1、超聲波檢測波形分析基樁聲波透射法檢測的波形剖析商討張宏（長沙理工大學）陳彥平（廣州潤索工程檢測技術研究有限企業）摘要 本文從直抵波、繞射波、折射波和反射波單調波形在基樁中流傳規律的剖析，商討波形畸變及頻譜變化與樁身混凝土缺點的有關關系，以為掌握波形畸變及頻譜變化的規律，不只能有效提高基樁聲波透射法檢測判斷水平、并且能對透測盲區的混凝土質量進行初步評論。重點詞：基樁聲波透射法 檢測波形剖析 換能器基樁聲波透射法檢測采納的振源，是一種軸向有限長度、單調主頻的柱面波 ，超聲波在混凝土中的流傳規律聽從彈性波的持性 ，由直抵波、繞射波、折射波和反射波組成。波形剖析的基本物理量有：1,直抵波抵達時（波速）

2、；2,波幅（或衰減）；3.接收信號頻次變化；4,接收波形畸變。我們以為波速只反應透測中線為對象的混凝土性質，而波形和頻譜變化不只反應透測對象的混凝土狀態，并且也反應構件界限面及透測范圍之外混凝土的狀態。但因為過去換能器激振信號的余振周期太長，覆蓋了繞射波、折射波、反射波的時程，使波形迭加后變化復雜，不易解讀。因此基樁聲波透射法檢測判斷，一般采納了聲時和首波波幅兩個參數，廣泛對波形變化的剖析不夠深入。下邊從單調波形在基樁中的流傳規律剖析下手，商討波形畸變及頻譜變化與混凝土缺點的關系。一、直抵波的形態和形式.發射換能器激振性能決定直抵波的形態不一樣的換能器因為采納的構造形式、資料等不一樣，激振機理

3、也有所不一樣，因此有不一樣的發射主頻、發射強度和余振長度，以下四種換能器在清水中透測的接收波形（直抵波）就顯然不一樣:（2）.一種管環狀徑向換能器，主頻60kHz ,首波比較低，余振長度14周期以上，見照片 2（3）, 一種增壓式徑向換能器，主頻36kHz ,余振長度7周期以上，見照片 3超聲波檢測波形分析.RS -YH45 m. IV徑向換能器，主頻 45kHz ,首波比很高，3-5主振周期后快速衰減，見照片 4接收換能器要求應有較寬的頻帶寬度，軸向同性。不然也會影響到接收波形。收、發換能器宜采納同一規格的產品，擁有相同的主頻，可提高檢測敏捷度。.直抵波抵達時及波幅幅度與混凝土質量有關大家都

4、清楚這是樁基透射法檢測判斷的主要依照，觀點清楚，這里不進行議論。.前達波(1)鋼筋短路前達波是直抵波的一種形態，如混凝土中埋設有較大尺寸的鐵件等波速更高的物體，能量較小的前達 波比正常經過混凝土流傳的直抵波提早抵達。(2)樁周及樁底基巖短路前達波也可能是經過樁周及樁底質量優秀的基巖繞射流傳，這類繞射波信號強盛，足于吞沒從樁身混凝土正常透射的直抵波。這類狀況常出此刻嵌巖樁入巖樁段，使實測波速顯然提高。可以為出現繞射到巖層的前達波比直抵波信號更強，表示樁周混凝土保護層質量優秀、或樁底清孔質量優秀。可見只管不可以從直達波的狀態剖析樁芯混凝土質量，但也足于表示樁身混凝土灌輸質量優秀。二、繞射波對波形的

5、影響徑向換能器的發射功率在其軸向有效長度范圍的強度相等、信號最強，往上往下發射的信號強度漸漸降低，即繞射波的強度比直抵波弱。在清水中做透射法檢測能夠獲得證明，如照片5、7所示，無阻攔物時直抵波信號清楚激烈。當在兩換能器中間設置一氣球為阻攔物時，實測繞射波的信號強度顯然減弱。氣球直徑越大，接收信號越弱，但波形基本保持不變，如照片6、8所示。樁身出現空洞、局部缺點，或局部縮徑等狀態時可見如照片8所示這類波形。三、折射波對波形的影響超聲波檢測波形分析徑向換能器發射波為一柱面波，沿條形構件軸向流傳時，除直抵波外，還將有一系列從構件界面折射流傳的折射波，折射波與直抵波迭加后使接信號振幅加大，其頻譜圖體現

6、多峰特點。如在一斷面尺寸為130X 130 mm，聲測管凈距 640 mm的試件上,采納發射有效功率強的RS - YH45徑向換能器，以提高折射波強度實測波形如照片9所示，可見實測波形顯然畸變，前3個波波形迭加后頻次降低。采納 60kHz的換能器進行透射波檢測的波形見照片10所示，實測波形也有迭加現象。樁基聲波透測的尺度正常狀況均大于超聲波的波長，但當超聲波透射經過較小的斷面時，其界限條件發生變化，超聲波傳達過程也會體現濾涉及衰減的效應。當樁芯內部出現缺點界面或縮徑時，均可能形成折射波，固然不會對實測聲時產生影響，但足使接收涉及其頻譜發生變化，認識折射波流傳的特征，為我們鑒別透射檢測范圍之外，

7、即檢測盲區的混凝土質量供給了理論依照，是樁基聲波透射法檢測技術進步的一個方面。四、樁周反射波對波形的影響超聲波在樁身內部傳達按照彈波傳達規律。超聲波在聲測管內部均勻向樁身輻射柱面波，一部分波直接傳達到接收管，被接收換能器接收，稱為直抵波，另一部分輻射至近側樁周，在近側樁周上產生相位相反的反射波，再次透射傳達到接收管，被接收換能器第2次接收；同時第向來達波也輻射至遠側樁周，在遠側樁周上再次產生相位相反的反射波，也透射到接收管，被接收換能器同時接收。近側樁周與遠側樁周產生的反射波同為反相波，但抵達接收換能器的時間與樁周混凝土保護層厚度有關。因為樁周的圓內弧擁有聚焦作用，因此反射波強度比較激烈。如照

8、片5-8所示，反射波與直抵波相位相反，波列相同，反射波與直抵波迭加使后繼波波形復雜。在兩換能器間設一局部缺點，不會影響到反射波的信號，這一現象（如照片5-8所示）有助于我們進行樁身混凝土質量判斷：. 1 3波波形正常、波幅較低，后繼波（反射波為主體）波形正常時，為樁芯存在局部缺點，如空洞等；也可能存在局部縮徑現象；. 1 3波波幅較低，后繼波波形畸變，頻次較低時，為樁芯內部混凝土的界面許多，表示混凝土存在離析現象；超聲波檢測波形分析.接收波波列均被顯然衰減，表示樁芯及保護層混凝土均存在嚴重的質量問題；.正確判讀反射波的抵達時，可判斷樁基混凝土保護層質量。若反射波與直抵波顯然迭加，難于劃分時，表

9、示樁基混凝土保護層較薄，可能縮徑；若反射波與直抵波時差較大，則可能擴孔。可見認識反射波流傳的特征，正確辨別波形，不只有助于提高樁基透射法檢測判斷水平，也有助于判定檢測盲區的混凝土保護層質量，也是樁基聲波透射法檢測技術進步的另一方面。五、換能器在聲測管中地點的影響當聲測管直徑較換能器直徑大得許多時，換能器在聲測管中相同存在透射、折射和反射效應，迭加后對時聲、波形均有顯然影響。在同一試件進行換能器在聲測管中地點改變對波形影響的試驗，結果如照片11- 14所示。口片11為兩換能器處于聲測管中心的標準狀態。照片12為一換能器處于聲測管中心，另一換能器處于聲測管遠側點的狀態，可見聲時增添， 首波波幅顯然

10、降低。照片13為兩換能器同處于兩聲測管遠側點的狀態，可見首波乏失，波形出現類反相波信號，聲時顯然增添。照片14為兩換能器同處于兩聲測管近側點的狀態，首波信號增添，聲時減少，第2波波形顯然畸變。從上實驗結果剖析可見：.換能器在聲測管中流傳，相同存在透射、折射和反射的迭加效應。聲測管直徑顯然大于換能器直徑時，對聲時、波形均有顯然影響。.換能器宜帶有定位器。未采納定位裝置，丈量時應采納有效舉措，保證換能器在聲測管中的地點相對穩固。.樁基檢測出現換能器在聲測管中不居中這類狀況，其波形與樁身存在局部缺點的狀態相像，但也有差異。若采納 1-3波的均勻波幅取代首波波幅進行波幅異樣判斷，有助于提高判斷正確性，

11、除去擾亂因素的影響。六、頻譜變化與樁身缺點的關系超聲波檢測波形分析實測波形的頻譜與樁身混凝土質量存在親密的有關關系，同時也與采納的發射換能器的有效功率、發射主頻及頻帶寬度有關，也與接收換能器的敏捷度和頻帶寬度有關。下邊以采納巖海產的RS-ST01D主機附圖2及廣州潤索產的RS-YH45徑向換能器的工程樁實測結果進行議論均質無缺點混凝土的FFT頻譜圖一般體現單峰持征，主頻明確，偶見一低頻副峰。附圖1、2為均質 混凝土的實測時域波形圖及其頻譜圖剖析以為以下現象對頻譜結果組成影響:.構造界限面及缺點界面產生的折射波、反射波對主頻的影響與樁基反射波法檢測的原理相同，超聲波會在構造的界限面及缺點界面上產

12、生的多次的折射波、反射波。因為儀器采樣長度較短（512或1k）, 一般只檢測到樁周介面的第一次反射波和樁身內部缺點中產生的折射波、反射波信號，但這也足于影響到波形的變化。樁身內部出現缺點界面時，實測聲時可能未見變附圖41化，但頻譜剖析時可見副峰峰值快速上漲，如附圖3、4所示缺點界面復雜狀時，頻譜圖將出現多峰效應。如附圖附圖55、6、7、8所示，高階峰的個數及峰值隨缺點-.f 1 $I*9亦部號曲dm太飛干喇 父射步思喇口附圖&超聲波檢測波形分析的嚴重程度而降低9、10所示。鄴，中工一嘛弧 士八尊/s 3M印加， 瞳三?續捷生 螂電裝TtmKR 重陽蟠M更同疏,+盛理值史忖藤海班 找/駕電裝 H

13、紇*,啊解融觸11霄急制電，工編W1野死或:碌晚若樁身內部出現顯然缺點更時，不只實測聲時增大，并且副峰快速上漲為主峰，如附圖103.介質對高頻信號的濾波效應人們知道不一樣質量的混凝土對超聲脈沖波中的高頻重量的汲取、衰減成效不一樣，或許說缺點對高頻波的衰減比對低頻波的衰減大，使實測信號的高頻成分減少，而低頻成分相對提高。假如換能器發射功率譜為正態散布，則實測主頻隨缺點的嚴重程度而降低。采納RS-YH4 5型換能器，因為有效發射功率強盛，且頻帶較寬，穿透力強，能檢測到樁底沉渣的實質波速，如附圖 11、12所示，發射主頻被沉渣完好汲取，實測3村修Hr11，小 i -liMH:， ffHIHnur rMPms* Ttg1f t萼平前工次”，朝生氣；1 口心主頻14.4 kHz。若采納的換能器頻次高而功率小，則有效透射能力差，是沒法檢測到嚴重缺點的有效信r- _ _P _ _fwr ij !，癡敷幅Mt 翻國12息的、或致使實測聲時延伸，致不可以正確丈量樁身缺點的波速，正確判斷樁身缺點的性質。從上剖析可見，F