超声波检测的基本原理精选(九篇)

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第1篇：超声波检测的基本原理范文

从基本原理来说，自动对焦可以分成测距自动对焦和聚焦检测自动对焦。

测距对焦主要有红外线测距法和超声波测距法，红外线测距法，该方法的原理是由照相机主动发射红外线作为测距光源，并由红外发光二极管间构成的几何关系，然后计算出对焦距离，超声波测距法，该方法是根据超声波在相机和被摄物之间传播的时间进行测距的。

相机上分别装有超声波的发射和接收装置，工作时由超声振动发生器发出持续超声波，超声波到达被摄体后，立即返回被接收器感知，然后由集成电路根据超声波的往返时间来计算确定对焦距离。红外线式和超声波式自动对焦是利用主动发射光波或声波进行测距的，称之为主动式自动对焦。

（来源：文章屋网 ）

第2篇：超声波检测的基本原理范文

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

第3篇：超声波检测的基本原理范文

1、桥梁检测的背景

桥粱在长期的使用过程中难免会发生各种结构损伤。损伤的原因可以是使用、维护不当、车祸事故等人为因素,也可能是地震、风暴等自然灾害。此外某些要道上交通量以大大高于预测流量的速度猛增也加剧了桥梁结构的自然老化。这些因素均导致了桥梁承载能力和耐久性的降低,甚至影响到运营的安全。由此而引起的一系列问题都需要相应的维修、改造和加固来解决。而这些维修、改造和加固工作又必须在对桥梁结构详细和系统的检测的基础上才能妥善的进行。

2、桥梁检测的特点

在目的方面,传统桥梁检测往往仅是为了确定桥梁的损伤状况,最多是在一定程度上对桥梁的继续工作能力提出评价。然而桥梁健康检测不仅获得桥梁的损伤状况或健康状况,而且利用其智能系统中开放的数据库的数字化参数积累,对已用的桥粱设计理论提供长期的、及时的由足尺寸真实构件在真实环境下结构响应为基础的设计验证,继而为研究发展桥梁理论提供低成本高效率的“试验”支持。以桥梁健康检测作为设计的验证具有前所未有的优越性,它比较模型试验而言。成本低,模型就是已有的桥梁,省去了模型制作费用;效果真实,完全的足尺寸.真实的环境.真实的载荷,数据的采集具有长期性,只要桥梁“健在”,数据就可以长期地收集下去。

在实现的手段方面,传统桥梁检测的手段虽然有很大发展并且日趋成熟,但对这些手段的应用往往是孤立的、被动的。桥梁健康检测通过现代的传感与通信技术的运用使得桥梁健康检测智能系统像人的神经系统将人体各部分协调起来一样,将各种检测手段通过计算机系统有机地组合在一起,利用内部数据库和信号软件接口实现参数的采集和存放,并借助于瑚代通信宽带的不断拓宽和高速高容量的计算机系统可以实现异地数据采集,便捷、准确、安全。在发展趋势方面,桥梁健康检测取代传统的桥梁检测已是大势所趋。桥粱健康检测可以为业主提供更加准确和全面的检测评定,而且可为设计人员提供前所未有的设计验证资料和理论研究依据。

3、常见的桥梁检测技术

3.1　声探测技术。声探测技术主要包括超声波探测技术、声发散检测技术和冲击一回声检测技术。声探测技术是目前发展最迅速的无损检测。超声波探测技术的基本原理是:超声波能够以一定的速度在某种材料中传播,直至达到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来。超声波探测技术即利用声脉冲在缺陷处发生特性变化的原理来进行检测。声发散技术的基本原理是:大多数结构材料在受力后出现诸如塑性变形、裂纹开裂、裂纹开展等微结构损伤时,就以声波的形式释放能量。它的优点是可以对处干荷载作用状态下的桥梁结构的内部材料和结构变化进行稳定的监视、并给出早期报警。冲击――回声是根据应力波能够在材料中传播的原理设计的,基本的测试方法和超声波相似。应力波可以通过以下两种方法产生:使用转换器产生的应力波称为脉冲――回声法,使用机械冲击器产生应力波称为冲击一回声法。它同样可以通过应力渡的强度和发生时间测定缺陷的程度和位置。

3.2　电磁渡探测技术。电磁探测技术主要包括探地雷达技术和涡流检测技术。探地雷达是利用电磁脉冲波发射原理来实现探测目的,它是利用超高频短脉冲(106-109H z)电磁渡探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。探地雷达是军用技术民用化的典型代表,已经在建筑物、桥梁和其他结构评估中广泛使用。其基本原理是将雷达脉冲传进被检测材料,然后测量材料表面的反射量确定损伤。在桥梁无损中的典型应用如混凝土中的钢筋和孔道的定位以及缺陷和疲劳探测等。涡流的基本原理为电磁感应,主要应用于检测表面损伤。当检测线圈与导电材料的构件表面靠近,并通以交流电时,所产生的交变磁场将在构件表层产生感应电流,呈环形涡流状。电涡流的大小与分布受构件材料介质和表层缺陷的影响,根据所测电涡流的变化量,就可以判定材料表层的缺陷怕况。

第4篇：超声波检测的基本原理范文

[关键词]薄层 在役 超声波检测

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0063-01

1.引言

在工业生产和设备设施使用中经常会遇到一些需要进行内部检测的表面附有异质薄层的材料，如表面镀膜、涂层等，尤其是在役的设备或结构需要进行内部检测等。由于被检的设备或结构所处的环境和状态的限制，一般优先使用超声检测材料内部，使得检验对生产和安全的影响能够降到最低。但表面附有异质的薄层会对超声波检测带来很多的影响，以至于我们很多的标准都要求去除工件表面的异质薄层之后才进行检测，以降低薄层对检验的影响。去除薄层一般采用打磨、喷砂等方法，易产生火花、静电、材料本身厚度可能减少、对工件表面易产生划痕等一系列问题。对于在重视质量、安全、环保的今天，去除薄层进行检测所带来的增加的安全风险、对材料本身产生的损伤、增加工时成本和对周围环境的影响等不利因素亟需消除，使得如何能采取一种可以在使用超声波检测的同时又能不去除影响检测的薄层的情况下对材料进行精确可靠的检测就是笔者撰写该文的目的。

2.基本原理

修正的原理是把表面附有的异性材料薄层当做探头的晶片的一部分，把探头晶片增厚的部分进行修正，探头晶片的厚度改变使得探头的始脉冲和入射点发生改变。只要对始脉冲和入射点进行修正就能使这种附有异性薄层的材料进行正常检测。

3. 修正方法

3.1 修正基础

能够在不去除薄层进行检测的基础条件是超声波声束不能够因薄层的存在使声束方向发生改变，该条件不需要任何修正即可满足，具有超声波基础知识的人都知道超声波入射角度公式，可以根据该公式得出入射角度不因入射到母材过程中存在多层异性材料薄层而影响声束在材料内部的传输。

3.2 仪器定标的修正

对仪器水平定标的修正采取平移的方法，即对水平定标的仪器进行平移，使对被检测材料检测时水平线性不发生改变。使仪器时机线进行平移的方法就是增加或减少始脉冲时间，最终通过平移时机线使得仪器的水平线性在被检测材料相匹配，即声波的反射点的声程与仪器上显示的声程等比例。这种方法的原理与探头粘附保护晶片的原理等同，即把表面所附有的异性材料薄层在仪器上进行忽略而便于对材料进行检测。

首先，根据标准对所使用数字超声检测仪和探头在试块上进行正常定标和灵敏度曲线等制作；然后，在材料上用对准被检测材料的端角或能够反射最大回波的轮廓的位置，找到最大回波，条件仪器的起始脉冲的始脉冲时间，使仪器上的反射回波达到被检测材料的正确声程位置；量取反射回波到探头前沿的实际位置，读取仪器上显示的反射点的水平距离，求出应该补偿修正的差值，在探头前沿中修正探头前沿。

3.3 仪器灵敏度的修正

灵敏度的补偿修正可以采用各个标准中介绍的表面补偿方法进行修正，这里不进行介绍。对该种材料进行检测的补偿修正属于表面补偿修正范畴，但必须实际测试得出，这与表面的异性材料薄层的属性差异非常大。

4. 结论

采用文中给出的修正方法前需要采用直探头对被检区域两侧进行扫查，已确定薄层完全附着在材料上，避免薄层附着不良带来的影响。该种方法可以有效的规避表面异性薄层对检测的影响，可以使对材料检测的方法和可靠性达到和常规材料一样的级别，不会因为缺陷定位和灵敏度问题使缺陷内部的缺陷误判或遗漏。

第5篇：超声波检测的基本原理范文

[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.

第6篇：超声波检测的基本原理范文

关键词：桥梁工程；钻孔灌注桩； 质量检测

Abstract: the cast-in-place pile foundation as a deep foundation, and suitable to be used in different geological conditions, widely used in bridge engineering foundation. This paper bridge engineering cast-in-place pile quality testing technology and method is discussed in this paper.

Keywords: bridge engineering; Bored piles; Quality testing

中图分类号： U443.15+4文献标识码：A 文章编号：

1、前言

钻孔灌注桩基础作为深基础的一种，能适应于不同地质条件，广泛应用于桥梁工程基础中。混凝土钻孔灌注桩是桥梁下部结构施工的主要形式，这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层中区，从而大大减少基础沉降和建筑物的不均匀沉降，是一种极为有效，安全可靠的基础形式。但灌注桩的成孔是在桩位处的地面水和水下完成的，施工工序多，质量控制难度大，稍有不慎易产生断桩等严重缺陷。据统计国内外钻孔灌注桩的事故率高达5%-10%。因此，灌注桩的质量检测就显得格外重要。

2、钻孔灌注桩的优缺点

2.1钻孔灌注桩其优点主要有：适应性广、承载力大、建造费用低、减小环境污染和公害、抗震性能好等。

2.2钻孔灌注桩的缺点主要有：桩身混凝土的质量低于预制混凝土桩。当灌注作业失误时，还容易酿成断桩、混凝土离析以及凝固不良等隐患。在松散地层成孔，需采取泥浆等扩孔措施，施工现场容易产生泥水溢流，满地泥泞，扩孔不当还易发生事故，因此，对桩身工程质量检测非常重要。

3、钻孔灌注桩质量检测技术

3.1 钻孔灌注桩的质量检测。钻孔灌注桩的工程质量检测主要包括以下几方面的内容。

3.1.1 成孔质量检测。成孔质量检测只要是判定成孔的孔径是否符合设计要求，孔径是否发生变化、是否倾斜，钻孔是否发生塌孔、缩径或扩径等问题，对于保证成桩质量具有指导性意义。

3.1.2 施工过程检测。主要是控制施工质量，包括钻进速度、持力层判别、出浆情况、泥浆比重、钻孔深度、倾斜度、孔底清渣、下钢筋笼情况、混凝土用量及配比、混凝土坍落度和灌注情况及清桩顶混凝土等的检测。

3.2超声波检测。超声波检测法的基本原理是超声波检测仪中的压电式换能器，发射一系列周期性超声脉冲，使其穿过被检测的桩体，并被另一个压电式换能器所接收。超声检测仪显示出脉冲穿过被检桩体的各种物理量。由于声波穿过不同介质时，这些物理量均不相同，因此，可根据这些物理量的变化，来判别桩身混凝土质量的变异情况及内部缺陷的性质、大小和位置。声波透射法适用于检测桩径大于0.6m的混凝土灌柱桩的完整性。它是在桩身中预埋测管(钢管或塑料管)，管的下口封死，测试时管内充满清水或机油作为耦合剂，二管内分别放入声波发射的接收探头，两探头置于同一水平面或保持一定高差，测管两探头同时提升或下降，由于声波在正常混凝土中的传播速度一般在3000～4200 m/ s之间，当传播路径上遇到混凝土质量差，如离析、夹泥等缺陷时，声波将发生衰减，部分声波将绕过缺陷传播，使得传播时间增长，波速减小。若遇有空洞的空气界面将产生反射和散射，使波幅减小。桩的缺陷破坏了混凝土的连续性，使波的传播路径复杂，引起波形畸变。所以声波在有缺陷的混凝土中传播时，波幅减小，声时加大(波速降低)，波形畸变。根据这些特性，便可判定桩身中缺陷的性质和位置。该法在灌注桩身混凝土时，要预埋2～3根管道，在横断面呈正三角行布置。采用双孔测量、单孔测量两种方式。采用超声波透射法检测钻孔灌注桩的成桩质量，具有试验结果直观、仪器较轻便，能弥补低应变动测法检测桩长度有限等优点，且受工地上声源式振动干扰小，对混凝土严重缺陷(如断桩、夹泥等) 的检出标准率达100 %。但超声波频率高，在混凝土中衰减快，使检测范围受到限制。预埋管超声波透射检测法具有仪器轻便、抗干扰能力强、观测准确度高、结果直观可靠的优点，可以通过探头在桩身中上下移动测试，详细查明桩内部缺陷、深度位置、范围大小、严重程度等。因此，用超声波透射法检测大直径超长桩是最可靠的方法之一。但该法需要在桩体上预留超声检测管道，因而给施工单位带来诸多不便。声测管绑扎不牢或绑扎间距过大，在浇筑混凝土过程中，声测管受混凝土挤压发生弯曲变形，管间距离变大或变小，直接影响检测结果的分析判定，甚至无法给出桩身完整性类别。

3.3低应变检测。低应变检测应用于桩身完整性检测，能准确地确定桩身缺陷类型及其在桩身的具置，定性分析桩底沉渣的厚度，评定桩身质量等级，其原理是在桩顶施加一脉冲力，应力波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面或桩身截面变化部位，将产生反射波，经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身完整性、确定缺陷类型(如断桩、混凝土严重离析、缩径或扩径)及具置。完整性好的基桩反射波具有波形规则、清晰、桩底反射明显等特性。缩颈的特点是在缺陷处有一相位与首波同向的反射波，而且幅度较大。扩颈的特点是在首波后出现与首波相位相反的反射波。断桩的特点是首波后无反冲且接着贴近零线，在缺陷处出现反射波，其波幅超过首波，并有多次回波，且桩底回波不清。离析的特点是首波后，波的宽度愈大，比正常桩要宽，这是因为浅部混凝土中的水泥较少，石子空隙多，当波传播过程中遇到离析处必然会产生散射，所以波形增宽。

3.4 高应变法检测。高应变法是利用约为单桩极限承载力1 %的铸钢或铸铁重锤，在距桩顶10～20m处自由落下，给桩顶一竖向冲击荷载，从而使桩、土之间产生一定的塑性位移，桩侧和桩尖土阻力得到一定程度发挥，在桩顶量测到的桩、土响应信号包含有承载力因素，所以高变动力测桩可以对单桩承载力进行判定，也可评价桩身结构的完整性。高应变法有波形拟合法(也叫实测曲线拟合法)等。波形拟合法的基本原理是：将现场实测的桩顶力和速度曲线作为边界进行计算，它将桩分成若干个弹性单元，使应力波通过每个单元的时间相等，并假定单元土阻力作用在单元底部。分析计算时，输入下行波及桩土参数，计算出上行波，然后合成计算力波曲线，将计算力曲线与实测力曲线进行对比，如果两者的吻合程度达到满意的要求，就认为桩土参数已经符合实际情况，它们将作为计算承载力、桩侧摩阻力分布、模拟静载试验分析的依据,继续进行计算。否则应调整桩土参数，直到吻合满意为止。高应变法可用来确定单桩的垂直极限承载力，还可以检测桩身的完整性。高应变法测定单桩的垂直极限承载力是以静动比较资料的积累为基础。

4、结论

随着城市建设的迅速发展，桩基工程越来越多，桩基工程的施工质量必须引起高度的重视，以防留下诸多安全隐患。近些年来，桩基工程检，测技术也成为一个热门，并得到广泛重视，特别是近10年，桩基检测技术得到了长足的发展，有关桩基工程检测的标准、规范相继、施行，使桩基检测工作进一步规范化，对保证工程质量起到了良好的作用。

参考文献：

[1]马芹永，钻孔灌注桩质量检测标准及检测方法[J]，西安科技学院学报，2002（22）

第7篇：超声波检测的基本原理范文

【关键词】检测技术 超声波 钻杆加厚过渡带

原油开采过程中，石油钻杆作为钻柱的重要组成部分，是石油工业不可或缺的钻井工具，无论是其接头、管体还是过渡带部分性能的好坏都将直接影响到整个钻井工程的安全。钻杆经过一段时间的使用后，都会出现不同程度的磨损、腐蚀，明显的可能出现刺漏、肉眼可见腐蚀坑等，另外因拉、压、挤、弯曲变形等产生的疲劳裂纹以及管壁不同程度的壁厚损失等造成管体出现各种不可见性破坏，如果继续使用可能造成钻具断裂事故。而且近年来，随着钻井新技术、新工艺的发展，定向井、水平井逐步增加，定向井、水平井已经占到钻井口井数的70%以上，钻杆在钻井过程中承受复杂的复合应力作用，因此，钻杆损坏的速度和程度也逐渐加快，钻井生产现场发生多起因钻杆疲劳造成的钻杆加厚过渡带附近刺穿质量事故，给钻井生产带来很大经济损失。通过超声波检测技术可实现对钻杆加厚过渡带加厚部位无损探伤，最大程度避免钻井生产中因钻杆加厚过渡带部位刺漏而造成的经济损失，同时相对人工探伤可大大提高钻杆加厚过渡带检测探伤工作效率。

一、超声波检测基本原理

超声波在被检材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播将会产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况进行探测来了解材料性能和结构变化的技术被称为超声检测技术（UNDT，全称为Ultrasonic Non-Destructive Testing）。超声检测技术是一种重要的无损检测技术，由于它的穿透能力强，对材料和人体无损害，使用方便等特点，广泛地应用于现代工业领域和高技术产业之中，诸如材料工业、机械工业、石油化工、水文地质和宇航、能源等领域。

超声检测技术依据工作原理可以分为共振法、透射法和脉冲反射法。共振法常用于壁厚的测量;透射法需要使用一对探头，一个发射，一个接收。检测时两探头位置要求较高，而且无法对缺陷进行定位;脉冲反射法只需要一个探头进行自发自收，可以判断缺陷的大小、距离。脉冲反射法依据探头与被检工件的位置关系又可以分为直接接触法和水浸法。由于直接接触法检测情况需要探头楔块做良好的声耦合，还取决于被检工件表面的平行度、平整度和粗糙度，而且这种方法不能实现连续作业多用于操作人员手工探伤。相比之下，水浸法不需要探头与被检工件直接接触，克服了直接接触法的上述缺点，降低了成本，并易于实现自动化探伤，从而应用前景更好。

超声水浸法检测的原理是由超声换能器发射出来的超声波通过水介质（工件放在水中），入射到被检工件（钢管）上并在工件内传播，经过内壁或工件内不连续处反射，反射回来的信号经采集卡接收。当工件中无缺陷时，不产生超声回波信号;当有缺陷时，显示屏上将有缺陷回波显示，根据缺陷回波幅度的高低可判别缺陷当量的大小，最终依据探伤标准对缺陷做出评判。

二、超声检测系统技术特点

数字化钻杆超声波检测系统是基于超声波检测原理而发展起来的新产品。在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致。将具有较强穿透能力的超声波导入钢管中，在遇到前后声阻抗不一致的交界面时，一部分声波会被反射回来，产生回波，系统可检测到这些回波，并进行放大处理，转换成数字信号，呈现在屏幕上，反射回来的能量大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。其原理如图1所示。检测系统配套的分析软件可以接入传感器及编码器信号自动采集，从而对缺陷进行定性定量、以及波形显示、打印、声光报警等。

图1 钻杆超声波检测原理图

三、EMT-PU管端超声检测系统特点与应用

（一）特点

克服一般自动化检测方法对钢管加厚端部难以检测的问题。采用常规水浸式超声检测技术，实现横向裂纹、孔洞、壁厚减薄的综合检测，探伤灵敏，运行可靠。

超声波探头提离钢管表面一段距离，不易磨损，大大延长了探头的使用寿命。

超声波探头相对钢管螺旋前进，实现了自动检测。与手持式超声波探伤相比，解放了人手，同时也提高了检测效率。

不受被测管规格改变的影响。此系统可检测：Ф60～Ф140mm的无缝钢管，缺陷位置分辨精度：<20mm;横向裂纹检测灵敏度：深度为壁厚的5%的内、外刻伤、长度25mm，宽度0.25-1mm;孔洞检测灵敏度：？1.6mm通孔;内外表面覆盖率：100%。

（二）应用

要对被检钻杆两端同时检测，采取钻杆原地旋转，探头移动的方式。由于不同规格钻杆中心高不一样，所以探头组合还要能够整体上下升降。为简化结构，采用传统的方式控制探头升降和移动。通过直流电机带动螺杆旋转，从而驱动探头架往返移动。探头固定在升降板上，调节螺钉可以改变其高度，从而确保水层高度不变。系统对过渡带人工缺陷和实际缺陷能够产生非常清晰的信号，并能通过记录软件进行保存。

四、超声波检测的发展方向预测

根据近年来的发展趋势和工业生产实际的需求，今后的过渡带超声波检测将朝着数字化、自动化、智能化的方向发展，各种自动扫描、自动定位与跟踪检测的系统将会得到深入的研究。另外，由于受超声波波长的限制，对薄壁管的检测精度较低，只适合厚壁管，同时对管体的介质要求较高。当缺陷不规则时，将出现多次反射回波，或检测工件（如过渡带的形状）不规制时会出现影响信号强度和反射回波显示位置，从而对信号的识别和缺陷的定位提出了较高要求。当前超声波检测的发展方向主要为提高对细小缺陷的检测精度和提高对伪信号的识别能力，这对现场生产尤为重要。

第8篇：超声波检测的基本原理范文

关键词:超声波法;透射法;桩基检测

中图分类号:TU

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)08-0298-01

0 前言

随着我国国民经济的发展和城市化进程的加快,我国对交通运输的需求也与日俱增,近年来我国建设了大量的高等级公路,大型高速公路桥梁结构物也越来越多。而桩基作为桥梁基础的一种重要形式,在很多工程中都有应用。在这类工程中,桩基是桥梁的主要承重结构,它的质量好坏对结构物使用的可靠性、耐久性具有决定性的作用。故桥梁桩基的检测在桩基的质量控制、使用功能保证中起着举足轻重的作用。

1 超声波法的检测原理

超声波法可以根据波的传播途径和接收方式分为两种:

(1)透射法;

(2)回波法。回波法在金属探伤方面有着非常广泛的应用,但由于混凝土的非匀质性,回波法的效果受到了严重的影响,目前应用较多的是透射法。本文也主要介绍超声波透射法的应用情况。

超声波透射法检测的基本原理是:首先在桩基内部预埋若干检测管以形成检测通道,发射探头和接收探头都安装在声测管中。检测仪器使用过程中会发射出周期性的电脉冲,通过发射换能器的压电体转换为超声脉冲,超声脉冲穿过待测的桩基混凝土后被换能器接收,然后转换成电信号,最终在仪器上显示超声脉冲波形及频谱、穿过混凝土所需的时间、接受波幅值、脉冲主频率等参数。通过对这些参数的全面、细致的综合分析,我们就可以判断桩基混凝土内部的各种缺陷的性质、位置等,在此基础上判断混凝土总体的均匀性和强度等级的指标。

2 检测方法

超声波透射法按发射和接收换能器的相对高程的不同分为三种:扇形扫测法、平测法和斜测法(如图1所示),应用较多的是平测法和斜测法。

图1 平测、斜测及扇形测法(按从左到右的顺序)

平测法是将发射和接收换能器放在同一高度进行测试。这种检测方法可以检查出竖直方向上的缺陷的位置和大小,缺点在于无法确定缺陷在水平方向的位置。斜测法是指发射和接收换能器不在同一高度进行的测试,斜测法是平测法的重要补充,可以有效避免平测中无法确定缺陷水平位置的问题。具体应用中,要保持发射和接收换能器的高程差不变,并对每一个截面进行两次完全独立的检测。两个换能器的高程差越大,对缺陷在水平方向的位置判断就越准确,但随着高程的加大,接收换能器所能接收的测试信号也相应减少,也会影响最后的缺陷判断。因此,在实际工程中,掌握合适的发射和接收换能器高程差对提高缺陷位置判断准确性具有重要的意义。

3 检测数据分析、处理

目前对数据进行分析、处理的方法主要有三种:基于声时的数据分析、基于波幅的数据分析以及基于“声时-深度曲线”的数据分析。下面做一个比较详细的介绍。

3.1 基于声时的数据分析

选取声时平均值μt与声时2倍标准差δt之和作为判定桩身有无缺陷的临界值(St)。

μt=∑tin(1)

δt=∑(ti-μt)2/n(2)

St=μt+2δt(3)

其中:n为测点的数量;ti为第i个测点的声时值。

判断方法:若ti>St,则可以认定该桩基在所测的深度处可能存在缺陷。

3.2 基于波幅的数据分析

在所有的声学参数中,波幅是对桩基缺陷最为敏感的参数,这也是可以采用波幅进行桩基质量判断的依据。这种方法选取接收节能器接收到的超声波信号波幅平均值(μq)的一半作为判断桩身有无缺陷的临界值(Qd)。

Qd=μq-6(4)

μq-∑qin(5)

其中:qi为第i个测点的波幅;n为测点数。

判断方法:若qi

3.3 基于“声时-深度曲线”的数据分析

也称PSD法。PSD对缺陷也非常敏感,故可以选取PSD判断缺陷所存在的范围。此种方法选取声时-深度曲线相邻测点的斜率K与相邻两点声时差值Δt的乘积为临界值。

PSD=K×Δt(6)

判断方法:实际所测PSD大于出现断桩或全断面夹层时的临界PSD值时,则可以判定桩基在该测试点断桩。

4 应用超声波透射法检测注意事项

由于工程的特殊性和复杂性,超声波透射法在实际应用中不可能像理论完全一致,还需要考虑其他的一些影响因素,主要是以下几个方面。

4.1 地下含水量

如果桩身在浇筑过程中产生了孔洞且孔洞位置在地下水位之下时,地下水便会进行孔洞。当应用超声波进行检测时,声波穿透缺陷过程中实际上还穿透了地下水。如果检测缺陷的范围比较小,就有可能造成漏判。

4.2 桩基龄期

桩基龄期对超声波检测时的信号和波形影响很大。规范中要求龄期达到14天才能进行检测,如果时间上不允许,也应最低应满足7d龄期的要求。若龄期不符合要求,检测过程中可能出现接收信号比较微弱,波形衰减非常严重的情况。

4.3 声测管布局方式

声测管主要有三种布局方式,如图2所示。其中阴影区域为超声波检测的有效检验区。

图2 声测管的三种布局方式

对应桩身直径小于1m的,采用方案I即可,大体上可以反映出的整个横截面各部位的主要缺陷。桩身直径大于或等于1m的,采用方案Ⅱ比较合适,虽然在中心位置存在盲区,但在实际工程中,中心存在缺乏的可能性也非常小,故检测效果可以得到保证。对于一些工程中的大直径桩,方案Ⅲ是最佳选择,这种方案的检测盲区是最小的,能够最大限度地保证检测的全面性。在实际工程中,对应不同的桩基采用相对应合适的声测管布局方法对提高超声波检测的准确性具有重要的意义。

4.4 声测管安装

声测管安装时需要保证各声测管平行安装,超声波检测过程中出现的问题很多都因为声测管的安装不平行。不平行导致一系列的问题,如检测的声时值、均方差、离散系数、平均声速等统计值产生偏离。此外,对于泥浆护壁灌注桩桩身检测时,可能在施工过程中泥浆比重过大,附着在声测管上导致局部的声测管被很厚的泥皮包围,从而使超声波波幅减小,最后导致误判。

5 结语

桥梁桩基检测还存在其他的一些检测方法,如低应变法等。超声波法由于其检测结果能直观反映桩身缺陷的位置、大小及严重程度,检测质量十分可靠,操作非常简单等优点成为桩基检测中最常用的方法之一。但目前对桩基的检测还只是停留在定性判断上,还无法进行定量分析,这需要相关的技术人员、专家学者投入到这一研究领域中来,推动桩基检测技术的发展。

参考文献

[1]林维正,苏勇,洪有根.混凝土裂缝深度超声波检测方法[J].无损检测,2001,(8):49.

第9篇：超声波检测的基本原理范文

关键词：超声波法；桥梁桩基检测；应用

超声波法由于其检测结果能直观反映桩身缺陷的位置、大小及严重程度，检测质量十分可靠，操作非常简单等优点成为桩基检测中最常用的方法之一。随着国家检测技术的发展，桩基将得到更广泛的应用。声波透射法桩基检测技术已广泛应用于大型灌注桩或对桩身混凝土质量要求较严格的桩型的检测，对有严重缺陷的桩的检测以及缺陷桩的补救及评价桩基质量做出积极的贡献。如何提高桩基检测数据和评价结果的准确性和可靠性，是工程界面临的问题。

1.超声波检测技术原理

超声波是一种机械波，机械振动和波动是超声测试的物理基础，同时它又是弹性波测试方法中的一种，固体介质中弹性波的传播理论是它的理论基础。超声波技术应用于混凝土质量的无损检测已有很长的历史，而声波透射法应用于基桩检测，则是近几年才引进发展起来的，由于它具有仪器轻便、抗干扰能力强、观测准确度高、结果直观可靠，所以被广泛推广使用，已成为一种比较成熟可靠的灌注桩无损检测方法。声波透射法是在桩内预埋纵向声测管道，将超声脉冲发射和接收探头置于声测管中，管中充满清水作耦合剂，由仪器发出周期性电脉冲通过发射探头发射并穿透混凝土，被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过桩体所需时间、接收波幅值、接收脉冲主频率、接收波形及频谱等参数。最后由数据处理系统按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置作出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。

2.检测结果的数据分析和判断

基桩的超声波透射法检测需要分析和处理的主要声学参数是声速、波幅、主频，同时要注意对实测波形的观察和记录，如何在这些数据的基础上，对桩的完整性、连续性、强度等级等做出判断，是超声法检测的关键。目前，常用的桩身缺陷判断方法有两大类，第一类是数值判据法，即根据测试值经适当的数字处理后找出一个存在缺陷的临界值作为依据，这种方法能对大量测试数据做出明确的分析和判断，通常用于全面扫测时缺陷的初步判断；第二类是声场阴影区重叠法，这类方法通常用于数值判据法确定缺陷位置后的细测判断，以便详细划定缺陷的位置、大小和性质等，在桩身缺陷的超声检测种，这两类方法必须联合使用，过分偏重任何一种方法都是不合理的。

2.1数值判据法

2.1.1.概率法，正常情况下，由随机误差引起的混凝土的质量波动是符合正态分布的，这可以从混凝土试件抗压强度的试验结果得到证实，由于混凝土质量（强度）与声学参数存在相关性，可大致认为正常混凝土的声学参数的波动也服从正态分布规律。混凝土构件在施工过程中，可能因外界环境恶劣及人为因素导致各种缺陷，这种缺陷由过失误差引起，缺陷处的混凝土质量将偏离正态分布，与其对应的声学参数也同样会偏离正态分布。所以，只要检测出声学参数的异常值，其对应的位置即为缺陷区。

2.1.2.PSD判据法，对于由声时、波幅衰减确定的异常区，结合PSD曲线进行综合分析，采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近明显变化时，应将其作为可疑缺陷区。PSD（Pile of Slope and Difference）判据的物理意义为：声时-深度曲线相邻两点的斜率与相邻时差值的乘积，根据PSD值在某深度处的突变结合波幅变化情况，进行异常点判定，该判据对声时具有指数放大作用。因此，缺陷区PSD值较声时反映明显，而且运用PSD判据基本上消除了声测管不平行或混凝土不均匀等因素所造成的声时变化对缺陷判断的影响，但如果声时读数有错误，那么PSD会将错误数据进行放大，造成误判。

2.1.3声阴影重叠法

所谓声阴影重叠法，就是当超声脉冲束穿过桩体并遇到缺陷时，在缺陷背面的声强减弱，形成一个声辐射阴影区，在阴影区内，接收信号波高明显下降，同时声时增大，甚至波形出现畸变。若采用两个方向检测，分别划出阴影区，则两个阴影区边界线交叉重叠所围成的区域，即为缺陷的确切范围。其基本方法是：一个换能器固定不动，另一个换能器上下移动，找出声阴影的边界位置，然后交换测试，找出另一面的阴影边界。边界线的交叉范围内的重叠区，即为缺陷区。在混凝土中，由于各界面的漫反射及低频声波的绕射，使声场阴影的边界十分模糊。因此，需综合运用声时、波幅、频率等参数进行判断，在这些参数中波幅是对阴影区最敏感的参数，在综合判断时应赋予较大的“权数”。当需要确定局部缺陷在桩的横截面上的准确位置时，可用多测向叠加法，即根据几个测向的测量结果通过作图法进行叠加，交叉重叠区即为缺陷区。

3.未来趋势

声波透射法桩基检测技术已广泛应用于大型灌注桩或对桩身混凝土质量要求较严格的桩型的检测，对有严重缺陷的桩的检测以及缺陷桩的补救及评价桩基质量做出积极的贡献。随着国家检测技术的发展，桩基将得到更广泛的应用。那么如何提高桩基检测数据和评价结果的准确性和可靠性，则是工程界面临的重要问题。通过实践和假设建议从以下几方面考虑对展望声波透射法桩基检测的前景：

（1）声波透射法桩基检测要求预埋声测管，使得声测管对桩基缺陷进行处理成为可能，对这方面进行研究将开辟一条集检测与补强加固于一体的、安全可靠的、经济有效的途径，使声波透射法桩基检测更为经济可靠。

（2）现阶段对桩基桩身完整性的评判采用波速、波幅、频率等单一的指标或者简单的两种指标的组合作为判断方法，没有考虑这几个指标的综合作用对桩基质量评判的结果，结合工程实际改善数学模型，加强理论研究，对声学参数进行频谱分析，并将它纳入到混凝土强度和混凝土缺陷检测中去，可大大提高检测结果的精确性，减少误判率。

（3）现阶段对桩基础的无损检测结果判定只是停留在定性的水平上，没有做出定量分析，对于要求较高的桩基检测这是不够的，有待于进一步研究。

4、结束语

对于钻孔灌注桩的完整性利用超声检测方便快捷，检测结果可靠，混凝土存在质量问题时，声速明显减小，声波波形差。当利用不同的判据得出各个测点的判据曲线都满足要求时，则可判断该测点处桩身质量完好，当利用不同的判据得出各个测点的判据曲线都出现异常，则可判断该处存在缺陷，当利用声幅作为判据，测点的判据曲线不满足要求，而声时、声速作为判据测点的判据曲线都满足要求时，可以认为该测点处不存在缺陷，因为声幅对于混凝土缺陷敏感，依此作为判据过于严格，此时要结合声时PSD对测点处进行综合分析、研究，提高判断结果的准确性。

参考文献：

[1]赖庆球. 超声波法在桥梁桩基检测中的应用[J].山西建筑.2008（13）