陣列式超聲與結(jié)構(gòu)雷達(dá)“雙子星”組合在結(jié)構(gòu)檢測中的優(yōu)異表現(xiàn)

更新時間：2023-08-10 點擊次數(shù)：1291

混凝土超聲波檢測原理

超聲波通過混凝土傳播后，其聲學(xué)參數(shù)將變化，通過這些數(shù)據(jù)的變化可以探測混凝土內(nèi)部的缺陷、裂縫等情況。

超聲波的檢測痛點

混凝土為非均勻介質(zhì)，是由水泥、骨料、孔隙等組成的復(fù)雜膠凝體，存在大量會使聲波阻抗產(chǎn)生變化的界面。混凝土中超聲反射信號易受到干擾，超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生雜亂的發(fā)射和散射。

結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部還有鋼筋、波紋管等結(jié)構(gòu)和埋件，其表面也會產(chǎn)生反射波。這些干擾反射波會與探測缺陷的有效反射波混疊在一起，采用傳統(tǒng)方式（識別反射波形法）較難區(qū)別開來。

混凝土中超聲波傳播方向性差，超聲波束存在擴散角，而混凝土中強烈的散射使入射波束進(jìn)一步發(fā)散。波束發(fā)散嚴(yán)重的情況下，根本無法在三維空間中對缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

檢測影響因素

聲阻抗又稱為聲波阻抗或音阻，它是影響超聲波傳播的重要因素。聲波傳導(dǎo)的本質(zhì)是“介質(zhì)偏離平衡態(tài)的小擾動"的傳播，聲阻抗是讓介質(zhì)位移所需克服的阻力，它是介質(zhì)一種物理特性。每一種介質(zhì)都有*的聲阻抗，代表介質(zhì)對聲波傳輸?shù)淖枇Γ闹禐榻橘|(zhì)中聲音密度和速度的乘積。

Z = ρ * c

z表示聲阻抗，ρ表示介質(zhì)密度，c表示介質(zhì)聲速

不同介質(zhì)的特性阻抗表

超聲波能量反射率公式，Z1，Z2為不同介質(zhì)的聲阻抗

雷達(dá)技術(shù)檢測原理

雷達(dá)能夠探測物體的原因是目標(biāo)物與周圍區(qū)域的介電常數(shù)不同。目標(biāo)物與周圍區(qū)域接觸的面形成了雷達(dá)的反射截面，反射截面對雷達(dá)波的反射能力稱之為反射率。反射率越大，則該目標(biāo)物對雷達(dá)波越敏感，雷達(dá)探測的信號則越強，反之則越弱。

目標(biāo)物和周圍區(qū)域的介電常數(shù)差異越大，則該目標(biāo)物越容易被探測到。假定周圍區(qū)域的介電常數(shù)K1，目標(biāo)物體的介電常數(shù)為K2，則該物體表面的反射率計算公式為：

超聲波與雷達(dá)檢測技術(shù)的比較

1. 超聲波成像技術(shù)對非金屬、缺陷更敏感。采用更低的頻率，頻率越低，波長越長，因此在測深方面更加優(yōu)于雷達(dá)技術(shù)。

2. 結(jié)構(gòu)雷達(dá)在混凝土結(jié)構(gòu)中，存在著一定的盲區(qū)，遇到金屬幾乎全反射，因此無法穿透金屬進(jìn)行下方的金屬檢測。同時結(jié)構(gòu)雷達(dá)頻率一般較高，頻率越高，波長越短，頻率精度越高，探測越準(zhǔn)確。

雷達(dá)技術(shù)與超聲脈沖回聲技術(shù)在不同介質(zhì)的能量反射率

由于兩種技術(shù)的側(cè)重點不同，因此在結(jié)構(gòu)檢測當(dāng)中可以互補，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行辨證分析，有效為客戶準(zhǔn)確判斷和分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供科學(xué)有效的依據(jù)。

巡鷹智檢混凝土結(jié)構(gòu)檢測解決方案

針對非金屬材質(zhì)的探測

PD8050陣列式超聲成像儀，能夠快速高效檢測出混凝土內(nèi)部的空鼓、灌漿、空隙、以及混凝土構(gòu)件厚度，深度可達(dá)到2m。

PD8050采用陣列式超聲脈沖回波技術(shù)，由一組多個超聲波傳感器組成的陣列式探頭和一個獨立控制系統(tǒng)組成。

采用合成孔徑聚焦成像技術(shù)（SAFT），即傳感器以一定步長沿線性孔徑軌跡移動，在軌跡上的孔徑位置向成像區(qū)域（被檢測區(qū)域）發(fā)射脈沖信號，并接收和儲存檢測信號，然后下一孔徑位置進(jìn)行相同的發(fā)射、接收和儲存，直到掃描完成。接著按照重建點，對相應(yīng)孔徑檢測信號的回波，做時延調(diào)整、信號疊加和平均等處理，實現(xiàn)逐點聚焦，最終重建整個成像區(qū)域的信號反射圖像。

該方法最大特點是：有效提高檢測靈敏度、信噪比和分辨率。作為超聲檢測成像的后處理手段，可以從成像結(jié)果處理上有效解決干擾雜波噪聲和聲場擴散兩大難題。

針對金屬材質(zhì)的探測

GP8800手持式3D結(jié)構(gòu)雷達(dá)非常適合狹小空間、柱面、曲面等混凝土墻體里的鋼筋檢測，對其進(jìn)行快速掃描并生成2D剖面、3D重構(gòu)等豐富功能；可精確評估鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土內(nèi)鋼筋分布、直徑等。

GP8800新型SFCW Mini手持雷達(dá)采用頻率逐次遞進(jìn)的窄帶脈沖頻合成超寬帶頻率連續(xù)雷達(dá)波0.4-6 Ghz，可以在全深度范圍內(nèi)進(jìn)行一次性高清晰度成像，同時保證優(yōu)異的深度分辨率和信噪比。采用單輪驅(qū)動（雷達(dá)波極化方向可調(diào)），激光雙軸定位系統(tǒng)，整機重量僅0.5kg。

應(yīng)用案例

探測某工程項目混凝土柱子厚度及內(nèi)部鋼筋分布情況

解決方案

通過PD8050陣列式超聲掃描儀探測柱子內(nèi)部的鋼筋排布以及柱子的厚度，同時結(jié)合GP8800雷達(dá)輔助判讀鋼筋的位置、間距與埋深等。本次采用橫向檢測手段，橫波波速實測值為2608m/s，混凝土強度為40Mpa（動泊松比為0.24），計算其縱向分量超聲波速為4459m/s。

項目成果

圖A

圖B

PD8050的檢測結(jié)果(圖A,圖B)

1. 經(jīng)PD8050探測后，我們找出了5根主筋距離表面的距離：①-④ 在 Y軸深度約0.06m，方向大體統(tǒng)一，在X軸水平位移距離分別是0.02m，0.18m， 0.33m， 0.48m， 0.64m(見圖A)。

2. 圖B箭頭所示為右側(cè)鋼筋⑤的信號（位于Y軸約0.20m）。此外，通過B圖可知，0.75m處為柱子底部空氣反射，空氣反射率為*，其它區(qū)域由于邊界效應(yīng)帶來的影響，因此中間部分反射十分明顯，得出柱子厚度為0.75m。

3. 除了清楚地發(fā)現(xiàn)鋼筋的數(shù)量、位置外，PD8050還探測出③④鋼筋之間存在著混凝土澆灌不密實帶來的缺陷。

GP8800遷移視圖和雷達(dá)圖

1. 經(jīng)GP8800探測可知：5根主筋距離表面的距離在 Y軸深度約6cm，方向大體統(tǒng)一，5根主筋等距排列，在X軸水平位移距離分別是0.02m，0.18m， 0.33m， 0.48m， 0.64m (見上方遷移視圖和雷達(dá)圖)，這與PD8050探測結(jié)果基本一致。

2. GP8800手持雷達(dá)在金屬測試領(lǐng)域，具有快速掃描、準(zhǔn)確判斷鋼筋位置與分布等功能，另外在測深方面，柱子厚度約75cm已超出GP8800的有效測試范圍。

通過兩款產(chǎn)品原理與檢測結(jié)果的比較，我們發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)品側(cè)重點不同。測深方面兩款產(chǎn)品可以做互補，分析方面雷達(dá)更加偏向于鋼筋檢測，可以快速地輔助判讀，以避免超聲數(shù)據(jù)分析存在誤判等問題。另外超聲可通過鋼筋進(jìn)行透射，對于雷達(dá)測二層鋼筋方面能起到一定的互補作用，效率方面雷達(dá)要優(yōu)于超聲，因此雷達(dá)可以快速掃查，超聲可輔助其做精細(xì)化的復(fù)查。

綜上，針對現(xiàn)階段的鋼-混結(jié)構(gòu)式建筑，超聲與雷達(dá)的組合可為您提供完整、直觀的結(jié)構(gòu)檢測，是一款更適合您的綜合、簡單、高效的無損檢測方案。