无损检测技术论文范文

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科技的进步推动了技术的发展，超声波探测技术和雷达探测技术在相关领域中发展日趋成熟，该技术现阶段已经应用到了水利工程的质量检测当中。现阶段，在水利工程质量检测行业中应用到的无损检测技术主要有回弹法和超声波法以及取芯法，信息技术发展和网络资源共享以及跨领域探究合作使得雷达技术和波动技术以及电磁波技术等多种无损检测方法也加入到了建筑质量检测当中。与此同时，支持这些现代化无损检验技术运行的相关设备和仪器的科学技术含量也随之提高，大量的数字化检测设备和智能化的检测仪器也在水利工程质量检测的实际工作中投入使用。

2无损检测技术在水利工程中的应用

2.1回弹法检测技术

2.1.1回弹法检测技术原理在回弹法检测技术当中的主要的工具是弹簧和重锤，由弹簧的弹性形变来提供弹性势能推动重锤做功，重锤带动传力杆对建筑的混凝土表面进行敲击，然后测出弹簧的在这个测量过程中的位移，最后通过计算算出具体数值，并将所得数值与相关的指标进行比较，最后判断出混凝土的强度的大小。该方法进行测量的好处是可以获得理想的测量结果，即该测量技术可以对混凝土的质量和均匀程度进行准确的反应，同时等够保证被测墙体的完整性和原有使用性能。2.1.2回弹法检测技术的应用①必须保证被测混凝土表面平整、清洁，杜绝疏松、污垢等问题的存在；②每个被测结构测区范围应进行控制，若被测结构表面尺寸过小，则可适当减少测区数量，相邻两个测区距离应控制在2m；③检测时，回弹仪轴线与混凝土检测表面垂直，通过缓慢匀速施压，避免因用力过大或突然冲击造成破坏；④在测区内均匀布置测试点，测点外露钢筋距离保持在30mm以上，值得注意的一点是，测点不能设置在气孔或外露的岩石上；⑤回弹值测量完成后，选择最佳位置进行碳化深度值的测量，并取其平均值；⑥计算回弹值时，应从被测区所有回弹值中，去掉3个最大值和3个最小值，取剩下回弹值的平均值。

2.2探地雷达检测技术

2.2.1探地雷达检测技术原理在应用雷达检测技术进行水利工程质量检测过程当中，主要是通过相关技术手段将宽频带的短脉冲输送到地下，与此同时具有相应强度的电磁波就发向地下，但遇到不同的导电介质的时候，电磁波会做出相应的反应，或者反射回来，或者出现散射现象。并且雷达会将信号的发射和接收过程都记载下来，所以通过对这些电磁波的振幅和往返时间等可以对建筑工程的内部质量和状态进行细致的分析。2.2.2探地雷达检测技术的应用①对构造进行检测时，沿构造两侧布置对应的测线；②为便于数据采集，需要选择好所需的雷达设备，在此之后，则可采用连续探测方式进行采集：③检测时，雷达天线要紧贴被测对象，沿设定好的测线向前移动，随高频电磁脉冲发射而出，在结构内部电磁脉冲与不同电性分界面相遇，便产生反射波，并被天线接收，经转换卡将脉冲信号转换成数字信号，再经过电脑的数据处理，最终得出被测对象的剖面图。

2.3超声波法检测技术

2.3.1超声波法检测技术原理何谓超声波?超声波是指在超声以波动形式存在并在介质中传播的机械振动，频率范围控制在20～200000Hz，若频率超过20kHz时即为超声波。利用超声波对混凝土结构进行检测，主要是依据超声波的瞬间应力波原理，在混凝土等非金属材料中，超声波通常为20～500kHz，检测频率较低；与之相比，在高灵敏度的金属材料中，超声波检测频率通常为0．15～20MHz。正是因为超声波具有较强的传播能力，在进行水利工程无损检测中，超声波具有良好的指向性能，加之超声波对人体无害、成本低、适应性强等优点，超声波法检测技术可应用于各类工程各种材料的无损检测工作之中。2.3.2超声波法检测技术的应用单面检测法主要应用于截面较大的构件，且该混凝土结构中仅有一个表面可安放探头的情况；双面检测法则应用于截面不大的构件，混凝土结构两侧均能安放探头的情况，检测时，发射探头和接收探头需同时沿构件两侧均匀移动位置，以便测出不同位置的声波参数。除了以上的几种做法还有多种技术可以应用到超声波的检测当中，在钢筋混凝土建筑中“超声波表面坡传播”“首波相位变化”以及“冲击回波法”等其他技术也可以对其裂缝进行检测，并且也可以测得较为精确的具体的混凝土的裂缝深度。

3结语

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混凝土无损检测（NDT：Nondestruetive Testing）是指在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用声、光、热、电、磁和射线等方法，直接在构件或结构上测定混凝土某些适当的物理量，并通过这些物理量推定混凝土强度、均匀性、连续性、耐久性和存在的缺陷等的检测方法。

实践证明，由于具有不破坏混凝土结构构件，操作简单、费用低，不受结构物尺寸和形状限制，可对重要结构部位长期监测等诸多优点，混凝土无损检测技术已经得到越来越广泛的应用，也必将有更大的发展。

1 进一步扩大混凝土质量无损检测内容及使用范围

混凝土检测技术是多学科多领域紧密结合的产物，从20世纪30年代人们就开始研究混凝土无损检测方法。材料学和应用物理学的发展，为无损检测技术提供了理论基础；电子技术与计算机科学的迅速发展，又为无损检测技术提供了现代化的测试手段。

随着人们对建设工程质量的关注，国家颁布了《建设工程质量管理条例》，明确了建设单位，勘察、设计单位，施工单位和监理单位的责任和义务，并提出了主体结构工程、地基基础工程在设计文件规定的合理使用年限内长期保修和对事故责任人终生追究法律责任。住建部也全面贯彻有关标准的强制性条文，进一步完善了建设工程的标准体系和明确了质量管理的技术依据。这些措施的落实，使无损检测技术在建设工程质量管理中的作用和责任日益明显。这是因为工程质量是由一系列工程技术指标来体现的，这些指标的量化值又是通过检测来获取的，如果检测结果不准确则必将对工程质量造成误判。目前施工质量控制和验收还仅仅建立在前期材料试件检测和外观检测的基础上，但结构物的原位质量才是实际的工程质量，而原位质量只能通过无损检测的手段来获取，

另外，随着无损检测技术的迅速发展和日臻成熟，它不但已成为工程事故的检测和分析手段之一，而且正在成为工程质量控制和构筑物使用过程中可靠性监控的一种工具。可以说，在整个施工、验收及使用过程中都有其用武之地。在以往的研究中主要集中在强度检测和缺陷探测两方面，为了满足新的需要还应进一步开拓新的检测内容，例如，混凝土耐久性的预测、已建结构物损伤程度的检测、早期强度检测，高性能混凝土强度及脆性的检测等等。只有不断拓展无损检测的检测内容和使用范围，才能有效保证建筑产品混凝土质量及强度，确保建设工程质量安全。

2 积极拓展混凝土无损检测新途径

无损检测技术经过几十年的发展，已经在混凝土检测方面得到较为一定程度的应用。但是，随着检测内容和使用范围的不断扩大，必将产生出无损检测的新技术、新途径。目前，已有技术主要集中在测强和测缺两方面。

在混凝土强度检测方面：如何提高强度检测的精度仍然是主要的研究方向。

应该看到，在过去的20年中，测强技术进展不大。究其原因，除了混凝土强度的影响因素太多、太复杂之外，还因为过去的研究工作主要集中在超声和回弹等方法上，思路不够开阔。从理论上来说，超声、回弹测强主要是建立在混凝土应力应变与强度的相关关系上的，而与混凝土强度相关的因素很多，在实践中应该扩大探索的范围，以便综合更多参数，确保检测精度。半破损方法的检测结果比较直观可靠，许多工程都采用无损方法作为普遍测量的手段，而用半破损方法作为校核手段，两者的结合无疑可提高检测精度和检测效率，但如何合理结合是需进一步研究的关键问题。

此外，无损测强方法所推定的混凝土强度，与按混凝土立方体强度标准值所计算的强度等级之间的统计关系需要进一步明确，以便使无损检测的评定结果与试件评定结果具有等效性。

在缺陷检测方面：超声测缺技术近年来进展较快。

在测试结果处理技术方面，可以说正在进入一个新的飞跃，即由数理统计方法进入信息处理技术的新阶段。数据处理与信息处理的含义有所不同，前者主要是对大量测试数据分析处理，归纳有关规律，它主要运用数理统计的基本理论；而信息处理则是指信号的变换、分离、滤波、频谱分析、成像、存储、记录等方面的技术。例如CT成像技术、频谱分析技术、神经网络技术等近年都已越来越多地被无损检测研究者运用，在所发表的研究论文中占有相当大的比例，并已运用于工程检测，使检测结果的直观性和可靠性大为提高。此外，一些新的物理方法将会更多用于缺陷探测，例如，雷达技术、红外遥测技术、冲击回波技术等。

在检测仪器方面：我国的非金属超声检测仪已达到国外同类产品的先进水平，有些仪器甚至已处于领先地位，但其他方法的仪器则相对落后，随着其他检测方法的研究和应用，仪器也必将随之发展。

技术规程的编制也是大力推进无损检测技术的重要保障因素。因为它一方面是对该项技术研究成果的总结和提高，另一方面又是对该项技术的促进。目前我国虽然制订了无损检测的部分技术规程，但尚未形成体系，今后应将无损检测规程纳入混凝土及钢筋混凝土检测体系中统一规划逐项落实。

3 大力加强无损检测技术队伍建设

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【关键词】道路工程；无损检测；评价技术；现状与发展

【Abstract】With the continuous development of science and technology， advances in road detection technology and equipment with each passing day. NDT road because of rapid， non-destructive， accurate and so more and more popular within the industry. Aiming at the current status of non-destructive testing technology and future trends start on the road. It describes the current application of the main non-destructive testing technology， road radar， optical fiber sensing， automatic image recognition and falling weight deflectometer， while the laser detection technology， development and application profiler were introduced.

【Key words】Road works；Non-destructive testing；Evaluation techniques；Situation and Development

1. 概述

（1）路基路面从运营开始便会产生各种疲劳及损害，使用后期便表现出路基路面脱空、沉陷、唧泥、裂缝、坑槽等典型损害，但到目前为止，在对道路无损检测技术的检测与监控效果方面，研究者观点不尽相同，至于采用何种无损检测技术最有效，国内学者还尚未达成共识。

（2）现阶段，我国针对路基路面病害尚无理想、稳定的监测方法，通常病害形成后才能得到维修养护。我国道路无损检测技术种类众多，每种无损检测技术都有自己擅长的病害检测类型，而且至今还没有准确检测深层路基路面隐形病害的无损检测技术；如果单独开发新型无损检测技术，既费时又费力，关键也不是我们擅长的领域。因此，我们可对目前道路无损检测技术进行综合评价，有必要时做适当改进，找出快速有效的无损检测手段，及早检测出道路结构层中存在的隐形病害，并对其采取针对性的养护措施，具有十分重要的意义。

（3）我国对道路无损检测技术和设备进行了一系列的探索研究，取得了一定的研究成果，包括：路用地质雷达技术、光纤传感监测技术、冲击反射波技术、超声波技术、落锤式弯沉仪、断面仪、激光检测技术、瞬态瑞雷面波分析技术等，检测方法众多，工作原理和检测条件各不相同。

2. 主要无损检测技术介绍

2.1地质雷达技术（GPR技术）。

（1）地质雷达技术以电磁场理论、电磁波传播理论、地球物理学和现代信号处理技术为基础，在我国应用时间并不长。地质雷达技术作为一种连续且快速的道路无损检测技术，现阶段主要用于路面结构层厚度，但也开始用于路面脱空、断板等病害检测，但由于测量精度和稳定性稍显不足，探地雷达技术很少用于路面裂缝检测。

（2）地质雷达技术通过发射天线往地下发射高频率、宽脉冲电磁波束，电磁波在路面结构层内传播时以指数形式衰退，且频率越高衰减越快。假设路面结构是一个层状且各向同性的均匀介质，当电磁波遇到各结构层的界面或异常后会发生反射，传播路径也相应发生变化，通过反射波变化特征、地面反射波与地下反射波时间差等参数，进而得出路基路面病害的埋置深度和病害类型。

（3）20世纪70年代，美国开始将地质雷达技术用于道路检测，并相应的展开了一系列研究；1985年，美国联邦公路局对地质雷达进行了车载试验，随后高频率和空气耦合性高的地质雷达开始用于检测路面结构层厚度、路基路面脱空、路面病害位置等，并获得成功，极大的提高了路面检测效率。近年来，美国将地质雷达进行了改进，可用于诊断路面病害类型，效果较好。

（4）20世纪90年代初期，丹麦、瑞典等国开始将地质雷达技术用于道路检测工作；随后，芬兰开始引进地质雷达技术，主要用于高速公路的质量评定和检测，可用于探测地下空洞、脱空和路面裂缝。

（5）我国在20世纪70年代开始研究地质雷达探测技术，但20世纪90年代中后期才将其用于路面病害检测，目前该技术在我国应用较为普遍，可成功对路面结构层位、路面病害位置进行检测，但对深层路基病害、路面病害类型的检测有待于进步研究，主要表现在探测深度有限、精度不足。

（6）大连理工大学的蔡迎春和郑州大学的王复明等建立了地质雷达电磁波在路面结构中传播的二维时域有限差分（2D-FDTD）方程，探索研究了探地雷达用于半刚性基层路面裂缝检测的可行性，结果表明：当半刚性基层出现裂缝后，雷达反射波会在路面结构层间出现一个负反射波，且波幅随着裂缝宽度的增加而增大；高频、低噪音的探地雷达技术可用于检测半刚性基层产生的各种裂缝；当基层裂缝宽度大于1cm时检测效果更好。

（7）黄淮学院的李修忠通过理论分析和物理数值模拟，对多层均匀介质中垂直裂缝模型的雷达波场特性进行了研究，结果表明：基于垂直裂缝模型的探地雷达技术可对高速公路路面以下1m深度范围内的隐形裂缝进行准确测定，能快速对高速公路的工作情况进行监测与监控，可对工后维修养护工作提供重要参考。

2.2光纤传感技术。 光纤传感检测技术的工作原理是通过充分利用某些物理量的敏感特性并将外界物理量转换成光信号，最终达到测量的目的。国内的光纤传感检测技术经过了三十多年来在多个领域的应用，举得了突破性的发展。光纤传感检测技术可以有效地检测道路和桥梁使用现状和破损状况，包括路基路面脱空、路表坑槽、应变特性、预应力混凝土内部应力等。相对传统的传感器而言，光纤应变传感器灵活轻便、样式齐全，最关键的是它受外界环境和被测对象影响较小，而且能够承受高压、腐蚀、易燃易爆等特殊境况，实用性非常强。然而，光纤应变传感器的市场价格要比一般的传感器高出很多，这给光纤应变传感器在道路和桥梁检测工作中的推广带来了很大的阻力。

2.3数字化图像识别技术。数字化图像识别技术可将路面病害以图像的方式展现出来，形象直观，使人们更方便的观察到路面的使用现状。该技术要依次对数据进行搜集、编码、图像数字化处理，通常包括图像收集子系统和图像解释子系统。图像数字化处理能实现对图像的分割与组合，能对图像进行形象化的描述。现阶段典型的路面数字化图像检测系统有ARRB交通研究所和美国PAVEDEX公司开发的路面信息检测车。

2.4落锤式弯沉仪。落锤式弯沉仪是国际上较为通用的路面无损检测技术，应用较为广泛，通过产生荷载脉冲来模拟行驶车辆车轮荷载的影响，用于测定在动态作用下产生的动态弯沉和弯沉盆，可与其他路面检测设备一同评价路面的使用性能。郑州大学的王复明教授将落锤式弯沉仪（FWD）用于高聚物注浆修复技术中，FWD具有试验检测速度快、数据处理速度快、精度高、重复性好等特点，能较好的模拟实际行车荷载对路面的作用。

2.5激光检测技术。激光检测技术是一种新型的无损检测技术，不仅具有高亮度和高分辨率，还具有较好的方向性、相干性和衍射性。激光检测技术在路面检测中采用的原理主要是激光的光反射原理、光衍射原理和光时差原理，激光的光强越强则光电流越强，当光强发生变化时光电流也相应的发生变化，根据所标定的光电流与位移的关系，通过光电流的变化反算弯沉和位移的变化量，当作为路面检测技术是正是利用了这一原理，因此，激光检测技术可用于测量裂缝深度、弯沉、车辙和平整度等参数。

2.6断面仪。平整度是路面使用性能的最重要的指标之一，直接影响到行车舒适性。平整度的测试设备有两大类：反应类和断面类。反应类的代表设备为颠簸累积仪，它测量后轴同车身之间悬挂系统的位移，当位移累积一定量后，就送出一脉冲信号给电子计数器。但此类设备有一显著缺点：必须经常标定以确保测量结果的准确性。断面类设备直接沿行驶车辆的轮迹测量路表高程，得到路表断面，通过数学分析后采用综合统计表征其平整度。以前主要用的是水准测试和梁式断面仪，虽测试简单、直观，但测试速度较慢。近年来，人们逐渐采用激光断面仪来评价路面的平整度。

3. 发展趋势探讨

与国外发达国家相比，我国道路无损检测技术发展相对落后，目前尚不能单独用于高精度的隐形病害检测。比如地质雷达技术可用于准确检测水泥混凝土板的脱空、桥面铺装层剥离、路面厚度、路面坑洞等，但目前为止尚不能准确给出脱空边界、路面隐形裂缝等；比如落锤式弯沉仪，可用于评定路基路面弯沉、桥面铺装剥离判定，但往往需要采用不同的检测方法来相互印证；再比如激光检测技术，大大提高了检测数据的精度，但是由于路面状况复杂多变，必须对所测结果的可重复性、可再现性进行深人研究，欧洲和美国均进行过较大规模的可重复性和可再现性研究，并在其所使用的设备类型和品牌之间建立了相关关系，目前在我国使用的激光断面仪有多种品牌，但还没有进行过再现性研究。

4. 综上所述

4.1虽然我国道路无损检测技术众多，但还未形成标准化路面检测设备，同样也未制定供道路工作者参考的与道路无损检测相关的技术标准或规范。因此，有必要对我国现阶段的道路无损检测技术进行综合评价，找出快速有效的路基路面检测方法，及早发现路面隐形病害，及早进行针对性维修养护。

4.2因此，可以预见，道路无损检测技术未来发展方向为：

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关键词:无损检测 路面检测 雷达波

一、无损检测技术及原理

1.超声波无损检测技术

超声波是一种频率高于人耳能听到的频率的声波,它在传输过程中服从于波的传输规律。超声波路面检测技术主要是通过发射超声波到材料介质,接收反射波的相关参数,进而判断结构内部破损情况的一种新型无损检测方法。

2.激光检测技术

激光检测技术是近几十年来发展起来的新型无损检测技术,它之所以能得到广泛应用,主要是由于激光具有高亮度和分辨率,好的方向性、相干性、衍射性等特点,激光技术在路面检测中的应用主要利用激光的上述的特性。

3.图象技术

图象技术包括红外成像技术和激光全息图像技术。前者主要是利用不同材料介质导热性能不同的原理,利用高精度的热敏传感器可以检测结构物内部的热传导规律和温度场分布状况,将检测得到的数据图象化,从而将结构内部状况呈现出来。

4.频谱分析技术

频谱分析检测技术的基本原理是分析在不同介质中传播表面波的频率特性。在路面结构表面用一力锤施加瞬时的垂直冲击,就可以产生一组以振源为中心的具有各种频率成分并沿地表一定深度向四周传播的瑞雷面波,通过调整力锤重量或不同的锤头可以获得含有各种频率成分的瑞雷面波信号,在不同位置设置传感器可以检测到波传播的频率,借助于频域的互谱分析和相干分析技术,可以达到测试不同深度分层介质力学参数的目的。

二、无损检测技术的意义

众所周知,传统的方法是根据规程随机选点,钻孔取样、进行室内分析处理,从中获取各种工程参数。然而,这种常规方法存在一定的局限性,因此,如果能够研究开发出无损、快速、直观、能显示道路内部状态的检测设备和技术手段,必将使道路建设质量和养护管理水平进人一个新的水平。开展路面无损检测与评价技术研究,将在控制道路施工质量、深入认识路面长期使用性能、改善路面设计、优化道路改造方案及提高路网养护水平等方面具有重要意义。

三、路面雷达测试

雷达发射电磁脉冲，并在较短时间内穿透路面，脉冲反射波被无线接收机接收，数据采集系统记录返回时问和路面结构中的不连续电介质常数的突变情况。路面各结构层材料的电介质常数明显不同，因此，电介质常数突变处，也就足两结构层的界面。根据测知的各种路面材料的电介质常数及波速，则可计算路面各结构层的厚度或给出含水量、损坏位置等资料。探地雷达检测沥青路面厚度，路面脱空、裂缝、陷落、空涧等病害。其检测速度可达80km／h以上，最大探测深度大于60cm。目前在公路无损检测方面，探地雷达已取得了较好的效果，而且还有更为广阔的应用前景。路面雷达的测试速度与采样频率直接相关，通常约60km/h左右。可以说，路面雷达为路面厚度测试、相对高含水区域检测、结构层完整性判定等提供了难以替代的手段。目前的路面雷达在沥青砼面层厚度检测上的精度约为3%，在水泥砼面层厚度检测上的精度约为5%。路面雷达的应用，除了雷达天线本身的精度外，后处理软件也非常关键，可以说，设备提供了检测的手段，而软件决定了应用的广度和深度，应当引起国内用户足够的重视。另外，根据雷达测试数据分析路面结构的压实度和含水量也是一个研究方向，目前国内尚没有见到公开发表的实际应用情况的论文或报告。数据分析与评价目前我国的公路科研和管理部门在综合各项检测指标，分析路面病害原因，评价其使用性能，并提出相应的养护措施方面已经建立了自己的体系。但近年来早期建设的道路开始进入了大中修或改建的高峰期，新建高速公路的一些路段也出现了早期损坏；与此同时，新型检测设备不断涌现，提供了更丰富、更精确的信息。因此，如何更好地利用自动化的无损检测技术和分析方法，评价路面使用性能，深入分析病害产生的原因，以提出经济上优化、技术上合理可行的维修方案，对于创造更好的社会效益和经济效益是至关重要的。

四、路面雷达检测系统设计

目前国内使用的路用雷达检测系统主要是靠引进外国的设备，费用昂贵，而该项检测技术目前在国内外路面结构质量无损检测中有着广阔的应用前景和工程实用价值，所以开发研制雷达检测系统具有重要的实际应用价值。

1.系统设计主要结构及功能

路面雷达检测系统主要硬件结构主要由固体共振腔、发射与接收天线、时窗记录仪、数字处理与波形显示、打印等部分组成。

1)第一部分是固体共振腔。这是雷达的核心部件，产生脉冲高频电磁波，它是一种特制的固体共振腔，产生的频率可达到2GHz以上。

2)第二部分是天线。它分发射天线与接收天线两部分，发射天线是将波源的高频电磁波定向向路基路面发送的主要器件，要求定向性好、发射稳定、功损小，这是一般材料天线所达不到的。

3)第三部分是时窗记录器。是发射记时脉冲的主要器件，又称时间窗，采样收发时间，完成雷达测量时间的主要工作。

4)第四部分是计算机数字处理与波形显示。它能直观、可视地将处理数据以三维波形图形式显示在屏幕上。

2.硬件设计实现的要点

由于雷达波本身穿透能力强，在雷达测厚方面可以满足不同探测深度的要求。从公路需求方面来讲，测厚时更关注路面层的测量精度问题，因为测量的厚度越浅，对检测系统的分辨力要求越高，设计时必须考虑这一点。

1)固体振荡器的选择

雷达源是雷达检测技术的核心部件。它主要由体效应管、谐振空腔、散热器以及短路活塞等组成晶体效应振荡器，也叫固体振荡器。要求共振腔振源稳定、寿命长、激发的频率能满足测试精度要求。

2)发射接收天线的选择

雷达天线过去用于军事为多，天线体积大、质量重，显然不能满足路基路面的检测需要。因而，对于公路测试用的天线需要专门设计。公路型天线一般为小型，要求损耗小，发射稳定，接收不失真，对于不同的用途，需要使用不同的工作频率。

3)抗干扰处理技术

抗干扰处理技术也是一项重要的内容。从硬件设计来说，要求雷达天线特制成空气耦合聚焦型，并做成横向电磁波喇叭型，这种设计主要考虑到天线工作时需要悬空，电磁波发射后遇到空气会影响发射与接收器品质。

4)时间记录器的设计

时间记录器的设计与测量深度有关，一般根据测量深度来考虑，雷达探测深度愈深，其时间记录器设计相应亦愈长，探测深度愈浅，则时间记录器设计相应亦愈短。由于时窗记录器测量时间的精度直接影响到测量深度的准确性，所以设计时应考虑将其设计成可调的，能够根据测量深度的不同选用相应测量时间档，以满足测量精度的要求。

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关键词：桩基；无损检测；发展；优势

Abstract: due to the modern infrastructure construction of requirements and standards with the progress of science and technology promotion, the quality detection means also has developed rapidly. This paper pile foundation nondestructive testing of achievements in research at home and abroad are introduced, and two kinds of testing technology (dynamic measurement method, low strain launch wave method) development, analyzes the foundation pile nondestructive testing technology in actual application of their respective advantages, which mainly includes the transverse wave method, double speed method, super shock hair and longitudinal impedance profile analysis.

Keywords: pile foundation; Nondestructive testing; Development; advantage

中图分类号： TU473.1 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

桩基无损检测技术属于工程物探发展出来的一个新领域，不仅成为隐蔽工程质量检测的一种重要手段，工程监理质量评估的重要依据，而且将还成为公路和铁路建设基桩工程中一种必不可少的质量检验手段。但是目前中国还存在大量码头、桥梁、公路和铁路桥桩基尚未彻底检测的，而且进行尚未普及检测和评估服役期的基桩的桩身质量，也没有形成较成熟的技术标准[1]。

桩基检测技术

2.1低应变发射波法

（1）反射波法技术原理

基于Hessein的一纬动力学理论发展而来的动测法目前应用最为广泛，该技术及应用的发展越来越成熟。其测试原理也在于此，某一急震力作于桩顶时，会使桩身产生纵向振动，而当应力波通以桩身为介质进行传播的过程中受到变异波阻抗时，自然会产生反射和投射效应，这种反射信号会由安装在桩顶的传感器接收及先关的仪器收集记录，再通过计算机软件处理分析获得波形和频谱曲线[3]，最后根据波动理论进行分析桩身结构质量，对桩基工程质量做出客观的评估。然而因为手锤敲击的震击力相对小，一维波动理论本身也存在局限性，因此反射波法在实际应用中存在某些缺陷，比如有效检测深度不足、信号分析带有较强主观性、容易受次生反射信号干扰等。

（2）反射波法技术发展

工程师研发出新的改善方法，提高了测试精度，也增强了反射波发的实用性。目前应用前景相对可观的方法有Johnson等人1996年提出的“双速度法”。其测试原理：沿桩身纵向布置两个加速度传感器，并同时测量这两点加速度的时域曲线[4]，根据Lundberg等人提出的实测桩身两点的应变分析出桩身内的上、下行波的理论，通过速度与应变的关系得到下行波的计算公式[5]，再通过两点间距与时差计算出桩身内的波速，从而分离出有效的上行波。实际操作中，2点的实测数据推测出波速之前，必须经过手动或自动调制。由美国PDI公司开研究开发出的仪器及其软件可支持双通道测量，且自动得出上行波。此法尤其适用于对桩顶端连接有上部结构的基桩进行质量检测。而实际案例中，布置多传感器的情况大多数仅用于计算波速，并没有很好地利用实测数据。

“双速度”法也存在一定应用条件：①基桩露出段不低于1.5m，以供传感器安装；①信号分析相对复杂。为了克服实际工况条件的各种不利因素，需要使用者不断总结并积累经验，努力做到能根据具体情况进行改进和调整测试方法，因此应变性要求较高。

1）横波法。横波法是在桩地段和下端附近或位于桩身同侧分别安装1个速度仪，在桩侧横向击震产生1个同时向上和向下传播的弯曲波，其信号分别有2个方向上终端安装的速度仪接受并记录下来，即时显示时域分析结果。其优势在于因为剪切波传播速度远比纵波慢，从而不仅可获得较高的分比率而且其盲区直径较小，有效解决了大直径的小应变测试问题。田冬俊利用Visual C++开发工具编写过纵波和弯曲剪切波的综合拟合程序。目前正在实验阶段的研发工作还在进行，以期开发出操作简便的击振设备，提剪切波信号。

2）超震波法。沿桩测共线等距布置多个接收器，当震击桩顶端或桩身时，便可测得质点速度随时间变化的曲线图。可以通过改变深度，复测获得直达波和反射波的到达时间。平滑连结直达波到达的所有波峰点及反射波的所有波峰点，两条连线的交点为桩底或者缺陷点。超震波法由于需要安装多组传感器，因此需要较大的桩身暴露长度，在实际工程中很难保证满足；对于长时间海水侵蚀及大量的水生生物附着的码头桩基的检测，可能由于桩基表面不能达到平整度要求而很大程度地限制了超震波法的实用性和可信度。

3）纵阻抗剖分析法。由法国房屋和公共工程研究中心（CEBTP）和Paquet在1991年提出的，他们首先通过实测导纳曲线获得与基桩半径相同的无限长的虚拟基桩的理论导纳曲线，再经过相减得出由于缺陷或桩底反射形成的导纳曲，进一步通过反傅里叶变换及相关尺度调节，然后根据反射洗系数计算出各深度处的阻抗，借此判断缺陷位置。该方法的优势：无需丰富的经验，操作简便；读图直观。目前主要的缺陷是在实际应用中计算“无限长”桩的动态响应尚未实现，需要进一步研究。

2.2高应变法

（1）高应变法的原理

高应变法最显著的特征是在检测过程找那个需要配置机械设备对桩体施加能量较大的脉冲式震击荷载，有关规范规定震击荷载能量高达数万kN。期中具有代表性的包括了CASE法，来自PDI公司的Rauche等人于1978年首先发表了关于高应变法检测桩身完整性的论文，但未提到施加震击荷载，期主要内容论证了根据受力和加速度波形的受力与时间的变化，根据受力与速度波形之间的相对变化，计算出桩身内部机构的完整性系数，并作为评估其质量的主要指标。

（2）高应变法的优势和缺陷

1）高应变法的优势有：①剪切波由于波长较大从而可以大大地较少波速损失；②脉冲能量高、抗干扰性强、衰减比率小、信噪比较高，很适用于检测上方承载有结构物的桩基；③比低应变法更有穿透力，能探测到采用低应变法不能测到的桩身内部较隐蔽的缺陷；④低应变波易被水平裂缝反射，在缺陷处和顶端造成往复发射，从而使结果产生误判现象，但是高应变法就不存在这样的缺陷；在对桩基承载力评估上，高应变法优势更为突出、可信度较高，相比之下，低应变法存在很大的不确定性。

2）高应变法的缺陷：①盲区半径大、分辨率较低，浅出缺陷反射波易和下行波形成叠加，造成定位能力比低应变法弱；②成本高、操作复杂、安全系数低。目前高应变法在检测桩基完整性无损检测过程中仅起辅助作用，实际应用较少。

2.3高、低应变法相结合

在实际工程应用中，应采取高、低应变法两种手段的优势，综合运用“双速度”法等改进了的低应变法和高应变CASE法进行检测。低应变发可用于检测桩身近水面一定区域的中、浅层缺陷，高应变法主要用于检测基桩的深部缺陷。

3 结语

无损检测是在不对原有结构造成任何破坏的情况下进行内部结构质量检测试验，在发达国家已经有了应用于评价结构剩余服役年限的制度，也成为建设工程质量检测的主流趋势。低应变和高应变两种检测手段都有其优缺点，且二者的优缺点具有一定的互补性，因此目前高、低应变法结合使用在实际案例应用中起到很好效果。

【参考文献】

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[3] Johnson M, Raushe F. Low Strain Testing of Piles Utilizing Two Acceleration Signals [J].Stress Wave, 1996,859-869.

篇6

    论文摘要：近几年信息中介机构不断出现，这种趋势是适应现代的产业发展而诞生的，有很强的时代性和实用性。通过信息直接的交流和沟通最终实现对于各个行业和部门之间的协调，最终达到信息完善和提高工作效率的目的。在本次研究中，通过信息中介对于现代农业产业的作用来分析信息中介中信息技术的应用。 

信息中介机构逐渐的融入人们的生活，融入到各个行业中来，通过信息中介机构的带领，很多行业得到快速的发展，信息中介产业也得到了很快的发展，信息技术在其中的应用就显得非常的重要，信息技术无论是从农业、农业还是服务业中都起着至关重要的作用，信息中介机构让不同产业变得更加的完善，在一定程度上信息中介机构也对各个行业进行了结构的弥补，让行业体系更加健全，拥有了信息中介机构作为行业支撑行业发展和变化也更加的灵活和便捷。 

 1.农业产业中信息机构产业的发展和进化 

人们了解生物生活状态及环境变化等情况是通过农业生物及环境信息的采集而来的，这是实施人工调控及管理决策的基本途径。一般传统的人工手动观测方法，难以实现精确农业对农业信息的需求，如准确、大量、及时、有效等。传统的信息采集方法如今已逐步被以计算机为中心的自动信息获取方法所代替，从而成为农业信息获取的主要手段。 

农作物的生长环境信息主要包括农作物的需水量、需肥量、生产量、气候环境等信息。检测这些情况的主要技术有计算机视觉、传感器、微电极、显微图像等。目前，对于精细农业的实践研究国内外已在开展，大多数是从农田土壤特性的变异性开始研究的，研究的主要内容是集中对一些要素的快速采集方面，如土壤的养分及水分、电导率、土壤ph值、耕作阻力和耕作层深度等要素。对于土壤养分的快速测量，目前为止采用的测量仪器有3类，分别是基于光电分色等传统的养分速测技术的土壤养分速测仪；基于近红外技术通过土壤或叶面反射光谱特性直接或者间接进行农田肥力水平快速评估的仪器和基于离子选择场效应晶体管集成元件的土壤主要矿物元素含量测量仪器。 

土壤的重要组成部分是土壤水分。精细农业中实施节水灌溉的基础是土壤水分的测量。土壤信息主要包括土壤质地、结构、有机物质含量等一系列的参数，这些参数对于特定土壤来说是基本固定不变的，一般是不需要测定多次的。对于土壤的含水量、含盐量、含养分量等是需要进行多次采集测定的，因为这些参数会随着时间的变化而变化。土壤水盐的电磁测定是基于土壤的节点型质，而介电常数又与土壤水分含量的多少有着密切的联系。在土壤介质中插入“l”型的波导棒，高频的电磁脉冲信号会从波导棒的前端传播到末端，且会在探头的周围产生电磁场，波导棒由于前端是出于开路状态的，脉冲信号则会因反射而又沿波导棒返回于前端。土壤的电导率可从检测脉冲输入与反射回的时间以及发射时间的脉冲幅度的衰减情况反映出来，从而计算出土壤水盐含量。土壤的电导率能不同程度的反映出土壤中盐分、水分、有机物含量等参数的大小。对于确定各种田间参数时空分布的差异来说有效的获取土壤电导率是具有一定意义的。 

 2.农作物生产目标信息检测技术 

农作物的生产目标信息主要有病虫害、农产品质量、成熟度等。农作物品质检测的技术主要有超声波、视觉技术、红外、激光、gps、频谱、近红外检测、人工嗅觉及味觉和图像处理等。农作物品质反映三方面内容，一是农作物外表特征的外部品质；二是农作物基本物理性质的品质；三是农作物内部特征的内部品质。无损检测（即非破坏性检测）是在不破坏所测物品的化学性质及状态的前提下，为获取与所测物品品质有关的性质、内容等信息所采用的一种检测方法。农产品中采用的无损检测技术一般有电磁特性、声学特性、x射线与激光、可见光与近红外光谱、机器视觉技术等。而机器视觉检测技术是通过图像传感器获取农产品的图像，然后对图像进行转换成数字图像，利用计算机判别准则去对图像进行识别和理解，以达到分析图像并作出结论目的的一种技术。它可以对农产品的大小、形状、成熟度、颜色等内外品质进行无损检测。 

 3.信息中介机构的完善 

在信息化发展的今天信息中介通过其自身的竞争力和发展力，信息化产业如雨后春笋出现在在各个行业中，是行业进步的推动剂也是行业发展的快速发展的必要条件，在一定程度上信息中介机构减少了行业间的操作步骤，节省时间提高工程效益，行业对于信息中介机构的要求也促进了信息中介机构的快速发展。在行业竞争和信息要求的不断升级中，信息中介机构不断的优化和完善。 

 4.结语 

精确农业可合理利用有限的水土资源，提高农作物的产量，且又保护农业生态环境的可持续发展，是农业生产中的关键所在。精细农业的其他技术发展大大优先于田间信息的快速采集技术的研究。为了满足我国精细农业实施中不同用户多层次的需求，需对精确变量肥水处方的多源信息获取与诊断决策，进行研究分析，探讨方法。对于农村品的无损测试技术可快速获取农作物的优势、营养等基础上，对农作物的营养及水分胁迫特征信息的诊断和提取方法进行研究。 

 

参考文献： 

［1］高进田,邝健安.网络时代房地产中介业生存基础剖析[j].云南财贸学院学报.2002,(01). 

［2］徐弋.房地产中介企业信息化研究[d].武汉理工大学.2005. 

篇7

关键词：红外热像技术；温度场；PS材料；土遗址；室内模型试验

中图分类号：K826文献标识码： A

1引言

我国西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西境内，遗存下许多古代土建筑遗址，如陕西西安近郊的半坡村、甘肃秦安县的大地湾人类居住遗址、新疆吐鲁番地区的交河故城和西夏王陵土遗址等等[1]。这些土建筑遗址历史久远，有的已被列为世界文化遗产，具有很高的考古学价值和历史价值[2,3]。我国大部分土建筑遗址地处西北干旱地区，该地区昼夜温差大，据张虎元等[4]研究者的实测研究，地处新疆吐鲁番的交河故城最高与最低气温相差21.9℃，地面昼夜温差达44.5℃。温差的剧烈变化在巨大的土体颗粒内部以及颗粒之间会产生巨大的热应力效应，造成应力的局部集中，使土体内部结构发生破坏，如此长期反复的温差变化，将使土体的结构不断疏松，直至脱落崩解。因此，处于西北干旱区的土遗址如今有的已千疮百孔，有些已大面积坍塌，呈现毁灭性破坏之势。大量的研究结果发现，频繁交替的巨大昼夜温差所引起的物理风化作用是该地区土遗址遭受破坏的主要原因。在这种情况下，开展土遗址加固研究就具有很重要的意义[5]。

近年来，土遗址防风化加固是世界文物保护界普遍关注和重视的热点课题，除了应用传统方法进行加固保护外，还采用化学材料进行防风化加固。大量的室内试验和现场试验表明，PS—一种高模数的硅酸钾溶液，作为新型的无机加固材料可用于干旱区土遗址的加固保护，成效显著[6]。另外，土遗址土体加固效果的检测是目前土遗址防风化加固研究中亟需解决的一个重要问题，而红外热像这一无损检测技术是基于被测对象的温度场变化规律进行的，可以用于PS加固土遗址土体效果的检测。本文主要采用土遗址现场采取的扰动土做土样模型，然后采用模数一定，浓度不同的PS加固土样模型，之后应用红外热像仪充分捕捉土体加固前后的热图，由此探讨分析PS加固土体的温度场变化规律。试验分析表明，未加固土体比PS加固土体对温度变化更敏感，加温后未加固土体升温快，PS加固土体的热传导过程受到了阻碍。利用红外热像这一技术手段检测土体的加固效果，操作简单快捷，成效明显可靠，完全能够实现检测的目的。这一现代无损检测技术在土遗址保护工作中的有效应用，对进行土遗址风化机理以及加固保护技术的研究具有十分重要的意义。

2基本检测原理

红外热像检测技术是利用红外辐射对物体或材料表层进行检测、测量，并且可将不可见的红外辐射转化为可见图像的一种专门技术[7]。利用这一技术研制成的红外装置称为热像仪。

2.1红外线工作原理

红外线是一种肉眼看不见的波，具有和光一样的特性，像光一样，红外线具有直线传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质[8]。自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度（-273℃）就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断辐射红外线。如图1所示，红外线是一种电磁波，其波长范围为0.76～1000μm，不为人眼所见，它反映物体表面的能量场，即温度场[8]。

图1红外光谱在电磁波中的位置示意图[7]

Fig.1The position schematic diagram of infrared spectrum in electromagnetic wave

2.2 红外热像检测系统工作原理及主要试验设备

红外热像检测利用红外辐射对物体或材料表层进行检测和测量，其工作原理为：温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，经电子系统处理，传至显示屏上得到与物体表面热分布相应的热像图。当物体内部发生结构或材料性质（如裂缝、缺陷、加固等）变化时，它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别。再用红外热像仪捕捉物体表面温度状况，进而深入分析物体所处的状态。红外热像检测系统的工作原理[8]如图2所示。

由于它反映了目标各部分的热分布和各部分的发射本领的差异，因此可根据所形成的热像分析目标各部分的状况。

图2红外热像检测系统示意图

Fig.2The schematic diagram of infrared imaging detection system

该试验采用的Research-N1红外热成像监控系统主要是由红外热像仪与相应的计算机软件及通讯网络组成。由红外热像仪采集到的被测目标的温度图像数据，通过必要的接口传输到计算机，实现在现场或控制中心对检测目标的红外图像和温度数据变化进行快速检索与分析处理。

3试验概况

该实验主要采用新疆交河故城遗址现场采取的扰动土，依照现场土的密度、含水量、空隙比等物理指标，在室内制备长方体（20cm×30cm×2.5cm 长×宽×高）土样模型。将土样模型的一半用模数为3.84，浓度为10%PS加固，另一半不做处理。然后以红外灯作为热激励，红外热像仪充分捕捉土样模型在加热和散热全过程中的红外热像图序列，分析PS加固对热图特征的影响。

3.1试验土样模型制备

采用新疆交河故城土遗址现场采取的扰动土进行试验，试验用土特征：黄色，空隙较大，渗透性好，天然含水量极低，小于1.3%。依照以下步骤制备土样模型：

(1) 将试验用土碾碎，经直径为2mm的试验筛筛分，使其粉粒含量在95%左右。

（2）加10%水拌合，配制成均匀湿土,确保粉粒含量在90%～95%。

（3）将配制的均匀湿土放置在制样机[9]中制备成20cm×30cm×2.5cm（长×宽×高）的长方体重塑样模型。

（4）将模数为3.84，浓度为10%PS按时间间隔T=5min，均匀喷洒在模型的表面上，使PS的渗透深度达到2.5cm，将其一半加固。

在室温、通风良好的条件下，将PS加固土样模型静置室内20d，直至自然风干为止。PS加固土样模型如图3所示。

其中：①—PS加固区②—未加固区

图3土样模型

Fig.3The soil models

3.2 试验方法

将制备的PS加固土样模型放在一块厚2mm的绝热薄板上，静置一段时间，使土样模型两部分的初始温度与室温均趋于一致。将红外灯热激励放置在距模型50cm正上方的高度处，确保整个模型处于红外灯光照范围之内。调节红外热像仪支架的高度及热像仪的各参数，在土样模型的两部分范围内各确定一个测温点，为了便于对比热图差异，两个测温点关于模型中心线对称为最佳。模型试验布置示意图如图4所示。

其中：①—红外灯②—红外热像仪

③—土样模型未加固区

④—土样模型PS加固区

图4模型试验布置示意图

Fig.4Layout schematic diagram of the model test

4 试验结果及讨论

在连续升温和降温的过程中，红外热像仪会记录土样模型各部分的热图和任意时刻的温度值。图5（a）～（d）为干密度为1.42g/cm3的土样模型的热图检测结果。

（a）

（b）

（c）

（d）

其中： PO1—未加固区测温点

PO2—PS加固区测温点

图5土样模型热图

Fig.5 Thermography of the soil model

红外灯未对土样模型升温之前，由热像仪显示的热图可以看出，模型加固区和未加固区的热图相同，温度值一样，均与室温一致，表明PS的加固和模型的制作均是均匀的。从图5（a）～（b）可以看出，随着红外灯持续不断地释放热量，周围环境温度升高，土样模型的加固区和未加固区的温度也缓慢升高，但二者的温度变化幅度不同，未加固区相对加固区温度升高幅度较大。两个区域的热图上的热斑亮度不同，对应热图右边的温度标识，可以明显看出，土样模型的未加固区温度比加固区温度高。图6为测温点PO1、PO2在升温和降温过程中温度随时间变化关系曲线。初始时，二者温度基本一致，但由于PS加固区的传热过程受阻，随着时间的增加，二者的温差也越来越大，这与上述从热图角度分析所得结论是一致的。

时间/s

图6测温点PO1、PO2温度变化曲线

Fig.6Temperature chang curves of temperature measuring points PO1、PO2

观察图6，两区域温度曲线的变化趋势是一致的，但曲线并不平滑。升温过程中，温度有时会突然下降到某个值，随后继续升高，降温过程中，温度有时会回升到某个值，继而下降。经分析，出现该状况的原因有可能是受到环境因素（如风速、环境湿度等）的影响，另外，红外灯的灯丝发出的光晕不均匀分布，亦会影响土样模型的温度变化。然而，这些因素的影响毕竟还是很微小的，不会造成两个区域的温度变化趋势发生很大波动。

根据李最雄[10]等人的研究，土体经PS加固处理后，会改变其原来离散态、片状、晶状黏土矿物的微结构，形成致密、非晶态的网状凝胶体结构。这种结构的变化使土体的物理力学强度和抗风化、风蚀能力大大提高。通过用不同浓度PS制备的土样模型重复做该试验发现，PS加固区和未加固区的温度差值的平均值最高可达15℃。而且从所得热图分析，PS浓度越大，两区域温差越大，PS加固效果越好。由此，初步得出结论，PS对土遗址土体的热传导过程具有巨大的阻碍作用，也就是说，PS对防止由于温差所引起的物理风化作用有重要的意义。

5结论

(1) 红外热像检测这一无损检测技术能够应用于土体加固效果的研究中，可很好地实现检测加固效果的目的。

(2) 从土样模型热图和温度变化曲线分析，PS阻碍土体的传热过程，从而对土体具有良好的加固效果。

(3) 该模型试验的PS加固土体深度为2.5cm，那么，改变加固深度会对土样模型的热图产生何影响，进而分析PS加固土体的效果将是下一步的研究工作。另外，PS是一种高模数的硅酸钾溶液，升温和降温的过程中，PS是否会发生化学变化，以致影响土体的加固效果尚待研究。

参 考 文 献

[1]李最雄. 丝绸之路古遗址保护[M]. 北京：科学出版社, 2003.

[2]王银梅. 西北干旱区土建筑遗址加固概述[J]. 工程地质学报,2003,11(2): 189—192.

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[7]王汝琳, 王永涛. 红外检测技术[M]. 化学工业出版社, 2006.

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关键词：数字射线 面阵的成像 长输的管道 管道环焊缝

中图分类号：TU81 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

1 数字射线成像技术具有的特点

从古至今,长输管道环焊缝的X射线检测最主要的是对胶片成像的运用，传统的X射线胶片成像技术没办法存储电子文档,对数字化的管道建设是不利的。数字射线成像技术已经应用推广到了医疗及异型件的无损检测等行业当中,国外也已经能够自动检验、存储图像及部分缺陷的自动识别,提供了这个设备应用于管道环焊缝检测的一个技术条件。对比传统的X射线检测技术,管道环焊缝的数字X射线检测技术有下面几个优点:

(1)应用了图像处理的技术,补片量减少。图像后处理技术使数字化的成像质量大大提高,经过计算机的分析和处理,运用边缘增强或者平滑技术,把没有经过处理的影像当中看不到的一些特征信息显示到荧屏上,进而能够让图像显得更加清晰。

(2)应用了计算机的存储,使存储的成本降低。数字化的图像能够存储到计算机的硬盘上,面阵探测器的寿命可以高至10年,能够节约大量射线胶片,使无损检测的管理水平及效率提高了。

(3)无胶片化及射线机的量低了。数字射线检测不使用胶片,使重金属的污染消除了。面阵探测器有很高灵敏度,需射线机的量大约是普通胶片的1/10～1/3,污染环境的程度也降低了。

(4)能够远程评片。宽带的网络传输即方便又快速,完全可以远程集中评片,能够有效杜绝人为因素带来的影响,评片结果显得更为公正和客观。

2 管道环焊缝数字射线检测设备简介

2.1 设备性能

适用于管径≥500 mm;其灵敏度优于2.0%，而探测器的空间分辨率是0.127 mm;探测器的成像分辨率是1024×1024;系统的分辨率≥3 Lp/mm;同时沿焊缝的最大动态扫查速度是2 m/min;X射线管电压是40～225 kV;图像的灰度等级是4 096。

2.2 系统结构

将可以开合的爬行轨道由焊缝的一侧把它固定于管道上,射线探测器在电机驱动之下沿着焊缝进行扫查,同步工作恒电位的X射线机在管内,射线探测器把接收到的射线变成了电信号,通过电子扫描，数据采集及分析软件的处理后得到和焊缝射线所扫查一样的图像,用在焊接的质量评判以及电子档案的存储当中。

2.2.1 X射线机

实时成像射线机和普通的X射线机相比,所要求的稳定性能高,电池的容量大,其具有的特点如下:

(1)小焦点。检测图像是放大的图像，起到决定作用,若射线机焦点比较大,随放大的倍数增大,几何不清晰度将增大,影响着图像质量,为提高系统的检测的分辨率,选用小焦点金属陶瓷管射线源[1]。

(2)恒电位。因为计算机的处理需稳定图像、重复性好,射线源稳定性能是很关键的。运用恒电位的X射线机,管的电压峰差≤1%。

2.2.2 面阵探测器[2]

面阵探测器空间分辨率能够直接对成像质量造成影响,所选用的VALIAN1313面阵的探测器,至使空间的分辨率到达了0.1127 mm。面阵探测器特性表现：偏置、增益特性。

2.2.3 电子图像的高速采集和图像显示处理软件[3-4]

经由成像的面板及计算机的硬件接口,将面阵探测器所接收到的射线变成可测量电信号,完成采集射线图像信号。电子图像的扫查和数据的采集速度对检测的效率有决定作用,是这项检测的技术是否用在实时的检测关键的因素。随面阵探测器的性能提高, GE、Varian等的公司也推出15帧/s以上的采集速率面阵的探测器,速度足够让某一空间的分辨率之下的动态扫查，避免了图像模糊情况出现,接着经由射线的接收、数据的读出、复位的控制及扫查速度等多方面的技术配合,使电子图像动态扫查实现了。接着再经由软件编程,利用简洁操作在界面显示出X射线的扫查结果、分析和处理、电子存档。用数字图像处理技术来改善X射线图像是很重要和不可少的。X射线的影像处理最主要是应用了增强技术和感兴趣区来定量和估值,完成了在线处理及图像的后处理,包含边缘增强、滤波平滑、对比度增强等。经由数字处理技术,把图像的对比度与清晰度增强,获得良好图像质量。

发射和采集是同步工作的,计算机的控制系统与管内的爬行器间通讯连接是运用了磁感应的方式。

3 影响数字射线检测系统成像质量的主要因素是因为平板探测器的自身复杂性,好多因素导致图像的质量下降,使图像质量往往都很难达到预期指标。在X射线平板探测器的数字成像系统当中,所引起图像质量下降主要的因素有：几何因素及探测器噪声。为使图像质量提高,使用有针对性措施改善图像质量很有必要。通过实验研究分析,在面阵探测器的空间分辨率及射线源的焦点尺寸一定前提下,为使数字射线检测系统成像质量提高,一定要保持好面阵探测器的工作是在规定温度的范围之内,进而使系统信噪比提高,同时采用图像合理优化处理及叠加技术,得到理想动态的扫查电子图像。

3.1 面阵成像的器件的放大作用影响成像的质量[1]在X射线的面阵成像当中,因为探测器和被测的管件间有一定的距离,对成像来说具有放大作用,图1所示。采用了图像的放大技术,使图像变得易识别,同时图像的分辨率提高,利于图像的质量改善。但是因为面阵探测器是平面结构,管道环焊缝是在弧面上,面阵的探测器的像素和射线源距离是不同的,为保证图像的放大是一致性的,需建立起非均匀性的校正模型,不但要保证模型不会传递噪声,也充分的考虑到成像器件的中心及边缘的增益特性不一致的特点。

图1 面阵成像器件对图像的放大作用

3.2 系统噪声对成像质量的影响[5]

数字射线的成像系统当中具有的噪声主要两类:光量子噪声、电噪声。

3.2.1 光量子噪声

光量子的噪声是依赖像元点于整个曝光时间内所吸收光子数多少,它由X射线光子的分布所引起。平板探测器内,光量子的噪声服从于泊松的分布,这个是平板探测器内主要噪声源之一。选用高密度的材料使软射线过滤,运用铅质的窗口来限制好主射线束的面积,对工件的被检测区域外表面的实行具有效屏蔽作用,选用恒压的射线源,使曝光时间内避免射线辐射的波动,能够有效的减少散射线影响,使光量子的噪声降低。

3.2.2 电噪声

图像在采集过程中,存在随机噪声干扰图像质量,包含电阻、电容噪声及放大器的噪声、漏电流、势阱噪声等所引起散粒噪声。运用大容量的硬件图像采集卡来加速信号处理辅助软件的处理技术,可使电噪声降低,同时也使图像速度及质量提高。计算机的图像处理技术可以分成时域法、频域法。时域法是直接处理好图像当中的像素,比如对比度的增强、锐化图像的边界、增强图像的灰度等,明显提高了图像的分辨率;频域法是在图像变换基础上,不用直接处理像素,而用高通、低通的滤波和图像的连续叠加技术作为主要的处理方法。

4 结束语

面阵探测器(FPD)的数字成像是20世纪90年代后期发展起来的新型无损检测技术,是当前最为先进的数字成像技术,同时也逐步的应用推广到航空航天及医疗等的无损检测领域当中,相关标准也逐渐完善,为这项技术应用于长输管道环焊缝射线检测当中提供了条件。这项技术代表管道焊缝检测发展的方向,长输管道的建设当中有很好应用前景,随数字化的管道建设,管道环焊缝的射线检测将朝着数字X射线的检测方向发展。

参考文献：

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[3] 程耀瑜,胡郾,韩焱,等.高质量X射线检测的数字化成像及快速采集.光学精密工程, 2002, 187(4): 359-364.

篇9

论文摘要:压力管道是指那些在生产和生活中使用的输送可能引起燃烧、爆炸或中毒等危险性介质的承压管道，如输送原油、燃气、蒸汽、各类工艺物料、有毒有害气体等介质的管道。压力管道是在一定温度和压力下，用于输送流体介质，且具有爆炸危险性的特种设备。因此，应加强压力管道检验技术研究。本文分析了压力管道检验的相关问题。

压力管道是在一定温度和压力下，用于运输流体介质的特种设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力等行业生产及城市燃气和供热系统等公众生活之中。随着工业生产的发展和城市燃气及热力管网的普及，各类管道的数量不断增加，特别是输送可燃气、易爆性及对人体和环境有害性介质的压力管道数量逐年递增，这也使发生事故的可能性增大。作为五种物流运输方式之一的压力管道，其安全运行与生产生活关系极为密切，保证压力管道的安全运行意义十分重大。因此，应加强压力管道检验技术研究，确保压力管道的安全运行。

1 压力管道检验技术研究

压力管道的运行维护与检验，对于确保压力管道的安全运行，至关重要。但目前，对于压力管道的运行维护与检验问题，法规与标准并不完善，这与以前我国压力管道条块分割的管理体系有关。

压力管道检验具有不完全同于锅炉和压力容器的技术与方法。其原因在于压力管道具有如下特点:(1)种类多，数量大，设计、制造、安装、应用管理环节多;(2)长细比大，跨越空间大，边界条件复杂;(3)现场安装工作量大;(4)材料应用种类多，选用复杂;(5)管道及其元件生产厂家规模较小，产品质量保证较差，事故分析发现，占30%～40%;(6)长输管道与燃气管道基本上为埋地敷设，热力管道为管沟敷设。针对上述压力管道特点，完全仿照锅炉压力容器的检测手段，工作量相当庞大，管道使用单位的负担也会很重。

如何实现工业管道不搭脚手架、不拆保温层的在线检测，是对量多面广的工业管道实行定期检验的关键，需引进并研究国外先进的检测手段与设备。英国TWI公司提出的Long range ultrasonic method是以Guided-Ultrasonic Wave技术为基础，可对不能进入的管段，如穿、跨越以及空架管道进行在线检测，无需搭脚手架与拆保温层。同时，应加快工业管道的安全评定技术向工程实用方向的转变，使科研成果能尽快转变为检验与评定规范。

长输管道与燃气管道，基本上为埋地敷设，要想全面开挖检测，难度相当大，也得不偿失。目前，现有检验检测单位的检验方法千差万别，水平参差不齐，不利于国际化的竞争以及检验技术的进步。因此，开展埋地管道的地面检测技术研究与开发，使之标准化，很必要，而我国开展管道检验工作的历史不长。目前，埋地管道地面检测技术主要是按照物探原理，利用电磁法进行检测，其检测精度有限，受干扰比较明显，特别是人口稠密的城市埋地管道，因为管道分布较密集，各种电磁信号的干扰很大。因此，有必要研究埋地管道防腐涂层缺陷与现有检测仪器的检测参数间的对应关系，如电流衰减率与涂层缺陷大小的关系等。对于穿越管段，可采用TWI公司Long range ultrasonic method。同时，宜开展新的检测方法研究，如将雷达信号无损检测技术、微波信号无损检测技术、声发射无损检测技术等纳入埋地管道地面检测仪器的开发研究领域。

在埋地管道检验评价方面，应加强对检验结果的评价研究。当前埋地管道检验队伍对于检验结果的评价工作重视程度有限，原因可能在于经费问题。天津大学开发了1套埋地管道防腐系统的综合评价技术软件，主要采用了四指标法，即腐蚀电流密度、管地自然电位、管道防腐层技术状况以及阴极保护的有效性，但没有对管道本身的性能进行综合评价，如管道材料适用性、剩余寿命、剩余强度以及风险因子等。由前所述，只有对管道本身性能进行评价，才能使管道使用单位对管道性能有全面的了解，也才有利于有关职能部门的安全监察。

2 加强压力管道检验整治工作

对于压力管道检验，要突出重点，优先安排高压、有毒、易燃、易爆、强腐蚀性介质管道的定期检验工作。同时，针对不同管道的特点和实际情况，要采取切实有效的措施。压力管道定期检验工作要特别注重落实使用单位的责任，充分发挥企业检验机构的积极性，努力提高压力管道定期检验覆盖率。

工业管道的检验要按照《在用工业管道定期检验规程》(试行)的规定，由核准的检验机构实施全面检验，使用单位进行在线检验，并将从事在线检验的人员统一纳入特种设备作业人员管理。经核准的具有压力容器检验资格的企业自检机构，只要具备2名以上持证的压力管道检验人员，即可试开展工业管道定期检验工作，并及时办理压力管道检验资格增项手续。对一些危险性较小的工业管道，制定基于合乎使用原则的缺陷处理规定，各地质量技术监督部门可以因地制宜，对上述管道的定期检验和缺陷处理提出试行意见，先行试点工作。

长输(油气)管道的检验应当在开展普查工作的基础上，按照《天然气管道检验规程》(Q/SY93-2004)等有关安全技术规范、标准的要求开展。经核准的检验检测机构实施专业性检验和管道内腐蚀检测，使用单位进行一般性检验，从事一般性检验的人员统一纳入特种设备作业人员管理。

城市公用管道普查的重点是查清管道的分布和数量，采集地理信息，建立地理信息管理网络。公用管道的整治主要是督促使用单位有计划地开展对重大危险源管道的筛查，组织进行管道风险评估和埋地管道的不开挖检验。对在普查、检验中发现的事故隐患，要责成并监督使用单位及时处理并予以消除。

经在线检验合格的工业管道和经一般性检验合格的长输管道，或已经建立地理信息管理网络的城市公用管道，经使用单位申请后，可以按照《压力管道使用登记管理规则》(试行)的规定办理使用登记。

3 建立和完善压力管道检验规则

应加强立法，建立起有关的压力管道运行维护管理与检验等方面的安全监察体系，依照锅炉压力容器的管理经验，借鉴国外先进的压力管道运行维护与检验经验，制订法规与部门规章，做到有法可依。

结合当前我国压力管道安全管理与监察现状，在政府行政法规方面，有关部门应着手制订《压力管道安全监察规定》、《压力管道安全技术监察规程》、《压力管道元件制造监督检验规程》、《在用压力管道检验规程》、《压力管道检验检测机构资格管理办法》、《压力管道使用、运行维护规程》、《压力管道操作人员规定》。上述法规的编写，应针对工业管道、公用管道与长输管道的不同特点，分别制订相应的部门规章规章与规范性文件，并与现有的国内外检验检测最新技术紧密结合，使之具有先进性、适用性与可行性。

在运行维护管理与检验技术标准方面，应针对现有国内外检验检验能力，制订适合于中国国情的埋地管道检验检测技术规范，如完善现有的《地下管线电磁法探测规程》等，同时，针对目前国内检验检验机构现状与水平，通过科学研究，制订埋地燃气管道评价技术规范，如《埋地管道外防腐涂层的分级评价方法》。通过上述标准规范的制订，使现有的地下管线检测有标准可循，各检验机构的行为规范化。

当前，首先应在全国范围内开展压力管道使用登记管理工作以及定期检验的试点，从而实行以“企业负责、政府监督”为主的压力管道新的检验与安全运行监察体系。

参考文献：

[1] 王千.在用压力管道全面检验中的工作方法分析[J].科学之友，2011(6).

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关键词：桥梁；健康监测系统；损伤检测；工作流程；信号分析与处理

中图分类号：K928.78 文献标识码：A

一、结构检测与健康监测概况

结构检测与健康监测概况工程结构一般会受到两种损伤一突发性损伤和累积性损伤。突发性损伤由突发事件引起，使损伤在短期内达到或超过一定限值；累积损伤则有缓慢积累的性质，达一定程度会引起破坏影响安全和使用。健康检测能够在突发性损伤发生时及时做出判断和警报，以便采取处理措施，防止发生进一步的破坏和引发其它事故。对于累积损伤，能够定期对损伤的状态做出描述，以便根据情况采取相应措施。

二、桥梁健康监测意义（一）监控与评估。桥梁健康检测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。为此，监测系统通常对以下几个方面进行监控：①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；②桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态；③结构构件耐久性；④工程所处环境条件等等。（二）设计验证。由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段安全掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困难的。因此，通过桥梁健康检测所获得的实际结构的动静力行为来检验大桥的理论模型和计算假定具有重要意义。不仅对设计理论和设计模型有验证作用，而且有益于新的设计理论的形成。（三）研究与发展。桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可能并成为桥梁研究的现场实验室。由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。

三、健康监测系统

（一）大型桥梁健康监测系统。

大型桥梁健康监测系统一般应包括以下几部分内容：

1、传感系统。由传感器、二次仪表及高可靠性的工控机等部分组成。

2、信号采集与处理系统。实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。

3、通信系统。将处理过的数据传输到监控中心。

4、监控中心。利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度等。传感器监测到的实时信号，经过采集与处理曲通信系统传送到监控中心进行分析和判断，从而对结构的健康状况作出评估。若结构出现异常行为，则由监控中心发出预警信号，并对检测出来的损伤进行定性、定位和定量分析同时提供维修建议。

（二）信号的分析与处理。桥梁结构的健康状况是由测试的信号来监测和评估的，即从传感器采集的信号中提取各种特征，对结构进行参数检测、状态监控和损伤诊断等。

（三）损伤检测。损伤检测一般可分为两大类，即整体法和局部法。整体法试图评价整体结构的状态．确定损伤存在的可疑区域，而局部法则依靠成熟的无损检测技术对某个特定的部位进行精确检测。整体法和局部法在大型桥梁的损伤检测中结合使用效果较好。

四、现有监测系统存在的问题

在目前已有的桥梁结构健康与安全监测系统中，明显存在监测项目种类不足，而个别监测项 目规模又过于庞大，尤其在对监测数据的管理方面，还没有形成一个较为完善的数据存储与管理查询系统，大量的监测数据得不到妥善的处理和利用。总结现有桥梁健康与安全监测系统的不足之处，在监测系统的总体规划上主要有以下一些较为突出的问题：缺乏有效实用的优化算法造成测点数量巨大，系统规模过大导致数据量大、信息大量冗余；监控系统与管理系统未能实现无缝连接；结构安全评价系统研究多基于理论范畴，缺少工程实用性的研究；桥梁监测系统缺乏规范性指导原则。就现在桥梁结构健康监测及诊断的研究水平来看，在技术层面上也有许多问题主要表现为：传感器的优化布设是桥梁结构健康监测和诊断中的一个重要问题应该做到使用尽量少的传感器获取尽可能多的结构的健康信息。开发适合桥梁结构检测的专用传感器是桥梁检测问题中的关键。测量仪器的精度不够以及效率低是困扰桥梁检测的一大难题

五、结语

桥梁健康监测研究涉及振动理论、传感技术、测试技术、系统辨识理论、信号分析处理、数据通信、计算机、随机过程和可靠度等多门学科，是―个系统工程。经过多年来的积极探索．人们已经取得了许多成果。但是由于桥梁结构受到许多不确定因素和复杂工作环境的影响，以 及对桥梁在使用年限内的工作特性的变化缺乏全面深入的了解，因此目前所取得的成就和研究还处于基础性探索阶段，要实现应用于实际的目标尚需要多学科的进一步交叉与发展!对于实现大桥和特大桥健康状态的在线监控、无需振动设备、不妨碍交通、适于远程遥控检测的环境振动法为其展现了美好的前景!要从真正意义上实现对桥梁结构的健康诊断、推动其在实践中的应用、基本实现大型桥梁健康监测、长期、定时、在线、经济的要求，还必需广大桥梁工作者和研究人员的不断努力和探索!

参考文献：

李颖.张廉.唐颖栋 桥梁结构无损检测与评估研究进展[期刊论文]-中外公路 2009(1).