测试技术应用实例之欧阳家百创编

测试技术应用实例

欧阳家百（2021.03.07）

【摘要】测试技术与科学研究、工程实践密切相关。在各种现代装备系统的设计和制造工作中，测量工作已占首位，它是保证现代工程装备正常工作的重要手段，是其先进性能及实用水平的重要标志。科学技术与生产水平的高度发达，要求以更先进的测试技术与仪器为基础。

【关键词】超声检测、优缺点、裂缝检测、缺陷检测、可见吸收光谱法、辐射、微量分析、荧光强度。

现如今测试技术是试验技术的主要组成部分，提高试验技术水平首先要改善测试技术。除了先进的实验设备之外，测试手段及测试技术也是试验研究中的决定性因素之一。在在我们身边有许多测试技术应用的实例。

超声波在混凝土结构无损检测中的应用超声法测强采用单一声速参数推定混凝土强度。当影响因素控制不严时，精度不如多因素综合法，但在某些无法测量回弹值及其他参数的结构或构件（钢管混凝土等）中，超声法仍有其特殊的适应性。

声波的指向性比较好，其频率越高，指向性越好。超声波传播能量大，对各种材料的穿透力较强。超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性，为超声波的应用提供了丰富的信息。超声检测具有适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、设备轻巧、成本低廉，可即

时得到探伤结果，适合在实验室及野外等各种环境下工作，并能对正在运行的装置和设备实行在线检查。超声法检测过程无损于材料、结构的组织和使用性能；直接在构筑物上测试验并推定其实际的强度；重复或复核检测方便，重复性良好[1]；超声法具有检测混凝土质地均匀性的功能，有利于测强测缺的结合，保证检测混凝土强度建立在无缺陷、均匀的基础上合理地评定混凝土的强度。

应用超声来进行无损检测也有其相应的缺点。对于平面状的缺陷，例如裂纹，只要波束与裂纹平面垂直，就可以获得很高的缺陷回波信号。但是对于球面状的缺陷，例如空洞，假如空洞不是很大或分布不是较密集的话，就难以得到足够的回波信号或是其时间变化不明显；另外，对于各向非同性的材料，例如混凝土，相应会存在材料的离析，使得材料密度不均匀，这使得人们把离析误判为是内部的空洞而导致决策上的失误；对于表面缺陷的检测，超声波法的灵敏度要低得多，但超声无损检测方法可以较为精确的确定混凝土表面的裂缝深度。

房屋和桥梁等建筑物的质量无论是对人民的生命财产，还是对国民经济来说，都是十分重要的。对建筑物的所有要求中，安全性是第一位的。近年来，一系列灾难性的桥梁倒塌事故主要也是由于在设计施工中出了问题，加上对成桥的维修保养不力，出现了诸如混凝土内部空洞、离析，钢筋锈蚀，预应力钢筋失效，梁体受力部位开裂等病害，无损检测是防止这类恶性事件发生的重要手段。另一方面，对现有旧建筑物的维修和保养要耗费大量资金。无损检测技术的应用可使维修保养大大减少盲目性，从而可大大节约这项开

支。土木工程无损检测技术有助于评估新旧建筑物的稳定性和整体性，能够对新旧建筑物整体或部分作质量状态监视，能够用来估计建筑材料和结构的性质和性能。

元素成分分析在现实中的应用物质都是由各种元素组成的，要知道一个样品是由哪些元素组成，最重要的分析手段就是原子光谱分析。它是利用原子(包括离子)所发射的辐射或原子(或与射的相互作用而进行样品分析的一类测试技原子荧光光谱法(AFS)和X射线荧光光谱法(XFS)。前三种方法涉及的是原子(或离子)外层电子的能级跃迁过程中的辐射发射、吸收和荧光的产生。火焰发光谱法、原子吸收光谱法和原子荧光光谱法最简单的工作原理示意图。三种原子光谱法的关键都是使试样产生原子(游离态气体原子或离子)及激光等，其中火焰是最简单和广泛使用的原子蒸汽源。

在原子发射光谱法，试样的气态原子蒸汽进一步受热激发，使原子(或离子)外层电子由最低能态(称基态)激发到较高能态(称激发态)，当其返回低能态或基态时，便发射出在紫外和可见光区域内的特征辐射，这就是发射光谱。根据原子结构理论，由于原子的电子能级高低和分布是每一种元素所特有的，因此元素都有各自的特征光谱.而谱线的强度与其元素的含量成正比。在原子吸收光谱法，辐射源辐射出待测元素的特征辐射通过样品的原子蒸汽时，被蒸气中待测元素的的地方基态原子所吸收。由辐射强度的减弱程度即可以求出待测元素的含量。在原子荧光光谱法，当样品的原子蒸汽受一次辐射源照射，待测元素基态原子吸收辐射后跃迁到较高能态(激发态)，激发态原子再以辐射跃迁形式过渡到基态。由此而获得的辐

射光谱称为原子荣光光谱。荧光光谱的观测方向与一次辐射方法直接成90°角。通过测量待测元素的原子蒸汽可以非常灵敏地测量元素的含量。三种原子光谱分析仪除上述各自的特点外，度的检测和记录是三种仪器所共同的。X射线荧光光谱法涉及的是原子内层电子能级的跃迁。当用X射线轰击试样中的原子时，一个电子从原子的内层(例如K层)被袭击，此时较高能级电子层(例如L层)的一个电子会立即填补空位，同时多余的能量被释放出来。如果这种能量以辐射形式释放，则产生次级X射线，也称为X荧光，各种元素所发射的X荧光的波长决定于它们的原子序数，原子序数越高，X荧光的波长越短。所以根据X射线荧光的波长可以对元素进行定性分析.同样.根据谱线的强度可以定量分析。分子结构与含量分析的应用对分子的结构分析和定量测定是分析化学中最繁重的任务。随着现代科学的发展，特别是生命科学和环境科学的发展，人们不仅要知道一个生物大分子的一级结构，还要知道它的二级、三级甚至更高级的构造。从量的角度来说，现代分析化学早已从常量、微量分析发展到痕、超痕量分析，甚至发展到单个分子的测定。它是研究分子结构和定量分析中最常：用的方法，包括可见收；分子荧光等方法。分子对辐射能吸收比单个原子对辐射能的吸收要复杂得多。因为对于分子的能级跃迁而言，除了分子外层价电子跃迁所引起的电子能态的变化外，还有分子中原子或原子团在它们的平衡位置上作相对振动产生的振动能态的变化以及整个分子旋转产生的转动能态的变化。通常在分子每个电子能态下，都有若干个可能的振动能态，而在每个振动能态下又有若干个转动能态。换言之，分子的

电子能态的变化所需酌能量比振动能态的变化大，振动能态的变化所需的能量比转动能的大。分子的外层电子跃迁所需的能量通常对应于紫外、可见辐射，而振动。(1)紫外和可见吸收光谱法紫外和可见吸收光谱法研究被测物质对可见和紫外区域辐射吸收。当分子吸收了此区域内的辐射，分子的价电子发生跃迁，所以也称为电子不廉。因为分子电子能级改变的同时也伴随着振动能级和转动能级的变化，因此，分子的电子光谱。可见和紫外吸收光谱是应用范围十分广泛的分析方法。在现代分析化学中差不多有60％左右的分析任务是由该方法完成的。该方法利用化合物的吸收过程波长的变化可以对许多的有机化合物，特别是具有共轭体系的有机化合物进行定性分析，而利用被测物对某一波长的辐射的吸收程度(称吸光度)进行定量分析。(2)红外吸收光谱法利用物质分子受红外辐射照射后，分子吸收部分红外辐射使分子的振动能级和转动能级跃迁而产生的吸收光谱。红外吸收光谱与分子结构有着密切的关系。因为分子结构的微小变化，都会引起分子振动能级的改变，所以，除了光学异构体外，凡是具有结构不同的两个化合物其红外吸收光谱必然不同。通常，红外吸收带的波长和吸收谱带的强度反映了分子结构的特性，可以用于鉴定未知物的结构或确定某些基团。同时，吸收谱带的吸收强度与分子组成或其化学基团的含量。(3)分子荧光光谱法利用许多化合物分子吸收紫外可见区域的辐射后，会再发射出波长相同或不同的特征辐射，即分子荧光，通过测量其荧光强度，对痕量化合物进行定性定量分析。分子荧光光谱法的最大特点是具