测方案在故障检测及定位方面有良好的效果。
1声电联合法基本原理
局部放电时一种脉冲放电，它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械的震动等物理现象和化学变化，通过监测这些信号可以判断电力设备内部绝缘状态。通常单一监测方法无法准确判断故障类型以及实现故障定位，故在实际应用中多采用几种不同方法相结合的方式。
1．1地电波检测原理
高压电气设备发生局部放电时，放电量往往先聚集在与接地点相邻的接地金属部位，形成对地电流，在设备的金属表面上传播，根据设备金属表面所检测的地电波强弱，可以判断是否存在局部放电。
地电波检测具有检测精度高、抗干扰能力强、便于携带、操作简单等特点，但由于作为巡检类设备，该检测方案并不能有效地区分干扰信号和局部放电信号以及判断局部放电发生的位置，对于局部放电的类型和时间、相位更是无法观测。因此，通过暂态地电波初步判断电力设备局部放电情况后，还需进一步采用超声波和高频电流相结合的局部放电检测方式进行故障的二次确认和故障定位。
1．2超声波检测原理
超声波检测原理是根据声波的传播特性，通过测量局部放电产生的超声信号传播到多个不同位置的超声传感器的时延或时间差，根据时延和超声波传播速度（多传感器时可作为变量），利用空间解析几何的方法计算局部放电源的位置，实现绝缘缺陷定位。
超声波定位法虽然具有抗电气干扰能力强，定位准确度高的优点。但超声波定位法灵敏度低、传播衰减快、测试范围小、精准定位时需要进行逐点测量，工作量非常大，在现场使用时易受周围环境噪声的影响，特别是设备本身如果产生一定的机械振动，会使超声检测产生较大的误差。
1．3超高频检测原理
超高频检测采用的是时差法，其基本原理是根据局部放电源辐射的电磁波以一定的速度（光速）在GiS中传播，到达不同位置传感器的时间不同，采用2个或多个超高频法传感器检测局部放电电磁波信号，再根据电磁波传播速度和传感器接收到同一放电源的信号时间差计算局部放电源的位置，实现绝缘缺陷定位。
超高频时差定位法的优点是原理简单、运用方便、定位较为准确。超高频法信号衰减较小，传播范围较广，因此很难实现准确定位。而且超高频法测量的信号频率很高，所检测到的信号与诸多因素有关，除放电量大小外，还涉及局部放电源的类型、电磁信号的传播路径、放电源的位置等，因此对测试结构分析困难。
1．4声电联合检测及定位方法
超高频法和超声波法是目前国际上公认的、最适合现场使用的局部放电检测技术，而地电波检测具有抗干扰能力强和很好的在线监测巡检性能，这三种检测方法均已被广泛应用于高压电力设备的局部放电在线监测或巡检工作。超高频法和超声波法优势互补，两者结合使用就既具有超高频法不受设备机械振动等环境影响、定位快速的特性又具备了超声波法的抗电气干扰能力强、定位准确的优点。再结合地电波检测原理进行故障初检和快速故障初步定位，联合检测结果更为精确，定位能力也更为强大。
2开关柜实际运行状况及检修方案
国网乌鲁木齐供电公司110kV仓房沟变电站10kVⅡ、Ⅲ分段Ⅲ母10523隔离开关柜型号：GG－1a，生产于1995年8月，于1995年9月投运使用。2014年8月6日，带电检测小组对110kV仓房沟变电站10kVⅡ、Ⅲ分段Ⅲ母10523隔离开关柜进行局放检测，通过使用超声、超高频局放和暂态地电波三种局放检测手段，确定10kVⅡⅢ分段Ⅲ母10523隔离开关柜前柜下部偏右侧部位存在局部放电缺陷。
8月6日检测人员利用pDS－t90局部放电测试仪对隔离开关柜进行测试，地电波和超声波测试数据见表1，超高频图谱见图1。
通过表1和图1可以看出，通过使用pDS－t90局部放电测试仪测试所得到的10523隔离开关柜前下柜的暂态地电位信号幅值超过缺陷注意值20dB，超声幅值也远远大于标准值15dB，对10523隔离开关柜前下柜进行的超高频分析图谱为典型的悬浮电位放电图谱。综合地电波、超声波以及超高频局放检测的数据结果，初步确定10523隔离开关柜前下柜存在放电信号，该柜有局部放电缺陷。
3故障定位及分析
为了对测试数据最大值处的缺陷详细诊断并定位，用G1500定位设备对异常信号进行定位。超高频现场定位测试照片及定位测试数据见图2、图3。根据超高频信号在空气中的传播速度和超高频信号传播至两个传感器上的时间差可以计算出局放信号的位置。
为了进一步准确定位局放源，采用声电联合的方法，典型的声电定位测试照片及定位测试数据见图4，以超高频信号为基准（超高频信号传播速度远大于超声波信号传播速度），通过测量超声波传播时间，可计算出放电源与超声波传感器之间的距离。
通过上述两种方法的定位，确定在10523隔离开关柜前柜距地面0．9m高，柜内距离柜门0．3m的位置有明显的局部放电信号，根据柜内的结构，可以判定局放信号来自于母排或其附属部件。
4故障处理及验证
根据故障分析及定位结果，8月6日晚，对其停电检查发现10523隔离开关柜前下柜内支撑C相母排的带电显示器螺丝有明显松动现象，并伴有螺丝表面放电灼烧的痕迹和带电显示器表面被放电烧黑的现象。同时，发现支撑a相母排的带电显示器低压侧端子没有接线，a相带电显示器低压侧端子有明显的放电迹象。因此判定C相放电原因为支撑母排的带电显示器螺丝松动引起局部放电，a相放电原因为支撑a相母排的带电显示器低压侧端子未接地导致的悬浮电位放电，如图5。
检修人员对松动的螺丝进行上紧和紧固并将带电显示器的低压侧端子短接接地，重新恢复送电。恢复送电后，检测人员利用pDS－t90局部放电测试仪对10523开关柜进行跟踪检测，检测结果明显减小，设备恢复正常。
5结论
超高频局放检测适用于开关柜内的悬浮电位放电和螺丝松动信号的检测，超声波和超高频相结合的声电联合定位方法具有较为精确的定位结果。根据检测数据及开柜检查情况，可以看出10kVⅡ、Ⅲ分段Ⅲ母10523隔离开关柜前柜内局部放电信号是由于螺丝松动和带电显示器低压侧端子未接地造成的悬浮电位放电。今后，须对开关柜的安装和大修进行严格验收，确保类似螺丝未拧紧而造成的局部放电缺陷不再发生。
参考文献
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3朱启扬，乔亚兴．声电联合检测技术在10kV开关柜中的应用［J］．华东电力，2013（1）
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5陈钦柱，姚冬.刘财明，等．声电联合技术开关柜局放带电测试［J］．云南电力技术，2013（3）
超声波检测的基本原理篇6
关键词:灌注桩；超声波检测；缺陷类别；判断
abstract:thispaperdiscussesultrasonictestingcast-in-placepileprinciple,method,anddefecttypeandjudgingmethod,thispaperdiscussesthelargediameterlongpilebodyofconcretequalityultrasonictransmissiondetectionmethod,technology,andreliability.
Keywords:fillingpile;Ultrasonictesting;Defectcategory;judgment
中图分类号：U443文献标识码：a文章编号：
1超声波透射法检测原理
钻孔灌注桩是工程建设中主要的桩型之一,被大量用于桥梁等大型建筑物上,而在实际工程中大量存在因技术管理不善和施工疏忽,造成混凝土桩内部存在空洞、疏松、施工缝,或由于工艺违章、配比不当造成的低强度区或严重的分层离析造成工程桩组织构造的不均匀性等缺陷。目前,基桩完整性的检测手段较多,应力波反射法、机械阻抗法等这些方法在我国检测行业应用了20多年,积累了相当多的实践经验,但检测大直径、超长桩仍具有一定的局限性。超声波透射法作为一种基桩桩身质量检测手段,可以准确发现基桩缺陷位置以及缺陷范围,并根据异常特征分析判断缺陷性状及缺陷程度,依据标准进行桩身完整性评价,为桥梁基础的稳固与安全提供保障。用超声波透射法能够直观、准确地评价基桩的完整性,检测出基桩混凝土存在缺陷的性质和位置,为处理这些隐患提供科学的依据。超声波是一种机械振动波,它所具有的透射性、反射性以及绕射性等特点,确定了它在工程检测中的实用性。
基桩超声波检测是在基桩中预埋声测管,在两根声测管中分别放置发射换能器和接收还能器,并在声测管中注满水作为耦合介质,当发射换能器发射超声波,超声波在混凝土中传播后到达接收换能器并被量测记录（见图一）,由此可计算出混凝土的声速:
图1检测法法示意图
V=L/t（1）
式中,L―――超声波在混凝土中传播距离;
t―――超声波在混凝土中传播时间。
同时,接收波幅的量测是用某种指标来度量接收首波峰的高度,并将它们作为平行比较各个测点声波信号强弱的一种相对指标:
ap=20lga/a0（2）
式中,a、a0分别为接收首波峰值及参考峰值。
混凝土是一种非均质材料,其物理力学性质受其内部特性与外部环境条件的制约,其声波传播的特性反映了混凝土材料的结构、密度以及应力、应变关系,根据弹性介质中波动理论,超声波在混凝土中的传播声参数与混凝土的物理力学指标之间的相关性就是基桩超声波检测的理论依据。当混凝土介质的构成材料、均匀度、施工条件基本一致时,超声波在其中的传播也基本一致,而介质中存在缺陷时,超声波在传播的过程中产生绕射、反射、衰减等现象,使其声时、声速、声幅等产生变化。
（1）声速：超声波在传播路径上遇到缺陷时，由于绕射，声时变长，从而声速降低。
（2）振幅(前波振幅)：超声波在缺陷界面上声阻抗差异显著，产生反射、散射和吸收，使接收波振幅显著降低。
（3）频率变化；一般情况下，混凝土强度越高接收频率也越高，反之，强度低，频率也随之下降。
（4）波形变化：有缺陷的混凝土其结构的连续性被破坏，使超声波在内部传播发生变化。直达波、绕射波．反射波等各类波相继被接收，由于这些波的频率、相位不同．在彼此叠加时，会使正常的波形发生变化甚至出现畸变。
根据这些声参数的不同变化,从而判定基桩的完整性。当桩身某一段存在蜂窝、离析或夹泥等缺陷时,接收到的超声波信号会出现波速降低、振幅减小,同时波形畸变、接收信号主频发生变化等特征。超声波透射法基桩检测就是根据混凝土声学参数测量值的相对变化,分析、判别其缺陷的位置和范围,评定桩基混凝土质量类别。
2测试方法
超声波透射法用于基桩完整性检测时,整个过程由超声波信号的发射、传播、接收和实测波形的分析处理等部分组成。超声波信号仿佛是一媒体,在桩身混凝土中传播时,载有大量的混凝土材料的性质、完整性等信息,这些信息被接收换能器接收并被计算机储存,工程检测人员将根据这些信息准确地判定被检测桩的桩身完整性。超声波透射法用于基桩完整性现场检测的常用方法是双孔法,主要采用平测法、斜测法和扇形扫测的观测系统。根据检测要求,对于桩径为600～1000mm的灌注桩埋设了2根检测管,桩径为1000～2500mm的灌注桩;埋设了3根检测管,检测管之间均匀分布,相互平行并注满清水。超声波仪主要由计算机、采集仪、声波发射换能器和声波接收换能器组成。现场检测时,将频率为25～50kHz,带宽5～50kHz,长20cm左右的径向柱状换能器置于检测管中,发射换能器和接收换能器应保持在同一水平面上,两换能器在每一测点的高程误差不应大于2cm,检测时宜从桩底开始,每隔20～40cm为一测点,逐点检测并随时校正两换能器的水平位置,直至桩顶。如前所述,基桩混凝土是一种非均质材料,由于混凝土骨料的粒径状态及其分布的随机性,水灰比以及施工工艺、地质条件诸多因素的影响,在成桩的过程中,往往会影响基桩桩身的完整性,产生如桩底沉渣、夹层、离析、缩径、孔隙甚至断桩的可能性。在检测时,发现某一段的声参量异常时,应引起工程检测人员的注意,常采用测距为10～20cm,加密平测、或斜测、或扇形扫测的方法,检测出缺陷所在的详细部位、性质及其大小。
3缺陷类型及判断
大量的工程实例证实,用超声波透射法检测大直径灌注桩桩身完整性,其实测波形、声时、声速、声幅具有如下特征:完整桩各测面声时、声速、声幅均无超判现象,在声时-深度、声速-深度图上,声时和声速波动不大,呈一条直线,各测点声幅变化不大实测声波的波形正常;局部夹层桩(夹砂、夹泥)1个或2个测面声时增加,声速降低,声幅有衰减,另一测面正常,缺陷处实测声波波形畸变;断桩(全断)各测面声时陡增,声速陡降,声幅衰减的很快,缺陷处实测声波波形畸变较大;低强度桩(桩头浮浆、桩底沉渣)各测面声时增大,声速很低,声幅衰减较快,缺陷处实测声波波形畸变异常,有时甚至无法判读;两声测管之间的距离在钢筋笼运输和吊装的过程中,常会引起底部声测管扭曲变形,两测管之间的距离发生变化,检测时表现为声时和声速的变化,声幅无衰减,实测声波波形也正常,而且,这段过程呈缓进型。对于桩身缺陷的大小宜用斜测或扇形扫测法进行详测,最好用超声波成像(即工程声波Ct)检测。但是在实际工程中因技术管理不善和施工疏忽,往往易造成桩身缺陷,从而导致桩身完整性恶化以及桩身结构强度和耐久性的降低,给工程质量带来隐患。超声波透射法检测钻孔灌注桩质量是其在检测混凝土质量方面的一项具体应用。该方法旨在检测桩身质量,探明隐存缺陷的位置、范围和程度,为工程建设提供科学的依据。
4结语
钻孔灌注桩桩身混凝土质量检测一直是困扰工程界的一个难题。本文通过探讨大直径钻孔灌注桩超声检测原理、方法、及缺陷类型和判断方法，探讨了大直径超长桩桩身混凝土质量的超声波透射检测方法、技术及可靠程度。采用超声波透射法对大直径超长桩检测,其检测精度高,结果直观可靠,可以较详细查明桩身内部缺陷的性质、深度位置、范围大小及严重程度,为控制大直径超长桩桩身混凝土质量提供了一种有效的检测方法。
参考文献
[1]JGJ106-2003.建筑基桩检测技术规范[S].
[2]DBJ15-60-2008.建筑地基基础检测规范[S].
[3]林宗元.岩土工程试验监测手册[S].沈阳:辽宁科学技术出版社,1994.
超声波检测的基本原理篇7
关键词：沥青混凝土；摊铺机；非接触；平衡梁
一、引言
随着我国经济的不断发展、人民生活水平的提高，对于高速公路等基础性建设事业的标准越来高。沥青路面施工不断提高各项技术指标，目前江苏相关规范要求压实度不小于98%（马歇尔密度），沥青路面上面层平整度的均方差不大于0.8mm[1]。路面平整度是高级公路质量评价的重要指标，传统的接触式平衡梁有着无法克服的缺陷和不足。为了全面提高路面平整度，非接触式超声波平衡梁技术得到广泛应用。
二、超声波测距系统
1.超声波测距原理
超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
2.超声波传感器
超声波传感器是实现声、电转换的装置，又称超声波探头或超声波换能器。这种装置能发射超声波和接收超声波，并转换成相应的电信号[2]。超声波传感器主要以超声波作为检测手段，产生超声波和接受超声波，它有发送器和接收器，一个超声波传感器也可具有双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
三、非接触式超声波平衡梁的优点
超声波平衡梁系统采用了数字式控制器，多个超声波传感器与控制器之间都以纯数字形式传送信号，信号传输方便、迅速、可靠，抗干扰能力强，使调平系统的综合性能得以大大提高。利用超声对目标进行检测有其独特的优点：超声波在传播时，方向性强，能量易于集中，几乎沿直线传播；超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离；超声波对色彩、光照度不敏感，对外界光线和电磁干扰不敏感，可以用于黑暗、有烟雾或灰尘、电磁干扰强等恶劣的环境中；超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。正因为超声波有着这些独特的优点，能够利用在摊铺机的自动找平系统中。
四、非接触式超声波平衡梁在实际工作中的应用
1.本文以SmC-8428长靴超声波平衡梁为例，来说明其研究与应用情况，安装示意图如下图所示：
2.工作原理
（1）非接触式超声波平衡梁是一种基于超声波测距原理进行工作的移动找平基准，检测超声主要是利用超声的信息载体作用，每个超声波探头分别测试探头到路面之间的距离，并上传控制盒，控制盒按预定算法处理这些数据，得到各个超声波探头到路面之间的平均距离。在传播过程中，测出超声脉冲从发射到接收经历的时间，如果确定传播介质的声速，就能计算出工作原理从探头到目标之间的距离，测距公式如下：
如图所示：其中L代表探头到地面的距离m；C代表声波在介质中的传播速度m/s；t代表声时s。
（2）SmC-8428长靴超声波平衡梁传感器精选了6个性能品质极高的进口大功率超声波探头同时测距，检测分辨率高，检测范围大，测量精度高。每个超声波探头分别测试探头到路面之间的距离，并上传控制盒，控制盒按预定算法处理这些数在操作工作前先利用超声波测距原理先设定1个基准面：在摊铺机每侧均朝下布置3个超声波传感器总成，每个总成含有6个探头，布置在左右两侧平衡梁，；首先探头发出声脉冲，声脉冲到达地面以后再以声速返回发射器，随后以地面为基准持续不断地测出地面与5个探头之间的距离，最后一步经过选择处理后对这些距离取平均值。5个独立探头同时工作，但是，只有3个接近实际检测值的测量值才会采用，求得平均值，多探头超声波传感器工作示意图如下：
（3）在施工过程中，当摊铺机工作在不平坦的路面上的时候，与机架连接的牵引点也随着上下起伏变化。因此，摊铺机每一侧非接触式平衡梁上3个超声波传感器的平均高度和角度与工作前的设定值之间将会产生偏差。偏差信号经过DSp控制器综合处理以后，该系统通过控制电磁换向阀的油路流向来控制油缸活塞的上升和下降，通过改变高速开关阀的通断时间来控制油缸活塞的运动幅度，实现熨平板对路面波动的自动补偿，消除误差，以确保路面对平整度和厚度的要求。长靴超声波平衡梁及其平均功能，可作用于较长且不规则路面，如路面的坑凹部分将会被补偿，但单个传感器却无法达到这一效果。超声波滑靴组合可剔除较小的不规则值，较大的不规则值将会被9个检测值平均掉，这样使得数据更加精准。
3.影响测量精度的原因
超声波测距的精度受环境温度、发射角辐射范围和障碍物表面特性等因素的影响，例如在道路施工中，温度、风力、烟气等因素；其次超声波探头的数量越多，系统的找平精度越高；同时测量精度还与超声波的幅值、反射面的质地、反射与入射超声波之间的夹角有关。
对于受环境温度影响我们可以利用温度补偿和在探头下安装参考杆的方法来解决；对于发射角辐射范围可以通过软件的方法加以解决，在虚假反射波到来之前这段时间内禁止接收中断的发生，就可以避开虚假反射波带来的干扰。
五、结语
综上所述，本文针对传统接触式平衡梁技术的缺陷与不足，详细论述了现阶段应用比较广泛的非接触式平衡梁的工作原理与及系统构成、特点，能够为技术人员的全面提高施工质量，起到参考作用。
参考文献：
超声波检测的基本原理篇8
【关键词】无损检测超声波仪器因素
1锅炉压力容器超声波探伤检测
作为无损检测技术的重要手段之一，超声波检测技术是发展最快，应用也最广泛的领域。超声波信号具有高频特性，频率在2-25khz之间。从理论上来说，在无限大、均匀介质中超声波的传播途径是直线，反之，若是非均匀的介质（也包括从一种到另一种介质中），声阻抗的改变会使超声波在不同声阻抗的界面上产生折射、投射和反射的光学物理现象。图是超声波检测仪器的工作原理图。对于超声波仪器来说，这些变化会转变为输出信号，指示受监测的器具时都存在缺陷。超声波检测技术可以用来评价器具固体材料的微观组织，以及通过检测相关力学性能探究其微观和宏观不连续性。在超声波检测技术发展的早期，对于大部分检测设备来说只含有a扫描形式。扫描形式的单一导致应用的范围也很狭窄，仅用于模拟量信号的分析，这种信号输出需要富有经验的检测和分析人员，来进行人工分析才能得出正确的结论。本文所探讨的对象是锅炉压力容器，即锅炉与压力容器，由于生产技术的限制，在这些特种设备的制造过程中不可避免地会产生不同程度的缺陷。经断裂力学研究资料证明，在特种设备的诸多缺陷中，危险系数最大是带有尖锐边缘的平面裂纹性质的缺陷。在工业
生产中焊接技术是经常用到的一种施工手段，毫不夸张地说，含有金属材料的工件大都离不开焊接。焊接的质量亦可以通过无损的超声波检测技术进行评价，避免将焊道切割进行物理性的压弯、拉伸等检测。为超声波检测仪检测焊接缺陷的原理。在我国现行的技术标准中，规定对于工件中重要的焊道要全部进行无损检测，确保产品的质量安全。在超声波检测技术的应用实践中发现对工件进行超声波无损探伤时，可能会由于探测角度的问题，检测仪对于工件存在的某些缺陷（如裂纹、未熔合等），区分度不是太准确。对于一些工业使用的器具，如本文所探讨的锅炉压力容器，很有可能是由于一些小的缺陷而导致惨痛的灾难事件，在带来严重生产损失的同时也对人员的安全造成隐患[1]。正因为如此，我们有必要对a型扫描回波波形进行研究分析，区分非缺陷波等结构型回波，通过模式识别等方法来提高超声波检测技术对工件缺陷的准确识别。
2影响缺陷定位定量的因素分析
2.1影响缺陷定位的主要因素
2.1.1仪器的影响
在超声波检测中，仪器要保持水平线性。在检测锅炉压力容器，由于管道和锅炉表面的自然曲度，可能会造成仪器水平线性不佳，从而导致缺陷定位误差大。这种误差是固定存在的，在不能避免时我们只能借助不同角度的多次检测来减少误差。仪器水平刻度精度也是影响缺陷定位的因素。调节超声波检测仪器示波屏上水平刻度值可以对仪器的基线比例进行调整。
2.1.2探头的影响
超声波检测仪器探头发出的实际声束轴线，若与探头几何中心轴线存在较大的偏离时，会导致检测结果的不准确。有些厂家使用的超声波检测仪器维护不足，长时间使用后仪器的探头性能下降，有时甚至会显示探头双峰的现象。两个主声束均指示缺陷存在时，而不能准确定位是哪个主声束检测到的，从而也无法对缺陷进行准确定位[2]。探头长期使用必将引起磨损，对于探头部位来说最常见的就是斜楔。若斜楔的前面磨损较大，相对于完整探头的检测结果来说，探头检测到的折射角会增大，探头K值增大，同样若是后面磨损较大，情况正好相反。半扩散角越小，探头的指向性越好，从而超声波检测仪器的缺陷定位误差小定位准确度高。
2.2影响缺陷定量的主要因素
2.2.1仪器性能
超声波检测仪器在进行无损探伤时，仪器的性能是影响探测结果最重要的因素。如古语所言，工欲善其事必先利其器。生产企业在选择检测仪器时，一定要广泛调研，购入质量合格、经久耐用的仪器。探头是整个仪器中最容易磨损的部位，检测仪器还要做好平常的维护，保证检测结果确实可信。仪器的频率、垂直线性、探头形式、衰减器精度、折射角大小、晶片尺寸等都会直接影响检测仪器的回波高度，从而对工件的缺陷定量检测产生影响。
2.2.2耦合与衰减的影响
对回波高参数来说，耦合剂的声阻抗和耦合层厚度都是影响参数准确性的因素。除此以外，对于表面粗糙，或者是正常设计得凹凸不平的工件，在进行无损探伤时可能会造成耦合不良。要考虑到试块或被探工件与检测仪的表面耦合状态可能存在差异，在进行灵敏度校准时，要采取有效的方案对耦合误差进行补偿，减小定量误差。对于某些工件应该测定材质的
2.2.3操作人员的影响
在进行超声波无损检测进行缺陷定量时，操作人员也是不可忽略的因素之一[3]。不同的操作者的操作习惯不同，力度也不一样，斜锲的磨损程度也不尽相同。在调节各种参数时，如仪器时基线比例，通过试块来进行调准。操作人员若没有将回波前沿对准水平刻度，亦或是读数时视线未与刻度相平，都会造成缺陷定量结果不准。对于不同形状的工件要及时调整缺陷定位的方法。就本文探讨的锅炉压力容器大多不能以平板工件来简单处理。
3结语
现今，随着科学技术的发展在工业生产中已有很多无损检测方法，如磁粉、渗透、超声波和射线探伤等。相对于诸多的无损检测技术，对于锅炉压力容器超声波还是有其不可比拟的优势。在设备的缺陷监测中有三个关键性数据，分别为缺陷距表面距离、缺陷之间的距离、壁厚的径向长度。本文从超声波技术的原理入手，通过对超声波无损探伤技术在锅炉压力容器检测中的应用进行详细分析，之后在分析的基础上对影响超声波检测技术应用过程中，探讨工件的缺陷定位和定量影响因素。本文的研究对工业生产中锅炉压力容器的质量检测有着重要的指导作用，有利于超声波探伤检测技术更好应用于实践中。
参考文献：
[1]黄健.数字超声波探伤仪在液化气储罐探伤中的应用[J].测控技术，2008，27（6）.
超声波检测的基本原理篇9
【关键词】超声波清创；信号发生；人机交互
abstract：inrecentyears，becauseofthesingularcharacteristic，ultrasonichasbeenmoreandmorewidelyused，alsotheresearchanddevelopmentofultrasonicproductshasbecomepopular.Ultrasonicisakindofmechanicalwave，withitsuniquecavitationeffectcaneffectivelyremovenecrotictissue，anddamageinnormaltissueisverylight.theprocessofcleaningthewoundisthroughcleaningfluidaCtSonthewound.Usingsuperlivingwavedebridementhasbeenproventohavegoodeffect，thisarticlemainlydiscussthedesignandimplementationofultrasonicdebridementmachinecontrolpanel.
Keywords：Ultrasonicdebridement；Signalgenerate；thehuman-computerinteraction
1.引言
近年来超声波因其奇异的特性得到了越来越广泛的应用，对超声产品的研究和开发成了很多研究的热点，利用超生波清创已被证明具有良好的效果，超声波是一种机械波[1]，清洗伤口过程中通过清洗液体作用于伤口，具有无创，无污染的特点；超声冲洗所需的冲洗压力远远低于高压冲洗的压力，对正常组织损害很轻，不会破坏机体自身的防御机制。超声波具有空化效应，能有效地清除坏死组织，并具有杀菌作用，改善局部微循环及促进伤口愈合，大大减少伤口感染的几率。
超声波清创机得到越来越广泛的应用，它的逐渐普及对于自身易操作性也是一个考验，本文主要讨论对超声波清创机控制板的设计，力求利用良好的人机交互与反馈机制是使用者更加方便和有效的控制和使用超声波清创机。
2.系统方案设计
超声波清创机整体框架结构如图1所示，主要去控制板产生所需信号，经由功放进行放大，由换能器将电信号转换为机械振动的声波信号，并通过变幅器进行可控机械调节，最终由手术刀具输出清洗液以及超声波输出对人体损伤组织进行杀菌清创。本文主要讨论控制板部分的设计（图1黑框中部分）使整台机器更易于使用人员的操作，并增强机器的可监测性与可控能力。
3.控制板整体结构框架
控制板主要负责超声波所需的原始信号产生，对超声波工作过程中的功率和频率进行实时检测，并通过人机界面进行各参数显示并通过与使用者的交互进行相关参数的设定和操作。控制板采用模块化设计，主要分为处理器、人机界面、频率检测、功率检测、信号发生器五个部分，其中处理器是整个系统的核心，控制协调各个模块的正常，稳定运行。
4.各模块设计
（1）信号发生器
本设计中的信号发生器部分主要基于集成电路aD9834为核心并通过处理器进行相应控制产生所需信号。aD9834数字频率合成器是一款高度集成的DDS芯片[3]，它采用先进的DDS技术，结合内部集成的高速高性能的DaC，可以实现灵活的频率合成功能。aD9834最高时钟频率为75mHz，由采样定理最高输出频率为37.5mHz。通过设定输出可以是正弦波和三角波。它还有一个片上比较器，允许产生方波，为了实现改变输出波形的频率。芯片内部提供一个28bit寄存器，按75mHz的时钟速率，最小能达到0.28Hz分辨率。同样，如果是1mHz的时钟速率，aD9834可以最低实现0.004Hz分辨率.可见其使用非常灵活。对aD9834的控制寄存器的写入是通过3线Spi接口。这个串行接口工作最高时钟速率可达40mHz。信号产生原理图如图2所示。
（2）频率检测
频率检测部分直接将信号发生器产生的信号作为检测的输入，并将检测输出直接接入处理器，处理器对输入信号的频率检测可以有两种方法[5]：一种是定时计数法，即在较长一段定时内对外部中断计数；另一种是周期测量软件计数法，即在相邻两次外部中断中对较短的定时次数进行计数。前者需要合适的定时周期值，而后者在信号源的频率较大时，产生的误差较大。考虑到定时器的最大定时限度，这里对不同频率段采用不同的检测方法：当信号源频率较大时，采用定时计数法；当信号源频率较小时，采用周期测量软件计数法。采用这种分段处理的方法时需要设定一个合适的阈值。频率监检测流程如图3所示。
（3）功率检测
本设计中功率检测部分的核心器件为maX4000，功率检测和控制器maX4000是maXim公司2004年推出的产品[9]，它将传统的检波器和运算放大器合为一体，具有检波输入信号动态范围大、输出驱动能力强、体积小等优点，可广泛应用于移动通信、雷达、卫星通信等电子设备中的功率检测和功率控制。它由4个小信号放大器、5个检波器和1个运放组成。功率放大器输出端口耦合出来的信号输入到maX4000的RFin端，maX4000将射频信号进行检波、比较、放大后由oUt管脚输出，直接驱动功率放大器中的pin衰减器，调节Set管脚的电压值，使得功率放大器的功率恒定在某一值上。maX4000应用原理框图如图4所示。
（4）人机界面
本设计中的人机界面设计是基于winCe6.0嵌入式系统的应用程序开发，硬件上采用统宝t35液晶屏，交互方式上采用图像交互与行为交互相结合，本着人机交互中合理性与安全性的原则[6]，开发实体用户界面，使操作者拥有良好的操作体验并能够轻松自如的操作超声波清创机。
（5）处理器
本设计中处理器方面采用的为三星公司的16/32位精简指令集微处理器S3C-2440a，S3C2440a基于aRm920t核心，0.13?m的CmoS标准宏单元和存储器单元。低功耗，简单，精致，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构如先进微控制总线构架（amBa）。
1.2V内核供电，1.8V/2.5V/3.3V储存器供电，3.3V外部i/o供电，具备16KB的指令缓存和16KB的数据缓存和mmU的微处理器。其丰富的外设能充分满足本设计的需要。
5.系统工作流程
系统的工作流程图如图5所示。
6.结束语
随着超声波清创机使用的普及，其操作的便易性也要求随之增高，本设计正是顺应着这种需求，从人机工程学角度出发，在不失机器本身性能的前提下，提高了使用人员对机器的可操作性以及对机器控制的便易性。
参考文献
[1]陈著.低强度超声波对污染伤口的细菌清除和促愈作用的实验研究[J].第三军医大学学报，2001，5-617-619.
[2]龚炎忠，陈铭.6562例急诊清创术治疗分析[J].浙江创伤外科，2004，6（3）：159-190.
[3]聂双平.高绷精密函数波形发生器设计[J].国外电子元器件，2001（1）：63-66.
[4]司朝良.基于aD8362的射频功率计设计[J].国外电子元器件.
[5]邵璐，姜波.设计心理学[m].西安：西北大学出版社，2005.
[6]周克宁，吴飞飞.基于DDS的高准确度可调占空比方波发生器[J].计量技术（测量与设备版），2005（11）.
[7]董军刚，蔡振江.基于DDS技术的智能信号发生器的设计[J].微计算机信息，2007，4（2）：298-301.
超声波检测的基本原理篇10
关键词：铸件；疏松；超声波；工艺
1铸件中疏松缺陷的形成及危害
工业的快速发展及水平的提高对产品的质量要求越来越高，产品如果存在超标缺陷将严重影响产品的质量和使用寿命。铸钢件超声波检测内部缺陷大致可分体积型和平面型两大类，现仅对铸件中的疏松（体积型）检测作分析。
疏松也叫收缩，苍蝇脚，针眼缺陷是松散的，一般分部在铸件浇口热节处，或补缩通道不畅通处，铸件壁厚突变过度处。当浇注的金属液在凝固过程中，得不到足够的金属液进一步补缩、形成一个相对小而集中的小洞、像针型的海绵团状缺陷。由于存在于铸件内部所以毛坯状态肉眼是察觉不到的，必须经机械加工后才能发现，疏松内部毛糙、内部氧化为松散、深灰色或氧化光泽，疏松缺陷的存在不仅会影响铸件本体的强度性能、影响密封性、螺纹暴牙等不利因素。
2铸件超声检测原理
为了提高产品质量对产品进行无损检测，结合无损检测的四大常用无损检测方法。射线、超声波、磁粉、渗透的原理以及疏松缺陷的特点。如果缺陷在表面近表面磁粉、渗透都可以检测；内部的缺陷射线、超声波都可以检测。由于铸钢件大壁厚，从检测效率、检测成本等综合考虑、内部优先选择超声检测。超声波探伤具有灵敏度高、成本低、灵活方便、对人体无害等优点。超声波探伤原理是探头发射声波穿透工件，通过截面进入另一个截面，在界面上发生反射回波特性来检验一种有缺陷的零件的方法。超声波检测要结合产品的生产工艺，了解不同性质的缺陷易产生的区域，根据缺陷反射回波波形（静态波形和动态波形）、底波的衰减分析缺欠的类型。疏松是密集缺陷从仪器屏幕上静态波形很容易区分，缺陷波为林状高低不同。仪器示波屏幕缺陷横向扩展、底波明显下降。动态波形探头移动时缺陷波变化迟缓、有一定的区域，疏松、缩松、材质松散等密集缺陷。探伤时缺陷波呈草状或林状，底波很低或仪器屏幕上消失。
3疏松缺陷的回波特征及判断
以下是铸件同一产品的超声波静态波形图：结合射线、解剖后着色检测，分析出是典型的疏松。超声波图形如图1按标准GB/t7233.1-20092级验收，仪器USm35XS铸钢件对比试块探头mSeB2eS其优缺点不在阐述。图2红色标记处为Rt的照相底片显示出云状的影像结合工艺和aStm图谱评定为疏松使用ir92源和柯达mX125胶片，Rt对缺陷的定性直观，但检测成本、检测周期较长、对检测人员有一定的伤害。铸件由于工件较厚一般普通X射线机无法穿透，实际检测中一般用ir192或Co60等放射元素，这些放射型元素要有一定的防护或多或少对检测人员有一定的伤害，检测效率不及超声波效率高。射线检测首先要标记、画线、布片、送源、曝光、收源、取片、冲洗底片、评定等环节。图3是渗透检测出的疏松显示，由于铸件毛坯时一般疏松都存在工件本体的内部。图3仅为分析缺陷性质使用Dpt-5着色剂套装，人为在Ut发现缺陷处切削加工让开口疏松暴露在工件表面。pt检测首先要缺陷是表面开口，但着色剂对人呼吸道有伤害、污染环境检测效率也不高。磁粉检测主要是缺陷处漏磁场吸附磁粉，但对疏松类的缺陷显示磁痕没有着色直观，在此就不再阐述。综上所述，无损检测人员对铸件内部疏松（体积型）缺陷的检测，检测人员使用超声波检测根据经验和对铸件产品工艺的理解对缺陷的检测和定性可靠率是很高的，可以为节约成本和提高工作效率、保证产品的质量的前体铸件内部缺陷优选超声波检测是很可靠的。
图2Rt底片云状显示
图3解剖后pt疏松显示
4铸件超声探伤的工艺
铸件的超声波探伤要注意以下的一些不利因素：要了解铸钢件的以下特点：（1）表面粗糙；（2）材料组织不均匀；（3）结构复杂轮廓波多，是铸造缺陷检测的难点。因此，检测铸件使用低频直探头的基础、对比试块校验探伤灵敏度、并使用粘度大的耦合剂、为了改善表面耦合优选软保护膜探头，探伤时机一般要求工件正火回火后目的是改善铸件的透声性，要求高的铸件还要在除应力后再次探伤，对铸件探伤时首先根据工件的壁厚选用探伤灵敏度，发现缺陷时候要区分是平面型还是体积型、缺陷的当量、缺陷占壁厚的百分比、缺陷在内外层的面积、不同工件厚度的底波衰减量。
5结束语
根据经验的总结、结合产品生产工艺分析。对铸件中的缺陷定性还是有一定的准确率，铸件的超声波检测越来越广泛的应用，对缺陷准确定性有利有产品工艺的改进。上述仅对铸钢件中疏松缺陷的认证和评定。由于的水平所限、错误和遗漏是很难避免的、恳请读者指出。
参考文献
[1]超声波探伤编写组.超声波探伤[m].劳动人事出版社，1989.