[发明专利]一种基于合成孔径超声成像技术的无损检测方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种用于混凝土结构，特别是对桥梁T梁、厢梁中预应力孔道波纹管压浆质量进行无损检测的装置及方法，属于超声无损检测技术领域。

背景技术

无论是工业及民用建筑，还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材料，混凝土的质量关系到整个工程的质量。传统的混凝土检验方法是在浇筑地点随机抽取试样，对试样进行抗压强度试验，由试验结果来评定混凝土的强度。这种检测不能代表所有情况，且具有破坏性。近几年，无损检测技术作为检测混凝土质量的有效方法，越来越受到关注。

目前常用的混凝土无损检测方法有：

（1）回弹法：以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件强度的一种方法。它简单、经济，但只能测得混凝土表层的质量状况，应用范围受到了极大的限制。

（2）冲击回波法：用激振源在混凝土表面冲击来产生应力波，然后由放置在冲击器附近的接收传感器接收反射回来的压缩波，经过主机分析用于计算混凝土的厚度、探测内部的孔洞、裂缝、剥离等缺陷。由于该法采用单面测试，特别适合于只有一个测试面如路面、护坡、底板、跑道等混凝土的检测。

（3）表面波频谱成像法：一种建立于应力波在层状弹性介质传播理论基础上的检测方法。这里所讨论的波阵面是一个圆柱体，同意波长的瑞利波传播特性反映了梁体内部沿水平方向的变化情况。

（4）探地雷达法：探地雷达利用宽带短脉冲（脉冲宽为数纳秒以至更小）形式的高频电磁波（主频十数兆赫至数百以至千兆赫）通过天线由地面送入地下，经地层或目标体反射后返回地面，然后用另一天线接收。它主要是利用不同介质在电磁属性上的差异会造成雷达反射回波的变化这一原理进行检测，反射脉冲波形明显程度是探地雷达图像地质解释的重要依据。

（5）声发射技术：该技术是利用结构受荷载时所发射AE信号的能量、振幅、波长和频率等，来确定其内部结构、缺陷或潜在缺陷的形成机理。

（6）超声波CT法：即将计算机层析成像（CT）技术用于混凝土超声波检测。该方法首先将待检测混凝土断面剖分为诸多矩形单元，然后从不同方向对每一单元进行多次超声波射线扫描，最后将数据进行计算成像。

混凝土是由水泥石、砂、碎石或卵石等不同的原材料组成，结构比较复杂，内部存在各种不同的界面。弹性波在混凝土中传播时，如遇有结块空腔等内部缺陷或组织，就会被这些结构散射，产生回波信号。这些回波信号带有物体内部结构的特性信息，将其进行处理，可以得到混凝土的内部结构。但是混凝土本身的特性，使得高频波段在其中的衰减较大，同时，波在混凝土中传播的指向性也较差。故而目前的装置、方法检测的准确度及精度还都无法达到工程要求，实测中经常出现误判。

合成孔径模式是向一定范围发射均匀的波束，将反射回来的波经过高性能计算机处理，做成图像。该方法将低成本的小孔径、低功率天线或换能器接收到的较弱的回波信号进行合成，从而得到较清晰的数据图像。其优势在于：1、提高了聚焦区域的横向分辨率；2、能够在聚焦区域产生动态聚焦效果。目前，合成孔径技术已在雷达、声纳方面得到了广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对混凝土质量检测，提出一种较以往更为精确、直观、经济的无损检测装置及方法，从而更好地提取出压浆密实度缺陷等信息，更有效地对桥梁或建筑等混凝土结构进行质量监测和维护。

为了达到上述目的，本发明主要采取的技术方案有：

一种基于合成孔径超声成像技术的无损检测装置，包括：产生大功率脉冲信号的信号激励模块，与所述信号激励模块相连的信号发射接收模块，与所述发射接收模块相连的信号采集模块，基于合成发射孔径成像技术的信号处理模块与显示模块，所述信号处理模块与信号采集模块相连接，所述显示模块与信号处理模块相连接，用于以彩色图片的形式直观地展示整个检测结果。

上述信号激励模块包括以放电原理为核心的高频大功率脉冲信号发生器、以高频功率放大器为核心的功率放大模块；所述大功率脉冲信号发生器采用控制电容充放电产生高压信号，再经过脉冲变压器大幅度增大信号幅值来激发脉冲信号的方案，与所述功率放大模块相连接。

上述信号发射接收模块包括发射换能器、接收换能器阵列、旋转扫描系统；所述旋转扫描系统与发射换能器和接收换能器阵列相连，用于带动所述接收换能器阵列绕发射换能器进行360度旋转。

上述发射换能器为单个与所述信号源相匹配的圆形大功率压电陶瓷发射换能器，用于发射超声信号，与所述信号激励模块相连。