冲击回波法原理-韩锋

冲击回波法实验报告
一工程概况
北京铁路某段隧道二次衬砌混凝土厚度采用冲击-回波法实验检测，该隧道结构为一次喷护30cm 厚混凝土和二次模注20cm 厚混凝土复合衬砌形式，两次混凝土之间有一柔性防水层。

用冲击—回波法来检测该隧道二次衬砌混凝土厚度。

二实验依据
(1)混凝土无损检测技术手册
(2)铁路隧道工程质量检验评定标准；
三实验目的和适用范围
冲击-回波法是一种新的无损检测方法，用来测量结构混凝土厚度。

根据频谱图中最高峰值处的频率值来计算被测结构混凝土厚度，特别适合于单面结构，隧道衬砌、大坝等结构的检测。

四实验仪器
冲击回波测试系统一般由冲击器（为可更换系列）、接收器、采样分析系统（主机、可与计算机连接）等组成。

实验采用同济大学自制U- Sonic 型超声检测仪, 该仪器具有数据波形采集、频谱分析功能. 设备有小钢球、宽带换能器、加速度计、信号采集系统( A/ D) 和微机等( 图4) .
冲击回波法采集数据过程
采用的传感器是YD 系列压电式加速度计( 电荷灵敏度: 0. 3 mV/ ( m #s- 2 ) ;频率范围: 0~20 kHz) , 它具有工作频带宽、体积小、质量轻、安装方便等特点, 适合于本实验选用.
五实验前准备
仪器准备：仪器的检查试测，避免仪器损坏，实验进行不畅通或结果不准确。

测点准备：测点选择及表面处理，表面无裂缝，被测点表面用砂轮将周围打磨。

六测试步骤
1 冲击源
冲击源应满足以下要求:
①冲击接触时间必须是瞬态的,
②冲击力有一定的能量能够激振起结构厚度的应力
反射波;③避免干扰振动信号混入, 特别是与反射回波相近的频率成分。

2 信号接收
冲击源冲击混凝土表面产生的振动由压缩波( P
波) 、剪切波( S 波) 和瑞利波(R 波) 组成。

瑞利波沿表面传播; 压缩波、剪切波则向试体内传播, 当遇到试体与其他介质的界面时反射, 并在表面与界面之间形成多次反射。

冲击回波试验接收的主要是压缩波的反射回波信号。

3 信号采集、处理、分析
冲击回波信号经过A/D(模/数) 转换后并被采集、存储下来, A/D 的采样频率根据测试的厚度、精度来确定, 采样频率范围多采用100~500 kHz。

计算机对所采集的信号进行滤波、平滑、快速傅里叶变换( FFT) 等处理后, 将回波信号的频率幅
值谱显示出来。

由于厚度回波在信号中占主要成分, 因此厚度频率幅值峰在频谱图中较为突出。

混凝土厚度即可根据其回波频率f 及应力波速度C 计算得到。

当需要更加精确的数据时, 还可通过频率细化处理提高测量精度。

4 应力波速度测试
通过超声仪测量混凝土的声波速度, 根据应力波速度约为声波速度0.9 倍的关系, 估算结构混凝土应力波速度值;
七、实验数据处理分析
在靠近冲击点出，所接收的反射波。

其传播路径大致是混凝土厚度（T ）的2倍，其周期等于传播路径（2T ）除以波在混凝土中的传播速度速（C ）。

C
T 2=周期 频率是周期的倒数，故频谱图上与厚度相应的频率f 为：
经频谱图分析得出峰值频率f 后，则相应该峰值的厚度为：
C 用超声法测得 用超声平测法测得超声波速为 4200m/s ，其峰值频率为 10.05kHz ，
T
C f 2=f C T 2=cm kHz
s m f C T 9.2005.102/42002=⨯==
故其平均厚度为20.9cm，比较接近设计厚度
八现场常见问题判断及处理
1）表面未处理
一般路面施工都有一道"拉毛"工序，此道工序会使砼路面不平整，同时使得表层产生微裂隙，如果不经过任何处理就用冲击回波法测厚，很难甚至不能得出结果，原因之一是传感器与待测表面耦合不良，很难接收到信号，从而使信号微弱；原因之二是微裂隙的存在使测试条件更复杂，所得信号质量不好，杂波较多，有用信号不突出，所以在检测之前，一定要对表面进行处理，用砂轮将待测点周围磨平，至少将"拉毛"层磨掉。

2）传感器的选择不合适
用于测厚的传感器必须具有较宽的频带范围，以适应不同厚度砼的检测，另外，传感器还必须有适宜的灵敏度，使得有用信号突出，干扰信号减低到最低限度，从而提高信号质量，使测试结果更精确。

为此，我们公司研制开发了一种新型传感器，专用于砼路面厚度的检测。

3）冲击器的选择不合适
对于不同厚度的砼板，其瞬态共振频率是不一样的：对于较厚的砼板，此频率值较低，对于较薄的砼板，此频率值较高，应选
择一种能产生相应频率应力波但又有足够的能量的冲击器，使得砼板能产生瞬态共振，接收信号较强且质量较高。

九安全保证措施
1、严格遵守国家现行有关的安全施工规定
2、操作人员必须持证上岗；
3、野外工作开始前，必须如开由有关人员参加的安全生产
会议，
4、项目负责人及安全员应经常到施工现场检查安全工作，
发现不安全因素应采取措施及时消除。

5、设备、仪器操作人员要保持饱满的精神，严格按照操作
规范安全文明操作。