议超声平测法检测混凝土裂缝深度

议超声平测法检测混凝土裂缝深度
议超声平测法检测混凝土裂缝深度当混凝土结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度又不大于50毫米时，采
用单面平测法。

测试方法是分别检测跨缝和不跨缝的声时和测距后，计算出裂缝深度。

其基本原理是根据在同一测距
下，不跨缝声波是直线传播，而跨缝声波需绕过裂缝末端形成折线传播，传播声时延长，在认为跨缝与不跨缝测试的混
凝土声速基本一致的条件下，根据其传播声时的差别计算出裂缝的深度。

（一）存在的问题在实际测试中，经常碰到
在同一个裂缝深度部位，用不同的测距，由所测声时计算出的裂缝深度差异较大，造成这种（裂缝）测试值离散大的主
要原因是1、
平测法计算缝深中采用的声速是测量不跨缝条件下不同测距的声时，再以“时—距”法计算混凝土的平均声速，但由于混凝土是一种非均匀的弹塑性材料，即使是正常混凝土各点的声速值也必然存在差异；2、平测时如果发、收换能器
被邻近的钢筋“短路”，那么读取的声时就不对应裂缝部位混凝土的声速，更不能对应声波绕过裂缝末端的声时，造成声时
误差，尤其当裂缝较深时，首波信号微弱，更容易造成首波读数误差甚至丢波；3、混凝土由骨料、水泥和内部微小气
泡组成，混凝土在形成时内部就存在很多微细裂缝，这些裂缝是混凝土材料本身所固有的，属于无害裂缝，当由于各种
原因在混凝土内部产生拉应变，会造成有害裂缝，由于裂缝的形成原因和发展都很复杂，其分布和走向是不确定的，但
在平测法中以裂缝纵深走向垂直于混凝土表面且声波绕过裂缝末端为计算公式的物理模型，简化的物理模型与实际情况
之间有必然的差异。

（二）改进的方法为了提高测试的准确度，在提高测试参量测试精度的同时，要有正确的测试方法
和数据处理方法，减少测试误差：1、布置测点时应避免换能器连线与邻近的钢筋平行，如能保持45°左右的夹角最好，
以避免钢筋对首波的“短路”；2、选择被测裂缝部位时，应选择测距范围内混凝土表面平整，无表面龟裂；3、与缝深相比
测距过小或过大时声时的测试误差较大，当测距与缝深相近时，测试较准，因此技术规程作出舍弃小于平均缝深的测距
点和舍弃大于3倍平均缝深的测距点的测距限制，并以首波反相作为判断测距与缝深相接近的判据。

在计算缝深平均值
时要根据测试情况舍弃可能造成大误差的测量值，纠正测点越多其平均值越准确的认识误区。

NM-4型超声仪性能剖析
NM-4型超声仪性能剖析,NM-4与进口同类超声仪的比较自20世纪70年代，混凝土超声仪在我国研制生产和推广应用，历经模拟仪器、数字式仪器和智能型仪器三个阶段。

20世纪70年代、80年代以小规模集成电路为核心元件的模拟式超声仪为主，80年代后期、90年代初期推出以Z80单板机为核心处理单元的数字式超声仪，90年代中期以后相继推出了以微电脑为核心处理单元的智能型超声仪，目前智能型超声仪已经成为混凝土超声仪的主流。

NM-4超声仪与目前市场销售的进口混凝土超声仪比较，价位接近，但仪器的配置、性能、功能等诸方面却有本质的区别，NM-4以微电脑（386/486）为主控系统，进口同类超声仪器以单片机为主控系统，N M-4在运算速度、运算能力、内存容量等方面有明显优势，属于最新一代的智能型仪器。

现抛开技术指标，仅从用户使用需求角度，将NM-4与进口同类超声仪器做简单比较：1、声参量测试：
NM-4可以测试声时、幅度、（频率）、波形，进口同类超声仪只能测试声时。

2、
波形采集并显示：
波形在混凝土检测中十分重要，混凝土的内部缺陷将导致波形畸变,NM-4可以采集、存储、显示波形，进口同类超声仪无此功能。

NM-4对波形的高速实时动态显示功能是基于主控系统和信号采集系统（A/D）的高速采集和高速传输能力而实现的，在进口同类超声仪上是不可能实现的。

3、
声参量的自动判读：
NM-4与进口同类超声仪虽然都有声参量的自动判读功能，但方法有本质的区别，NM-4的声参量的自动判读方法可以保证声时判读精度，从根本上解决了丢波或误判问题，获中国发明专利。

4、内存容量：
NM-4与进口同类超声仪虽然都是芯片存储，但存储容量差别很大，NM-4存储量为MByte（兆字节）级（4M、16M、72M可选），而进口同类超声仪的存储量仅为KByte（千字节）级（1M=1024K），进口同类超声仪只存储数据，不存波形，而NM-4可以存储波形在3000条以上，存储数据就更多了。

5、软件可扩展能力：
NM-4的用户可以从康科瑞公司的网站上直接下载升级软件后在仪器上升级，进口同类超声仪无软件扩展能力6、后处理功能：
NM-4的高速运算能力支持具有很强的数据处理能力，包括对波形的处理（数字滤波、指数放大、频谱分析等）和对数据的处理（依据规范进行强度、缺陷、裂缝等的计算），进口同类超声仪只能做简单的计算7、打印：
NM-4可以支持打印，进口同类超声仪不直接支持打印8、屏幕显示：
NM-4的屏幕显示是640*480LCD（半反半透式，在强光和弱光下都可清晰显示），清晰、分辨率高，而进口同类超声仪一般是
128*128LCD
漫谈首波波幅
声波的传播速度是介质质点振动传递的速度，反映的是介质内声波的运动学特征。

而声波的波幅反映的是声波的动力学特征，也就是声波能量衰减变化的规律与特征。

在混凝土中声波波幅与混凝土内部结构特征的相关关系是有一定规律的，故波幅成为可用的声参量。

（1）关于发射换能器发射的超声脉冲波在讨论声波的动力学特征之前，必须先了解发射换能器向混凝土中发射的超声脉冲波（可称其为“子波”）。

一般情况下其特点是：从发射的那一刻，波幅从首波开始按指数规律增长，到最大值后再按指数规律衰减到零。

.发射换能器发射的超声脉冲波用某工程实测波形说明接收声信号首波波幅的动力学特征。

（2）密实、匀质混凝土接收超声信号的特征
当混凝土匀质且密实，此时声波传播路径简单，衰减较小，接收波形和发射换能器的发射波形相近，波形的特点大体是脉冲波的波幅按指数规律增长至最大后，再按指数规律衰减。

图2.密实、匀质混凝土的接收超声波形
(3)匀质性差或有缺陷时的接收声信号由于混凝土匀质性差，如漏振捣的部位、二次浇灌面，或存在异物、离析、蜂窝、
空洞等。

声波传播到这些部位，将发生折射、反射再折射、绕射等，于是从不同路径传播到达接收点的声波信号叠加后被接收换能器接收，波形匀质性差、有缺陷混凝土超声波形
(4) 混凝土密实性、匀质性差，声波衰减较快（其中高频成份衰减更快），如换能器的首次波比又较小，会出现首波掉波
现象，如图4。

此时只要适当加大仪器接收放大器的放大倍数，混凝土质量差的部位出现掉波发现掉波后加大放大倍数首波又可出现首波即可出现，当然，当穿透距离较大，仪器的放大倍数不够时，也会出现掉波现象。

这时需要人工对首波进行追踪判断，来读取首波声时。

(5)测距相同，但混凝土存在严重缺陷如严重离析，尽管发、收换能器相距距离相同，（但其传播时间可达635.6µs，比上
述传播时间大一倍多，在这种情况，加大仪器放大倍数后，仍可正确判读出首波声时及波幅，
（6）讨论以上虽仅数例，但可见一般规律，即：
A）.密实、匀质混凝土接收到的声波脉冲信号“波组”简单，与“子波”相近，余振较短；
B）在匀质性差或有缺陷的混凝土部位，接收到的信号与“子波”已大相径庭。

原因是声波在这些部位由于折射、反射又折射、绕射后，不同传播路径的声波，先后到达接收点，形成“波组”的叠加与相互干涉，造成接收声信号“波形畸变”、余振拉长。

在此，值得一提的是：上述的“波组”叠加与相互干涉对首波的影响最小，故以首波波幅作为度量声波的波幅，并用来研究声波的动力学特性，才会少受干扰，也才有价值。

此外，应提及的是，在检测混凝土柱、礅、梁以及灌注桩时，由这些结构物侧面产生的反射“波组”，也往往是造成续至波组余振加长的另一种原因，但其出现的时间较后。

另外，接收声信号余振复杂、加长，还有另一原因即缺陷及非匀质部位产生折射横波，会使接收声信号余振加长，在此不加细论。

C）当测距较大或混凝土质量较差时，有可能出现掉波现象。

应加注意观查首波是否因仪器放大倍数不够而掉波。

在此应提及的是，由于仪器、换能器型号的不同，首波的相位可能是正起跳（向上），也可能是负起跳（向下），须在正常混凝土部位或把发、收换能器置于水桶中加以确认，并在整个测试过程中，对首波进行“相位追踪”，确认后读取首波声时及首波波幅。

D）最后，要强调一下，上述首波波幅及波形随混凝土质量的变化关系，是有一定代表性的，只说明其变化规律，不能把这些波形作为“量板”来使用。

E）具体到首波波幅随传播距离L 的变化规律如下式Lme A A α − =
式中Am：发射的首波波幅；L：传播距离（指声波在介质内的真实传播距离，应包括经折射、绕射等后的传播距离）；
α：声衰减系数；e ：自然对数的底；A：传播L 距离后的接
收点首波波幅。