混凝土超声波检测技术与设备
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寻找并确定声参数与砼特性的相关关系作为评定的 依据。
由于砼材质与结构的非匀质性，多变性及诸多影 响因素的不确定性使后者难度更大。
2 声学基础
2.1 声波的产生条件
声波是机械波，是质点振动的传播过程，
产生并传播声波的条件是： ▲要有作机械振动的波（声）源，如声 带发出声音、超声发射换能器发出超声波
二是声参量的综合利用
与国外相关技术标准相比较，中国的技术标准表现得 更为完整和具体，具有更好的可操作性，表现在：
第一，中国的技术规程中除纵波波速外，还明确规定 了波幅与频率的测试方法与要求，体现了多种声学参数综 合利用的思想。
第二，中国的技术规程中除声参量的检测技术外，对 用声学参量评定砼特性的技术方法亦作了尽可能详尽和量 化的规定，使之具有更强的可操作性。
单位：秒 波长λ－在周期T内波传播的距离
T 1
单位：米
f
例：V＝4000m/s
V T
f＝50kHz
λ＝V×T=V/f=80mm
2.5介质几何尺寸对纵波声速影响
▲无限体中的声速（无限体的几何条件：与声线相垂 直尺寸大于2倍波长）
VP
E (1） （1＋）（1 2）
▲薄板介质中的声速（薄板的几何条件：
混凝土超声波检测技术与设备
北京康克莱斯科技有限公司
第一章 超声波检测基础 1 综述
1.1 超声波方法应用广泛、成熟度高 我国自50年代开始这项技术的研究，60年代初
即已应用于工程检测，近十多年来，发展尤为迅速， 声测方法已正式编入各类技术规程，检测的应用范 围和深度不断扩大，国产超声仪器在技术性能指标 的先进性、人机界面的友好性、整机的智能化程度、 质量的可靠性、仪器外观的精致程度以至性能价格 比等方面均已超过了国外的同类产品。
会产生折射、反射以及绕射现象，使声线拉长，声时加 大，视声速下降。
(2)波幅衰减系数与混凝土物性关系。 致密、强度高的混凝土波幅衰减少； 强度低或存在缺陷的混凝土波幅衰减大
(3)频率与混凝土物性关系 砼中应用的超声脉冲波是复频波，含有多种
频率成份，最主要的频率为主频。 在传播过程中高频成份容易衰减掉，使主频
▲要有传播振动的介质，如空气、水、混 凝土，但真空中不能传播机械波
2.2 声波的频率
根据声波的频率进行分类
n 次声波
0～20Hz
n 可闻声波 20～20kHz
n 超声波
20 kHz～1010 Hz
（ 砼超声： 20kHz～250kHz）
n 特超声波
＞ 1010 Hz
2.3声波的类型
最简单的波是纵波和横波
纵波（P波）: 质点振动方向与波的传播方
向一致， (如弹簧压伸、声波)。 纵波可以在固体、液体、气
体中传播。
横波（S波）：
质点振动方向与波 的传播方向垂直 (如：绳子抖动）
横波只能在固体中 传播
纵波、横波迭加产生其它类型的波
n 表面波（R波）－ 纵向振动与横向振动迭加形成 椭园振动，沿介质表面传播。 表面波只能在固体中传播 表面波振幅随深度增加迅速减小
sin v2
在固体介质的界面声波传播方向，角度及波型的变化
固体界面上声波的反射与折射
2.7 声波的绕射
声波在介质中传播,当介质中出现声阻抗差异较大 的障碍物和裂缝,空洞及低声阻抗的异物时,介质的声 阻抗不连续,声波会发生绕射现象。 （测缝原理)
2.8 声波的衰减
声波在传播过程中振幅随传播距离的增大而逐渐减 少的现象称为衰减，在超声检测中用首波波幅值的相对 变化描述声波的衰减程度
向低频侧漂移（频移），主频率变低。 混凝土质量差，存在缺陷时接收信号的频移
较大，主频率明显变低。
3 混土超声测试方法
（透射法、折射法、反射法）
产生衰减的原因 ▲吸收衰减：传播中质点间的内摩擦使声能转化为热能，
造成吸收衰减 ▲散射衰减：传播中多次反射、折射，波型转换造成散射
衰减 ▲扩散衰减：传播中波束扩散使能量分散造成扩散衰减
2.9 混凝土声学特性
(1) 声速与混凝土物性关系 ▲ 由声速可以计算出混凝土的动弹性力学参数： 泊松比μ 弹性模量E 剪切模量G ▲声速与混凝土密实度，强度存在相关性： 当声波传播到有缺陷的部位，由于声阻抗变化，声波
混凝土的σ＝0.2～0.23，以锤击作振源时 反射波法所测混凝土声速（一维杆的纵波声速） 比超声波法所测混凝土声速要低
2.6 声波的反射与折射（透射） 声界面指声阻抗率Z不同介质的界面
1.垂直入射
垂直入单一界面情况 1－入射波；2－反射波；3－透射波
2. 斜入射
n 反射定律
i
n 折射定律
sin i v1
纵波声速VP＞横波声速VS＞面波声速VR
砼中：VP＝（1.62～1.87）VS
VP＝（1.81～2.08）VR
VR＝0.9VS
2.4 基本物理量
速度V—每秒传播的距离，
单位：米/秒 幅度A— 反映声波能量的大小
T 1 f
单位：分贝db
频率f －每秒振动的次数
单位：1/秒
周期T－质点完成一次振动的时间， 基本物理量之间的关系：
板厚<< λ; 长及宽方向的尺寸>>板厚z）
VL
E1
（2 1 2）
▲细长杆（一维杆）声速（细长杆的几何条件：
横向尺寸<< λ ；轴向尺寸>>横向尺寸）
VB
E
无限体中的声速VP＞薄板介质声速VL＞细长 杆（一维杆）声速VB
例：砼中： VP ≈ 4500m/s Vs ≈ 4368m/s V板 ≈ 4280m/s V杆 ≈ 3500m/s
我国声测技术有关规程的制定与推广是中国砼声测技 术水平已达到世界先进水平的标志之一。
1.3 超声波的声学参量 （声速、衰减系数、频率等）
与砼结构特性有关
可用无损方法直接测量
声波检测技术正是基于声学参量与砼的力学特性 的相关关系以及声学参量的相对变化与砼结构性状 特性的相关关系。
检测工作：
准确测取声学参数，
1.2 国际领先水平
我国声测技术有关规程技术水平已达到国际先进水平， 主要体现在两个方面：
一是规程的先进性
《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21：2000) 《超声回弹综合法测强规程》（CECS03：2005） 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2014） 《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/T F81-01-2004) 铁路工程、水利工程规程 地区性技术规程等
由于砼材质与结构的非匀质性，多变性及诸多影 响因素的不确定性使后者难度更大。
2 声学基础
2.1 声波的产生条件
声波是机械波，是质点振动的传播过程，
产生并传播声波的条件是： ▲要有作机械振动的波（声）源，如声 带发出声音、超声发射换能器发出超声波
二是声参量的综合利用
与国外相关技术标准相比较，中国的技术标准表现得 更为完整和具体，具有更好的可操作性，表现在：
第一，中国的技术规程中除纵波波速外，还明确规定 了波幅与频率的测试方法与要求，体现了多种声学参数综 合利用的思想。
第二，中国的技术规程中除声参量的检测技术外，对 用声学参量评定砼特性的技术方法亦作了尽可能详尽和量 化的规定，使之具有更强的可操作性。
单位：秒 波长λ－在周期T内波传播的距离
T 1
单位：米
f
例：V＝4000m/s
V T
f＝50kHz
λ＝V×T=V/f=80mm
2.5介质几何尺寸对纵波声速影响
▲无限体中的声速（无限体的几何条件：与声线相垂 直尺寸大于2倍波长）
VP
E (1） （1＋）（1 2）
▲薄板介质中的声速（薄板的几何条件：
混凝土超声波检测技术与设备
北京康克莱斯科技有限公司
第一章 超声波检测基础 1 综述
1.1 超声波方法应用广泛、成熟度高 我国自50年代开始这项技术的研究，60年代初
即已应用于工程检测，近十多年来，发展尤为迅速， 声测方法已正式编入各类技术规程，检测的应用范 围和深度不断扩大，国产超声仪器在技术性能指标 的先进性、人机界面的友好性、整机的智能化程度、 质量的可靠性、仪器外观的精致程度以至性能价格 比等方面均已超过了国外的同类产品。
会产生折射、反射以及绕射现象，使声线拉长，声时加 大，视声速下降。
(2)波幅衰减系数与混凝土物性关系。 致密、强度高的混凝土波幅衰减少； 强度低或存在缺陷的混凝土波幅衰减大
(3)频率与混凝土物性关系 砼中应用的超声脉冲波是复频波，含有多种
频率成份，最主要的频率为主频。 在传播过程中高频成份容易衰减掉，使主频
▲要有传播振动的介质，如空气、水、混 凝土，但真空中不能传播机械波
2.2 声波的频率
根据声波的频率进行分类
n 次声波
0～20Hz
n 可闻声波 20～20kHz
n 超声波
20 kHz～1010 Hz
（ 砼超声： 20kHz～250kHz）
n 特超声波
＞ 1010 Hz
2.3声波的类型
最简单的波是纵波和横波
纵波（P波）: 质点振动方向与波的传播方
向一致， (如弹簧压伸、声波)。 纵波可以在固体、液体、气
体中传播。
横波（S波）：
质点振动方向与波 的传播方向垂直 (如：绳子抖动）
横波只能在固体中 传播
纵波、横波迭加产生其它类型的波
n 表面波（R波）－ 纵向振动与横向振动迭加形成 椭园振动，沿介质表面传播。 表面波只能在固体中传播 表面波振幅随深度增加迅速减小
sin v2
在固体介质的界面声波传播方向，角度及波型的变化
固体界面上声波的反射与折射
2.7 声波的绕射
声波在介质中传播,当介质中出现声阻抗差异较大 的障碍物和裂缝,空洞及低声阻抗的异物时,介质的声 阻抗不连续,声波会发生绕射现象。 （测缝原理)
2.8 声波的衰减
声波在传播过程中振幅随传播距离的增大而逐渐减 少的现象称为衰减，在超声检测中用首波波幅值的相对 变化描述声波的衰减程度
向低频侧漂移（频移），主频率变低。 混凝土质量差，存在缺陷时接收信号的频移
较大，主频率明显变低。
3 混土超声测试方法
（透射法、折射法、反射法）
产生衰减的原因 ▲吸收衰减：传播中质点间的内摩擦使声能转化为热能，
造成吸收衰减 ▲散射衰减：传播中多次反射、折射，波型转换造成散射
衰减 ▲扩散衰减：传播中波束扩散使能量分散造成扩散衰减
2.9 混凝土声学特性
(1) 声速与混凝土物性关系 ▲ 由声速可以计算出混凝土的动弹性力学参数： 泊松比μ 弹性模量E 剪切模量G ▲声速与混凝土密实度，强度存在相关性： 当声波传播到有缺陷的部位，由于声阻抗变化，声波
混凝土的σ＝0.2～0.23，以锤击作振源时 反射波法所测混凝土声速（一维杆的纵波声速） 比超声波法所测混凝土声速要低
2.6 声波的反射与折射（透射） 声界面指声阻抗率Z不同介质的界面
1.垂直入射
垂直入单一界面情况 1－入射波；2－反射波；3－透射波
2. 斜入射
n 反射定律
i
n 折射定律
sin i v1
纵波声速VP＞横波声速VS＞面波声速VR
砼中：VP＝（1.62～1.87）VS
VP＝（1.81～2.08）VR
VR＝0.9VS
2.4 基本物理量
速度V—每秒传播的距离，
单位：米/秒 幅度A— 反映声波能量的大小
T 1 f
单位：分贝db
频率f －每秒振动的次数
单位：1/秒
周期T－质点完成一次振动的时间， 基本物理量之间的关系：
板厚<< λ; 长及宽方向的尺寸>>板厚z）
VL
E1
（2 1 2）
▲细长杆（一维杆）声速（细长杆的几何条件：
横向尺寸<< λ ；轴向尺寸>>横向尺寸）
VB
E
无限体中的声速VP＞薄板介质声速VL＞细长 杆（一维杆）声速VB
例：砼中： VP ≈ 4500m/s Vs ≈ 4368m/s V板 ≈ 4280m/s V杆 ≈ 3500m/s
我国声测技术有关规程的制定与推广是中国砼声测技 术水平已达到世界先进水平的标志之一。
1.3 超声波的声学参量 （声速、衰减系数、频率等）
与砼结构特性有关
可用无损方法直接测量
声波检测技术正是基于声学参量与砼的力学特性 的相关关系以及声学参量的相对变化与砼结构性状 特性的相关关系。
检测工作：
准确测取声学参数，
1.2 国际领先水平
我国声测技术有关规程技术水平已达到国际先进水平， 主要体现在两个方面：
一是规程的先进性
《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21：2000) 《超声回弹综合法测强规程》（CECS03：2005） 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2014） 《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/T F81-01-2004) 铁路工程、水利工程规程 地区性技术规程等