超声波的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇超声波的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：超声检测；混凝土结构；影响因素

中图分类号：TU112.7文献标识码：B文章编号：1009-9166（2011）017(C)-0151-01

引言：超声波法是一种重要的混凝土强度检测方法，其检测过程对混凝土材料没有损伤，也不影响建筑结构或构件的使用性能，重复或复检方便，重复性良好，因而在混凝土检测中应用非常广泛。本文简要探讨混凝土结构超声检测的基本原理及影响因素。

一、超声波检测混凝土的基本原理分析

混凝土超声检测是混凝土非破损检测的一项非常重要的技术，在国内外都取得了广泛的应用。发射换能器以一定重复频率间断地发射出超声脉冲波，它不具有单一频率而是所谓复频波，各种频率成分的波将以不同速度传播。超声波检测技术中的主要声学测量参数有以下几个，可以从这几个参数来简要分析超声波检测混凝土的基本原理分析。1、声速。超声波在混凝土中的传播速度，其同混凝土内部结构（孔隙、材料组成等）有关，同混凝土的弹性性质有关。通常混凝土的弹性模量越高，内部越致密，声速也越高。所以在超声波检测时，如混凝土内部有空洞、蜂窝体等缺陷时，声时值会有所增大，声速也会相应地降低。在结构混凝土检测中，声速还会受到探头的种类和安置位置等自身因素的影响，所以为提高测量的精度，就应控制好测量声速和声程，最大限度地排除各种干扰。2、振幅。接收波振幅一般指的是第一个波前半周的幅值，也即是首波，接收到的超声波信号越强，振幅越大，当发射出的超声波强度一定时，就可以通过振幅的大小来反映混凝土粘塑性能，由于混凝土的强度同其弹性性能和粘塑性能有关，因而振幅也可体现混凝土的强度。采用超声波检测时，如果混凝土存在裂缝或缺陷时，便会引起超声波的绕射或反射，从而减弱振幅值。3、频率。由于在超声波检测中，声脉冲信号包含了一系列不同频率成分的余弦波分量，它们在传播过程中高频部分首先衰减，所以超声波愈往前传播，其高频成分愈小，主频率下降的多少不仅同传播距离有关，还与混凝土的质量、强度及内部缺陷情况有关，故可以测量超声波通过混凝土后频率的变化来判断其质量情况。4、波形。正常的混凝土，超声波在显示屏上而显示的接收波波形为衰减正弦波；如果混凝土内部存在缺陷、裂缝或者疏松，就会改变传播路径，最后在显示屏上出现畸变波，故可将波形作为判断混凝土内部缺陷的一种辅助参数。

二、超声波在混凝土中传播的基本特性

混凝土为多相凝聚体，主要由砂、石、水泥及孔隙等构成，其内部存在各种不同的界面，超声波在内部传播时，遇到这些界面，便出现折射或反射等现象，这些都使得超声波在混凝土中传播时衰减大，并且传播时指向性较差；此外，由于会因界面反射和折射而曲折，使得在混凝土中存在缺陷时便不沿直线传播；最后采用超声波检测混凝土时，探头所接收的信号是一次声波和二次声波的叠加。

三、超声波法检测混凝土强度影响因素分析

1、原材料及配合比。不同的混凝土原材料使超声声速值有差异，就算采用的原材料相同，不同的配合比也会产生不同的声速值。（1）水泥品种。不同的水泥配制的混凝土，其早龄期的强度发展规律是不一样的，所以对于早龄期的混凝土检测，应将水泥品种作为一个考察因素，但对于较长龄期的混凝土，就可忽略水泥品种的影响。（2）粗骨料的品种和含量。一般来说石子的品种对超声波检测的影响并不显著，在利用测强曲线的时候甚至可忽略这一因素。虽然碎石和卵石石质相同，对声速影响较小，但碎石表面粗糙，有利于水泥和骨料的粘结，因而强度会略高。在混凝土强度相同的情况下，粗骨料含量越高，超声声速值越大。（3）矿物细掺料。当前的混凝土都倾向于高强、高性能，因而也开始广泛地掺加矿物细料，如掺加硅灰会有效提高混凝土的强度，也会提高超声波传播的声速，这是因为硅灰颗粒细小，具有高度的分散性，填充在水泥之间后会提高整体的密实度，所以也会提高超声声速值。（4）砂率。混凝土砂率控制的好坏会影响混凝土的密实度和粘聚性，从而对声速的影响也较大。（5）配合比。各种材料相同的混凝土，由于配合比不同，也会造成超声声速存在差异，如超声波在粗骨料偏多的混凝土中传播会更快，对于水灰比大的混凝土水分蒸发多，孔隙多，也会降低声速。2、外部条件。（1）龄期。在早龄期的混凝土中，混凝土强度的增加会引起声速值的增加，并且后者的增长速度要大于前者，随着龄期增加，前者的增长速度也会逐渐大于后者。（2）养护方法。通常混凝土在水中养护时比在空气中养护时水化要更充分，相应地减少了毛细孔孔隙率，故也会提高声速。（3）温度和含水率。当温度超过50℃时，声速随温度的升高而降低；含水率越高时，水分会填满孔隙，使得超声波传播速度也大。3、其他条件。（1）结构中的钢筋。由于超声波在钢筋中的传播速度比在混凝土中要大很多，所以在检测含有钢筋的混凝土时，往往需要根据实际情况对检测得到的超声声速值予以修正。（2）混凝土中缺陷与损伤。若混凝土中存在裂缝，混凝土的强度就不能用超声波来检测，检测过程中如果首波形状发生改变，则表明混凝土内部存在缺陷，便不得以超声声速换算混凝土强度。

结束语：了解混凝土结构超声检测的基本原理和影响因素，有助于更好地再混凝土检测中运用这种技术，提高检测的准确度，从而对混凝土结构进行有效地评价，以及对受损构件采取有效的加固措施。

作者单位：广东荣基鸿业建筑工程总公司

参考文献：

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摘 要 利用超声波测量距离具有原理简单、抗干扰能力强等优点，因此超声波测距装置也具备了结构简单，工作情况稳定的优势，被广泛采用。本文通过对其工作原理的介绍和设计实例的分析，介绍了超声波测距装置的基本构造和工作过程。

关键词 基本原理 装置特征 装置设计

一、超声波测距装置的研究

1．装置的应用和基本原理

利用超声波进行距离测量的主要是发挥其受外界干扰较小的优势，而且传感器的结构相对简单，成本不高。在测量的过程中传输的声频不高，便于接收元件识别和计算。因此在机器人研制、车辆辅助系统、测量测绘等方面得到了广泛的应用。而且电子技术的发展让新型的电气元件和传统的超声波理论有机的结合起来，拓展了该技术领域的空间。目前超声波测距装置主要利用的是陶瓷超声波能量转器，作为固体超声波发生装置，发生超声波的频率为40kHz的固定频率，利用先进的单机芯片负责声波的收发，从而计算发射和接收的微量时间差测算出目标距离，这就是超声波测距的原理。

2．超声波测距装置特征

从理论上看，超声波发生装置的电压越高效果越好，这是因就同一个发生系统来看，电压越高其发出的超声波功率也就越大，这样在接收装置上接到的回波功率也就越高，测量也就越准确。但是在实际的应用过程中，设备的应用的工作电压是不可能超过一个极限的，如果超负荷运行就会对装置造成不可修复的损伤。因此在实际的工作中发射模块所产生的脉冲电压是相对的高，而不能无限的放大。基于这样的条件限制，在发射部分的电脉冲信号发出后，由物体反射回的信号当然也就受到一定的限制，其引起的压电晶片产生的电压当然也就较低，而且在其中还会混入一些环境因素导致的杂波，让装置出现错误。所以，在超声波测距装置的设计过程中需要着重研究系统对回收信号的处理，除了需要必要的放大外，也需要进行过滤，要达到芯片能够处理的强度。

二、超声波测距装置的设计

超声波装置的设计因为采用的元件有所差异，其设计的思路也不尽相同，但是其工作的原理、装置组成、工作过程是基本一致的，因此下面选择一种设计方式进行简要的介绍。

1．装置单机芯片功能选择

一般的超声波测距装置主要的系统构成为发射、接收放大、温度测量、数据处理这四个模块，以满足其功能实现。本例中采用的是低电压高性能的单机芯片，具备可编程存储器。这一款单机芯片由Atmel公司出品，可以完全与工业用80C51产品进行兼容，指令和脚本没有冲突。芯片的可编程存储器完全可以适应各种装置的设计需求，满足应用功能。

2．装置的发射电路设计

在超声波装置的应用过程中，理论认为40kHz的超声信号是理想频率。因此在利用555电路的时候电路产生的40kHz的超声波，其振荡可以利用公式：f≈1.43÷（（R1+2×R2）×C1）进行计算，其中R2采用的是可调节电阻，主要是为了实现转换频率的一致性。在设计的过程中R1、R2、C1这三个参数的选取可以利用软件进行选取，最后进行测试以保证准确。而且为了能够保证555的驱动能力装置采用了12伏电源进行供电。工作中555电路产生的40kHz方波通过元件调整，让超声波换能器发出超声波，而且在过程中利用单机芯片通过555的高低电平来实现超声波的发射控制。

3．回波接收的电路设计

装置的设计关键就在于对回波的处理，因为反射回来的声波信号十分的微弱，因此必须经过放大电路的放大，才能保证识别和计算。装置接收到声波信号后，先经过电容的耦合，然后加载到预算放大器上进行两级放大，这里可以采用NE5532，这不仅是因为回波的频带宽，噪声低，更是为了其共模抑制大，电源电压抑制小，因此偏置电压小。而且工作的性能较好，价格合理。在这里实现的两级放大分别为100倍，得到的最终信号放大了10000倍。放大的信号采用电子元件进行比较和调整，通过电阻对其进行调节已选择不同的比较电压，达到对测量距离的调整。

4．装置的温度补偿设计

超声波在传播的过程中可以对其产生影响的因素包括湿度、压力、温度，实践证明温度对其影响最大。因此在超声波测距装置的设计中应当加入必须的温度补偿模块，以保证装置的适应性。在这里应用的是根据超声波的特性总结出的经验公式：V=331.5+0.607T以此作为测距中波速的补偿，V是实际速度，T为温度。一般的装置都会采用数字温度传感器来采集现场温度，并对波速进行补偿。其中如：DS18B20的应用，它是一总线器件，不需要其他调理电路，就能和单片机直接相连。工作过程是，通过DS18B20单片机可以实时采集温度值，在进行测量时将温度补偿给波速，保证单机芯片计算出该温度下的超声波速度。

三、结束语

目前超声波测距装置在电子技术的支持下，已经实现了集成化的控制。设计中利用电机芯片作为控制核心，通过简单的编程保证各部元件的相互配合，已经成为了设计的主要思路和方向。这能够让超声波测距装置更为简单小巧，应用范围也不断扩展。

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人耳能听到的声音频率为20Hz-20KHz,低于20Hz的声波为次声波,人耳是听不到的,高于20KHz的声波为超声波,人耳也是听不见的。超声波之所以被广泛用于医疗领域是因为他有许多奇妙的特点: 1.由于超声波频率高、波长短,他可以像光那样沿直线传播,使得我们有可能向某已确定方向上发射超声波,2.声波是纵波,可以顺利地在人体组织里传播。3. 超声波遇到不同的介质交接面时会产生反射波,这些特点构成了今天超声仪器在医学领域广泛应用的基础。

B超成像的基本原理是:向人体发射一组超声波,按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间,强弱就可以判断脏器的距离及性质。经过电子电路和计算机的处理, 形成了我们今天的B超图像。B超的关键部件就是我们所说的超声探头 (probe),其内部有一组超声换能器,是由一组具有压电效应的特殊晶体制成。这种压电晶体具有特殊的性质,就是在晶体特定方向上加上电压,晶体会发生形变,反过来当晶体发生形变时,对应方向上就会产生电压,实现了电信号与超声波的转换。

B超工作过程为: 当探头获得激励脉冲后发射超声波, (同时探头受聚焦延迟电路控制,实现声波的声学聚焦。) 然后经过一段时间延迟后再由探头接受反射回的回声信号,探头接收回来的回声信号经过滤波,对数放大等信号处理。然后由DSC电路进行数字变换形成数字信号,在CPU控制下进一步进行图像处理, 再同图表形成电路和测量电路一起合成视频信号送给显示器形成我们所熟悉的B超图像,也称二维黑白超声图像。

彩超在黑白B超图像基础上加上以多普勒效应原理为基础的伪彩而形成的。那么何谓多普勒效应呢,当我们站在火车站台上听有远处开来的火车笛叫声会比远离我们的火车笛叫声音调要高,也就是说对于静止的观测者来说,向着观测者运动物体发出的声波频率会升高,相反频率会降低,这就是著名的多普勒效应。现代医用超声就是利用了这一效应,当超声波碰到流向远离探头液体时回声频率会降低,流向探头的液体会使探头接收的回声信号频率升高。利用计算机伪彩技术加以描述,使我们能判定超声图像中流动液体的方向及流速的大小和性质,并将此叠加在二维黑白超声图像上,形成了我们今天见到的彩超图像。

二、 适用对象及范围

JJG639-1998《医用超声诊断仪超生源》检定规程的适用对象除单纯的B超外还包括彩超及彩超中的黑白超。

现今通用B超多为多探头的,高档的可配十几种,但规程所明确检定范围仅涉及腹部、心脏、小器官检查诊断所用的机械扇扫、平面线阵、凸阵而不包括腔内探头和活检穿刺探头。

三、 操作要点

(一)声输出检测

为确保临床安全,与之密切相关的声输出参数即输出声强,应小于10mW/cm2检定中应注意两个问题,因为毫瓦功率计是一种灵敏、准确度高的超声微功率测量仪器,水中的测量靶应处于完全静止状态,确保周围无任何干扰(如:有人员走动或有气流)尽量避免其震动。对仪器探头为凸阵、相控阵探头,必须在现有功率计上加装掩膜,测量1cm长度内的有界功率计,以保证全部声能都射在辐射力天平的靶位上面无遗漏。

(二)盲区检测

近场聚焦、中等增益、高对比度、中等亮度、线阵探头在一幅内完成判读,其他探头沿声窗平移,依次读出靶线。

(三)探测深度检测

功率输出最大,远场聚焦,高增益,高对比度,高亮度,线阵耦合于纵向靶群上方,其他探头的纵向轴线必须对准纵向靶群。读取纵向靶群中能够明确成像靶线到声窗的距离(总增益调满时TGC失去作用)。

(四)轴向、侧向分辨率的检测

低增益,高对比度,将探头耦合于所测靶群正上方声窗表面,从体膜的最浅处开始分别聚焦所对应的靶群,依次读出所能分辨的最小轴向、侧向靶线间隔,轴向分辨率取决于超声波脉宽。侧向分辨率取决于声束宽度,但靶线图像的横向铺展表现与仪器的焦点位置、与增益及亮度条件关系极大,在操作中应尤为注意。另外,在读取侧向靶线间隔时,若探头置于靶群的斜上方,在靶线图像为“斜线”的情况下读分辨力是严重的操作错误。正确的操作是:探头置于靶群的正上方,在其图像为“横线”的情况下进行判读,相邻靶线图像必须完全断开,不能“是断非断”。

(五)几何误差的检测

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关键词：超声波流量计 应用 管理

随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其测量准确的优点，也使其成为化工行业测量流速的首选工具。

1.超声波流量计的测量原理

超声流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，以测量体积流量的仪表。超声波流量仪的传感器是将传感器直接捆绑在被测管道的外表面，从而实现流量测量的一种安装方式，解决了其它原理的流量仪在安装时必须断管、停产的难题，是超声波流量仪的基本安装方式，具有与管径无关、安装简单、无需停产、无压力损失等特点。超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法，其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。设流体中声速为c，流体流动速度为v，把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成?兹角，换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时，声波传播时间t1为：t1=L/(c+vcos?兹)从P2到P1逆流发射时，声波的传播时间t2为：t2=L/(c+vcos?兹)

超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，吸收器吸收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。传感器具有：方便安装的外缚式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的标准管段式、超高精度的标准型?仔管段式。超声波流量计的重要特点是：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力丧失；能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐化，非导电性等性能的液体的流量测量。

2.超声波流量计的现场应用情况

在相距为L的两处放置两组超声波产生器和吸收器（T1，R1）和（T2，R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分辨达到吸收器R1和R2所需要的时间为t1和t2，则t1=L/(c+u)t2=L/(c-u)由于在工业管道中，因此两者的时间差为t=t2-t1=2Lu/cc由此可知，当声波在流体中的流传速度c已知时，只要测出时间差t即可求出流速u，进而可求出流量Q。

3.超声波流量计的现场管理

3.1是传播时间法只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体，外夹装换能器不能用于衬里或结垢太厚的管道。一般均安装于水平、倾斜或垂直管道，垂直管道最好选择自下而上流动的场所，以防止测量点出现非满管流。

3.2是流体运行流速不能过低，过低的流速会使离散体分布不均匀。若测量管水平安装，气体会浮升在顶部流动，颗粒会沉淀于底部。最低流速通常为0.1-0.6m／s。

3.3是需定期检查换能器是否松动，与管道之间的粘合剂是否良好即可，流量传感器上的传感器尽可能在与水平直径成45度的范围内，在测量液体时换能器声波表面易受气体或颗粒影响，测量液体时必须充满液体，最高温度为150℃，环境的相对湿度≤90RH。

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[关键词]超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量

一、超声波传感器概述

1.超声波

声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

超声波的特点:(1)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中;(2)超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离;(3)超声波与传声媒质的相互作用适中,易于携带有关传声媒质状态的信息(诊断或对传声媒质产生效应)。

2.超声波传感器

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。

超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。 超声波传感器由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。

二、超声波传感器的应用

1.超声波距离传感器技术的应用

超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。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。

2.超声波传感器在医学上的应用

超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是:对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。

3.超声波传感器在测量液位的应用

超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。

4.超声波传感器在测距系统中的应用

超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。

三、小结

文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发,讨论了超声波传感器的原理与特点,并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。但是,超声波传感器也存在自身的不足,比如反射问题,噪声问题的等等。因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习,仍具有很大的价值。

参考文献:

[1]单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.

[2]栗桂凤,周东辉,王光昕.基于超声波传感器的机器人环境探测系统.2005,(04).

[3]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社.

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关键词：钢管混凝土 检测方法 浇筑质量

所谓“钢管混凝土”是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。其工作的基本原理是利用钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，可以保证其材料性能的充分发挥。然而，由于钢管混凝土是由两种截然不同的材料组合在一起。一方面，其亲和力有限；另一方面，混凝土的施工工艺是在实际施工过程中是向钢管内灌注混凝土，无法保证钢管内部完全均匀充实而无缺陷。所以钢管混凝土的施工属于隐蔽工程，看不见摸不着。对管内混凝土是否存在蜂窝、麻面、夹渣、结合不良等缺陷完全不知，且这些缺陷在实际工程中是不可避免的。因此采取科学有效的方法，对钢管混凝土结构进行质量检测是非常必要的。

一、钢管混凝土的一般缺陷

（1）蜂窝离析。由于施工时混凝土的配比不合适，使水泥浆与粗骨料分离或靠混凝土自重使得填充不够密实，容易产生蜂窝离析现象。蜂窝大都出现在钢管内部混凝土难以浇筑密实的部位。主要是由于混凝土配合比不当，搅拌不均匀，施工方法不当等原因造成。

（2）孔洞。施工中选料不细致，混凝土中出现大的砾石，在无振捣的情况下，大砾石附近容易出现孔洞；有时钢管壁内有障碍物使得混凝土塌落不畅或受阻则更易出现孔洞现象。

（3）脱黏。钢管壁与核心混凝土黏结不良、局部脱空。造成钢管混凝土脱黏的主要原因有：①混凝土配合比设计不当，如配置的混凝土膨胀率较低，不足以弥补混凝土的自收缩和泵送施工过程中形成的气模；或拌制的混凝土离析、黏聚性不好，结构顶面浮浆较多，造成沉降收缩。②管壁内除锈未尽，或黏结处渗入一些空气，使管壁与混凝土接触处形成不良胶结。③温度变形，钢管和混凝土的热膨胀系数、导热系数不同。④受轴压作用，钢管与核心混凝土间存在径向应力，超过一定的轴向压力荷载时，钢管与混凝土即发生脱空现象。

二、一般检测方法

目前非金属超声波探测技术在混凝土结构非破损检测中应用十分广泛（超声回弹法），它对确定混凝土强度等级及检测内部缺陷与匀质性效果良好。然而，由于钢管混凝土是一种由钢管与混凝土组合而成的建筑构件，不同介质的组合增加了检测难度。因此对钢管混凝土内部混凝土质量的检测一直没有一个适当、可靠和简便的方法。国内外检测技术中应用较为广泛的钢管混凝土内部质量检测方法主要有人工敲击法，超声波检测法，射线检测法等。

2.1人工敲击法

敲击法是最常用的检验钢管混凝土浇筑质量的检测方法，这种检查方法由检查者聆听敲击钢管的声音，根据不同的音色找出钢管与混凝土剥离部位。此法大部分情况下是基于经验来进行判断，且不能够真正的得出混凝土与钢管之间的空隙大小和分布范围，随机性较强，因此建议作为辅检测手段使用。

2.2超声波检测法

超声波法又称超声法，其检测的基本原理是根据超声波在传播过程中遇到由各种介质缺陷形成的界面时会改变传播方向和路径，其能量会在缺陷处引发衰减，造成到达接收换能器时的声时、振幅、频率变化。对这些变化进行分析，就可检测钢管混凝土的质量。

当用超声波检测仪对钢管混凝土进行进行检测时，超声波的测试频率一般是在40～100 Hz之间。当超声波通过钢管混凝土时，钢管与混凝土和空隙对其速度、振幅、波形等会产生不同的影响，这就会在显示仪器上表现出来，对比无缺陷的钢管混凝土各种标定，通过分析就可确定管内混凝土的状况和质量。在钢管混凝土质量检测的实际工程中常用的超声波法有首波声时法、波形识别法和首波频率法。

2.3钻芯取样法

用混凝土钻芯机，直接从所需检测的结构或构件上钻取混凝土芯样，判定核心混凝土的内部缺陷及钻芯处的钢管壁和混凝土的黏结情况。该方法具有检测结果直观、可靠的优点。然而，由于取芯工作费用较高，而且会对结构造成一定程度的破坏，故芯样位置、数量受到一定的限制。

除上述几种方法外，还有红外热成像法，光纤传感监测系统，射线检测法等。但运用这些方法在检测时仍存在有许多问题，所以仍需对现有的检测方法进行改进或提出新的方法。

三、新型检测方法探讨

近年来，随着对工程质量、安全的日益重视，以及无损检测技术的发展，对钢管混凝土无损检测技术的新方法也层出不穷，下面介绍几种近几年发展比较成熟的钢管内混凝土的检测方法。

3.1冲击反射法

篇7

关键词：单片机；导盲杖；超声波

中图分类号：S611文献标识码： A

1、引言

人生活过程中95%的信息是通过视觉获得的。盲人生活在黑暗的世界中，给工作、生活、社交活动带来了莫大的困难。如何安全行走,是盲人生活中最大的问题。传统的手杖使用起来有诸多不便，导盲犬的训练周期过长且价格较贵，不利于普及。随着电子技术的不断成熟和发展，人们对电子产品的需求转移到为人类的生活服务上来。依据超声波测距原理，可以制作导盲杖帮助盲人行走。通过单片机对超声波测距的控制进行声音播报，来提醒盲人当前状况，也使得这完全优于导盲犬。

2、系统设计

该系统由单片机、超声波发射接收电路、液晶显示电路及语音模块等组成，控制核心为单片机。单片机在接收到传感器的信息后，将传感器的测量信号转换为距离信息，再通过语音进行提醒。系统工作原理方框示意图如图1所示：

图1 系统工作原理框图

3、超声波导盲系统

（1）超声波概述

声波按频率高低不同可分为三种：频率低于20Hz的机械波称为次声波；在20Hz～20KHz之间的机械波，能为人耳所闻，称为声波；高于20KHz的机械波称为超声波，其中频率大于100M的机械波称为超高频声波，其具有了波粒两相性。

（2）超声波传感器

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的用于产生和接收超声波的器件，它既能够把其他形式的能转化为所需频率的超声能又能够把超声能转化为其他形式的能。

（3）超声检测的原理和方法

超声测距的方法有相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。其中相位检测法精度高，但是监测范围有限，声波幅值检测法易受反射波的影响，采用最多的是往返时间检测法。往返时间检测法的基本原理在声速已知的情况下通过测量发送信号与接收信号之间的时间差来计算障碍物的距离，原理图如图2所示：

图2 超声波测距原理图

工作原理：当40KHz的电压脉冲信号由导线输入传感器后，由压电陶瓷晶片将此电信号转换成机械振动，这种机械振动通过空气向外发送出去，发送出的超声信号向空中各方向沿直线传播，遇到障碍物反射回来。传感器在接收到反射回来的回波信号后再次将机械振动转变为电压信号的波动。此时得到的电压脉冲信号非常的微弱，经过后极的放大电路等的处理后被采集处理。

4、超声波发送与接收电路

超声波发射电路部分主要包括超声波信号产生、超声传感器功率驱动。超声波的发射频率主要是由STC11单片机产生的。功率驱动电路功能是用MAX232对超声波换能器进行功率驱动，推动超声波换能器产生超声波。

超声波会随着传播距离的增加而衰减，经过目标反射回来的超声波的回波信号弱，在距离较远的情况下只达毫伏级，甚至微伏。因此为了加大超声波测距系统的量程范围，需加以驱动电路。根据电路需求，接收电路的功能是将接收到的微弱信号放大并进行滤波整形。接收电路部分主要包括滤波电路、放大电路。

5、报警电路

报警电路分为两个部分，一是语音报警，二是LED提示路人。语音报警主要是提醒盲人注意当前路面与前面障碍物，而LED小灯主要是用来警示路人。

（1）语音报警电路

由于时间仓促，所以语音报警电路采用的是语音模块，该模块虽没有实时性，但是使用起来比较方便。语音模块实物图如图3所示：

图3 语音报警模块实物图

（2）LED警示电路

LED小灯主要有两个不同颜色的LED发光二极管组成，一个绿色，一个红色。当导盲系统启动时，绿色的LED发光二极管就一直亮着；当此时导盲系统检测到了前方有障碍物时，这时就会切换到红色的LED发光二极管点亮，若前方是行人，则进行对行人的警示，电路如图4所示：

图4 LED小灯警示电路

6、液晶LCD1602辅助电路

通过单片机对超声波的障碍物的测量进行实时处理，再将测量的距离进行实时显示，从而判断导盲系统各个功能是否实现。LCD1602接法电路如图5所示：

图5 液晶LCD1602辅助电路

7、系统测试结果及分析

前方超声波模块（模块1）设定的障碍物范围为200cm，下方超声波模块（模块2）设定的对地距离为35cm，分别对前方超声波模块和下方模块进行测试，测试结果如表1所示：

表1 模块1、2测试结果

经过测试后，得出的测量值与实际值存在着偏差，经详细的分析与论证，误差的原因有很多方面，如温度影响声音的传播速度，以及超声波发、收模块之间的距离等等，可通过提高计时电路的计时频率、超声波换能器的固有频率等方法提高测量精度。

参考文献

[1]郭天祥. 51单片机C语音教程. 北京:电子工业出版社,2009

[2]谢维成,杨加国. 单片机原理与应用及C51程序设计(第2版). 北京:清华大学出版社,2009

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[关键词]轴类，超声波，探伤，检测，车轴

中图分类号：TB 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）35-0051-01

一、前言

超声波无损检测技术是现代工业生产中应用非常广泛的一种探伤方法，目前已经广泛应用于矿山冶金、石油化工、机械制造、舰艇船舶、航空航天、汽车、铁路、建筑以及核能等工业领域。随着科学技术的发展，社会对工业产品的质量提出了高标准要求，尤其是轴类等核心的关键零部件的质量问题往往会造成重大的事故及巨大的经济损失和创伤，这也加强了人们对无损检测诊断技术的迫切需求和认可，各行各业已经意识到了无损检测诊断技术的重要意义。而且无损检测技术已经逐渐发展完善成为一门专门的独立的综合性学科，培育出一大批超声波无损检测技术人员和工程师，取得了显著的经济效益和社会效益。

二、超声波的基本特性及超声检测基本原理

物理学中解释，超声波的频率大于20KHZ，而且是一种能够在连续介质中传播的弹性机械波。这一特性决定了超声波在无损检测领域中的运用。而超声波检测技术则是无损检测技术中的一种非常重要的理论和方法，这正是由超声波独特的特性所决定的，这些特性包括：良好的方向性，强大的穿透能力，以及能量高等特性；而且，遇有界面时，超声波将发生反射、折射和波型的转换。研究人员巧妙地利用超声波的这些物理特征，通过研究分析和精心设计，大幅度提高了超声检测技术的灵活性，提高了超声波检测的精确度，推动了超声波检测技术的迅速发展。超声波对人体无害，而且其具有适应性强、检测灵敏度高、设备轻巧、使用灵活、检验速度快、能及时得到探伤结果等优点，非常适合在车间、野外和水下等各种环境下工作，更重要的是能够对运行中的设备设施和装置进行检测和诊断。

研究超声波检测技术的基本原理之前，我们先简要概述一下超声波的基本性质：超声波频率范围位于20000HZ以上，其本质是机械波，其传播需要弹性介质。通常用于探伤检测的超声波主要有横波、纵波、表面波、板波等类型，其中最常用的则是纵波直探头探伤和横波斜探头探伤两种类型。再细化分析，纵波一般用于探测钢板、锭材、大型锻件等形状比较简单的产品，而横波则常用来检测焊缝、管材等形状比较复杂的制品等。

综上所述，超声波探伤技术就是利用超声波在被探测物体中传播所反馈的一些物理特性和现象，来发现物体内部存在缺陷或不连续性的一种方法。其基本过程是：首先，通过激励超声发射换能器产生超声波，随后超声波进入工件内部进行传输，然后再通过超声接收换能器将工件中经过被检测材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波转换成接收信号信息，紧接着再对接收到的信号进行分析，判断出缺陷类型或材料特性信息。超声波无损检测技术的种类很多，根据超声波的耦合方式大致可以分为接触法和液浸法两大类，而按照声波的传播方式则可以分为反射法和透射法两种；按超声波激励方式可分为脉冲波、连续波和调频波等探伤方法；按波形分又可分为纵波、横波、表面波和板波等。

三、超声波无损检测技术在轴类零部件中的应用

轴类零部件是设备运行的关键核心部位，其缺陷往往会引起事故，造成重大的经济损失。轴类零件中最典型的是车轴，而车轴属于锻造产品，其无损探伤环节具有十分重要的意义。

一般而言，车轴沿着其长度方向可能产生缺陷的几个部位视其设计和使用方式而定，考虑到在某几处较为典型的疲劳裂纹部位有可能产生各种虚假的回波，因此会使轴的超声波检测程序趋于复杂化。根据经验分析，车轴类零部件在超声波检测中所存在的问题往往与一些加工有台阶或过渡圆弧的轴类相类似，同时又与通过热压配合组装的齿轮、轴承、车轮的长轴等产品具有共同之处，这都为我们研究轴类零部件的超声波无损检测技术提供了大量的数据。车轴锻造后经调质处理，在轴长方向两边对称分别加工有轴承坐、车轮坐、齿轮座等部件；而具有高速性能的空芯火车轴，其外表面一般要经过高频淬火这一工艺，因有压缩的残余应力存在，所以在产生小裂纹时，也不允许产生扩展。通过试验，业内有人证实过：轴类零部件的人工缺陷在3mm以内时，若进行疲劳试验则不会出现缺陷的扩展。由于车轴在运行中受到往复弯曲应力的作用，在压合部位内侧和外侧环状带极容易产生出一定角度的疲劳裂纹，因此这是超声波检测时必须检测的重点内容。由于此时最容易产生疲劳裂纹的部位是车轴和车轮压装部位两端的两个环状带区域，据统计，在役车轴压装部位的疲劳裂纹90%以上都出现在离外沿10～35mm和离内沿5～30mm的两条环状带中，这些疲劳裂纹的平面多与轴侧面的法线呈10～25°的夹角，有规律的由外侧向内和由内侧向外倾斜，这是由疲劳裂纹总是首先向体应力变化较大的方向发展这一规律所决定的。另外，有些超声波作为车轴探伤时的干扰回波，需要注意区分开，主要包括由车轴的复杂形状所形成的固有波、车轮等压装部位所产生的压入波、车轴的涂层部位所形成的涂层波、腐蚀波、轮心反射波等。

四、关于实芯轴的超声波探伤装置的研究分析

实芯轴的超声波探伤分为三种：（1）轴端用直探头，主要用于做贯穿式透声检查；（2）轴端用小角度探头，主要用于做纵波斜射检测轮轴压合部位的外侧和内侧检测，或者用斜探头在轴承座上检测压合部位外侧检测；（3）第三种方式则是二者的组合使用。无论是垂直探伤还是小角度纵波斜射探伤，都是在轴的端部进行的，探伤时需要将轴或者将探头旋转进行360°的探伤。端部垂直探伤除了检测产生于表面的疲劳缺陷和产生于芯部的各种缺陷外，还负责车轴的透声性检查，这种透声检查能够通过与标准试块的底波比较检测车轴的热处理状态、晶粒度、机械性能强度等，所以我国对车轴的透声检查都有严格的标准。

轴类零件在进行局部探伤时，其缺陷容易产生在压装部位，世界较为先进的做法是将有一定折射角的聚束斜探头紧贴轴的端面，首先用已知缺陷比较得出合适的检测灵敏度，再进行实际探伤。但是，车轴的种类很多，因此有必要在探头架上安装不同的折射角探头。探头离开轴端面的距离越远，则其探伤的灵敏度越低，根据轴的形状不同在某些部位还存在着探测不到的地方等问题。这种方法局部探测车轴时，多采用与车轴配合好的聚束斜探头，用其折射声束瞄准压合部位被探区，以车轴旋转探头的固定方式进行探伤。一般场合可以使用2～5MHz的探测频率，探测时对探头或车轴的转动每次以5～10°的节距为最佳标准，逐次获取数据，对探伤波形以3次元表示，以便于进行FFT分析。

五、结束语

随着现代工业与科学技术的迅速发展和革新，超声波无损检测技术在工业领域的装备运行、产品质量检验、产能提升以及降本增效等各个环节都发挥着巨大的作用和影响。美国等工业发达国家，明确将无损检测诊断技术列为其技术革新的重要课题，不惜花费巨大投资来大力推动无损检测技术的科技创新与推广应用。

参考文献

[1] 温庆秋；汽车零部件无损检测技术的应用与发展趋势；汽车工艺与材料；2009年06期.

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[关键词]超声波技术 中药提取 原理 成分 应用

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0312-01

传统中药提取的方法主要有：煎煮法、水蒸馏法、溶剂浸提法等等，这种方式花费的时间比较长，而且效率不高。超声波技术是科技不断发展的产物，其操作比较简单，而且应用的范围比较广，将其应用在中药提取中，可以提高工作的效率。超声波技术在应用的过程中，会产生强烈的振动，而且会出现空化效应，利用搅拌等措施，可以加速药物的溶解性，也可以提高提取率，有效的节约了工作的时间，还降低了高温对提取准确性的影响。

一、超声波应用在中药提取过程中的原理

超声波的传播范围比较广，其利用特殊的媒介，可以使煤质进入振动的状态，而且加速了溶质的扩散。超声波在传播质点的过程中，质点会吸收大量的能量，而且会转化为热能，质点的温度不断升高，这也是超声波热学机制。利用超声波技术，会产生空化现象，即超声波使质点分裂，并形成空穴，空穴在闭合的过程中，产生了大量的压力。

在超声场中，中药提取物的介质中含有大量的溶解气体，而且还有少量的杂质，其在中药提取物的周围，为超声波技术的应用创造了较好的条件。空气中有一定的压力，其可以使生物的细胞壁破裂，这一过程在瞬间即可完成。超声波击碎生物细胞壁属于物理过程，由于浸提中不产生化学反应，所以，被浸提的生物活性细胞在短时间内不会发生变化，即生物活性不变。超声波技术提取的效率比较高，其击碎细胞壁的时间很短，所以，在中药提取中具有积极推广的价值。超声波技术也具有较强的凝聚力，通过实验发现，超声波可以将悬浮于气体或者液体中的微粒凝聚成较大的颗粒，而且会使颗粒沉淀。在利用超声波技术对芦丁分子进行提取时发现，在超声波的影响下，芦丁分子经过碰撞凝聚成了大颗粒，而且颗粒的沉淀后更易提取。

影响超声波技术提取效果的因素很多，其中超声波强度以及频率的影响比较大，另外，被破碎物的结构也与提取效果有较大关系。通过实验发现，在水中，超声波辐射面的强度大于3000W/m？时，就会产生空化反应，而且气泡在瞬间就会闭合，所以产生的压力也比较大，有时会形成较大的冲击波，这会加剧生物体细胞壁的破裂程度。通过分析被破碎物在一定介质下，气泡破碎的大小，就可以分析出超声波的频率。在提取介质时，由于气泡尺寸不统一，所以，相关人员通过分析气泡尺寸大小的范围，即可确定超声波频率范围。

二、超声波技术在中药提取过程中的应用

1、植物有效成分的提取

植物是中药的构成之一，在提取植物的有效成分时，比较耗费时间，而且具有较大的难度，所以，工作效率不高，将超声波技术应用在植物有效成分提取中，收到了显著的效果。通过实验发现，利用超声波技术，可以缩短提取的时间，而且提取样品的质量比较高。通过对比发现，用传统方法对植物有效成分进行提取时，浸渍花费的时间是8h，而用超声波技术进行提取，指花费了15min，这极大的缩短了提取的时间，而且简化了提取的操作流程，可以为实验人员节省大量精力与财力。

应用超声波从大黄中提取蒽醌类成分的研究表明：超声处理10arin，总提取率町达95.52%，而煎煮3h，总提取率仅为63.27%；超声提取20min，提取率可达99.82%；用纸层析及HPLC对两种方法提取产物进行分析，表明超声处理对产物结构无影响。某研究人员在研究从黄连根茎中提取黄连素时，分别对超声波处理时间、超声波频率及硫酸浓度等进行了考察。结果表明用20kHz超声波提取30rain与浸泡24h提取率相同（8.12%），用核磁共振波谱仪对提取产物进行研究，说明超波对黄连素结构无影响。工作人员选用SBC一300超声波中药处理机，对红药贴膏等三种膏剂进行超声处理，与药典法相比，超声法明显省时、省溶剂，操作简单，一般超声提取3次，每次20min即可。而按药典浸渍法，频繁振摇，更换乙醚浸渍次数，则提取完全的时间一般为48h，耗时且溶剂用量大。从天麻中提取天麻素和天麻苷元，用超声提取2h同索氏提取6h的含量相同；用超声波提取10min比冷浸泡法提取48h的天麻素量还高。

2、用于海洋藻类植物的提取

藻胆体是某些藻类的捕光色素，研究藻胆体的光谱性质必须得到完整的藻胆体。在采用化学及机械破碎方法均不能从龙须藻中获得理想的藻胆体时，采用频率为20～50kHz，电压为60v超声提取10min就得到完整的藻胆体f。路德明等在20～C条件下分别采用超声波为30kHz，150V；46kHz，105V；46.4kHz，107V；48.2kHz，109V对盐藻进行破碎，通过显微镜观察计数得到盐藻的完全破碎可达87%，使B一胡萝卜素能够快速、高效的进入水溶液等提取介质，同时可避免因采用化学粉碎方法造成的被提取物结构性质变化而失去活性等。

3、超声波技术在中药其他中药提取中的应用

研究表明，超声波作用可激活某些酶与细胞参与的生理生化过程，从而提高酶的活性，加速细胞新陈代谢过程。超声波用于降解壳多糖，速度快、成本低，氨基酸含量不变；用于提取真菌多糖，如虫草多糖、香菇多糖、猴头多糖等，与传统工艺相比，提取率高，反应过程无物料损失和副反应。把超声技术应用在中药有效成分的提取上，是近年来才被逐渐发现与重视的，超声提取法目前虽已进行了一些研究，但仅在实验室的很小规模上，针对某些单个具体提取对象进行简单的工艺条件实验。由于超声波这种强化提取法需增加产生超声波的动力消耗实际生产使用是否经济有待进行放大实验研究。因此，在超声波用于植物天然成分提取时，应对其作用机制进行深入研究，以便建立一套较为通用的模式，为不同提取对象操作条件提供依据。同时还应注重有关工程问题研究，解决超声提取工程放大问题。

三、结语

超声波技术在应用在中药提取过程中后，收到了较好的效果，其与传统提取技术相比，具有明显的优势，而且可以节省提取的时间与精力，可以提高中药生产的效率，有助于优化中药生产的工艺流程，其优良的特性得到了中药提取人员的青睐，值得在中药生产行业中积极推广。超声波技术目前只在实验室这种规模较小的环境中应用比较多，其对工艺条件有着一定要求，所以，在应用的过程中，还需要对超声波技术不断的改进，这样才能扩大其应用的范围。

参考文献

[1] 王胜男，徐源梅，李红玉.超声循环提取黄芩中黄芩苷的工艺研究[J].中华中医药学刊.2008（06）.

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【关键词】 桥梁;灌注桩;完整性检测;超声波透射法

一、前言

桩基础作为基础构件，主要承受上部荷载并将其传递至下端土体中，其质量优劣严重影响主体结构的使用和安全，加之桩基础属于隐蔽工程，其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备等因素的影响，故加强桩基础质量检测十分必要。

桩基础的评判标准主要是桩基承载力和桩身完整性，其中桩基承载力的大小直接决定桩基能否承受并传递上部荷载。桩基完整性是一种综合定性指标，反映桩身材料的密实性、连续性等性质及桩基桩身截面的尺寸相对变化。桩身完整性好的桩基都有较好的桩基承载力，因而对桩基完整性的检测结果能直接反映桩基的等级。中国现行规范中常用的桩基检测方法包括高低应变法、静载试验法、钻芯法、超声波法（即折射法和透射法）。下面以桥梁桩基检测为例，对超声波透射法进行探讨。

二、超声波法的检测原理

1、回波法

这一方法同样适用于金属探伤方面。由于材质方面的不同，回波法也受到了影响，混凝土的非匀质性导致了回波法不能够在桩基检测中得以应用。因此，用途较为广泛的是投射法，而超声波透射法的基本原理则是，事先在桩基的内部进行装入管道，由此形成了检测的通道，便于探头等设备的安装，应注意的是，探头等设备需要装在声测管中。在仪器的使用过程中，会接收到周期性的电流脉冲，在经过一系列的转换后，会形成叫做超声脉冲的一种物质，这种物质能够穿透需要进行检测的桩基，然后经过换能器再进行吸收，最终转换成电信号的形式。从设备的显示屏中可以看到详细的时间、波幅等参数，这些参数可以宏观地描述检测中的设备的缺陷所在之处以及缺陷的形成原因，加快了检测的速度以及工程的进度。

2、检测方法

主要有：平测法，斜测法以及扇形扫测法，这些方法时根据发射与接收设备的高度和转换程度进行整合的。应用较为广泛的是平测法与斜测法。在测试过程中，应保持测试的高程不变，并对测试物体的每一个我们能够接触到的面进行独立检测，同时应注意的是，对于不同高程的换能器，其差别越大则测试结果就越准确，可以精确地测定缺陷的具置，但高程增加对所接收的信号强度也有所影响，增加了高程，接收信号的强度会减弱，导致在测试缺陷具置的时候不能掌握最精准的位置，影响了最终的位置判断。操作人员应注意的是，在进行有关测试之前，应调整相关仪器的零件位置以确保能够探测到最精准的缺陷所在之处。

三、超声波透射法检测原理、方法、判定

1、超声波透射法检测原理

混凝土是一种集结型的复合材料，其内部存在着广泛分布的复杂界面。当混凝土的组成材料、工艺条件、内部质量及测试距离一定时，其声波传播速度、首波幅度和接收信号主频等声学参数一般符合统计正态分布。如果某部分混凝土存在空洞、不密实或裂缝等缺陷，便破坏了混凝土的整体性，与无缺陷混凝土相比，声时值会偏大，波幅和频率值会降低。

超声波透射法检测适用于灌注成型过程中已经预埋声测管的混凝土灌注桩完整性检测。在基桩施工前，依桩径大小（小等于1.5m埋设3根，大于1.5m埋设4根）预埋一定数量的声测管（一般采用钢管或镀锌管，底端封闭、顶端加盖），作为换能器的通道。

（1）现场检刚前准备工作

采用标定法确定仪器系统延迟时间。

计算声测管及藕合水层声时修正值。

在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。

将各声测管内注满清水，检查声测管畅通情况;换能器应能在全程范围内升降顺畅。

（2）现场检刚步骤

将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中测点处。

发射与接收声波换能器应以相同标高或保持固定高差同步升降，测点间距不宜大于250mm，注意保持两换能器相对累计高差小于20mm

实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取声时、首波峰值和周期值，宜同时显示频谱曲线及主频值。

将多跟声测管以两根为一个检测剖面进行全组合，分别对所有检测剖面完成检测。

在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点，或采用斜测、扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。

在同一根桩的各检测剖面的检测过程中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。

2、检测数据的处理与判定

检测按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-O1-2004）中有关超声波法规定进行：

（1）声时、声速和声速平均值应按照公式计算，并绘制声速一深度曲线、波幅一深度曲线。

（2）桩身混凝土缺陷应根据下列方法综合判定

声速判据：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。

波幅判据：用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。

3、基桩类型的分类与判定

对于混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区的部位，应按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-O1-2004）6.3.3条第3款的要求，确定桩身混凝土缺陷的位置及影响程度。

I类桩：各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。桩身完整，可正常使用。

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。桩身基本完整，有轻度缺陷，不影响正常使用。

III类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变。桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响。

IV类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。桩身有严重缺陷，对桩身结构承载力有严重影响。

四、检测实例分析

以某大桥桩基检测工程为例，该大桥采用（15×25）m预应力小箱梁，成桩工艺为钻孔灌注桩，桩基总数为34，区域地质情况良好。桩基砼设计强度为C25，桩径均为1500mm，桩身埋设3根声测管，呈等边三角形分布。其中12-1号桩基设计桩长为13.60m，检测桩长为13.60m，每个测面每隔500mm进行逐点检测，声测管编号以正北方向顺时针开始第一根管为1，1-2、1-3、2-3三个关距分别为1100、900、1080mm。该桩超声波透射法检测结果见表格。

从表格可看出：12-1号桩检测剖面声速与波幅数值均匀、无突变，无异常点出现，各处

均大于临界值。3个剖面的测点声速平均值分别为4.4981、3.5618、4.3219km/s，都处于砼声速正常取值范围。各点的PSD判据无急剧增大现象。实测波形首波陡峭，后续波波幅大，接收波的包络线呈半圆形，波形无畸变;主频频漂不大、漂移量稳定。由此结合规范判断该桩不存在大的缺陷，无断桩的可能性，桩身完整性等级为Ⅰ类。

五、相关检测方法注意事项

应注意的是，相关测试方法具有复杂性，所以不能够完全按照理论事实来实现，注意到以下几个事项后，在实验中会减少不必要的误差

1、地下含水量

在对桩身进行浇筑水泥的这一过程中，若桩身存在漏洞，且这一漏洞的高度低于地下的水位，则有可能形成地下水穿孔。运用超声波检测法进行检测时，不能够避免水位的影响，会将渗入水后的探测值也包括在最终的结果中，大大影响了缺陷的检测结果。

2、桩基龄期

这一因素对于超声波检测的影响也是不容忽视的，可能会对信号以及波形造成影响。规定龄期在14天，最低应满足于7d周期。龄期应满足于标准，若不符合相关标准，会导致在接收信号这一过程中，产生失误，信号微弱接收不到准确的信息，以及波形的画面有缺损。

3、声测管安装

在安装过程中，应保证安装方式是平行安装，如果安装方式未采用平行方法，则会导致检测时的声时值、均方差、离散系数、平均声速结果形成较大的误差，影响最终的测量值。在使用泥浆进行浇灌建筑物时，由于建筑物体积大，不能保证每一个浇筑物被浇筑的外层结构厚度一致，所以探测到的波幅会不一致，浇筑物外层结构较厚的则探测结果会影响全部测量值。

六、结束语

超声波透射法检测作为灌注桩施工质量检测重要方法，可以准确的查明钻孔灌注桩的工程施工质量问题区域，尤其是对于大桩径以及超长钻孔灌注桩，能够细致准确的评价钻孔灌注桩施工质量。

参考文献