陣列式超聲與結構雷達“雙子星”組合在結構檢測中的優異表現

更新時間：2022-05-07 點擊次數：1874

混凝土超聲波檢測原理

超聲波通過混凝土傳播后，其聲學參數將變化，通過這些數據的變化可以探測混凝土內部的缺陷、裂縫等情況。

超聲波的檢測痛點

混凝土為非均勻介質，是由水泥、骨料、孔隙等組成的復雜膠凝體，存在大量會使聲波阻抗產生變化的界面?；炷林谐暦瓷湫盘栆资艿礁蓴_，超聲波在傳播過程中會產生雜亂的發射和散射。

結構混凝土內部還有鋼筋、波紋管等結構和埋件，其表面也會產生反射波。這些干擾反射波會與探測缺陷的有效反射波混疊在一起，采用傳統方式（識別反射波形法）較難區別開來。

混凝土中超聲波傳播方向性差，超聲波束存在擴散角，而混凝土中強烈的散射使入射波束進一步發散。波束發散嚴重的情況下，根本無法在三維空間中對缺陷進行準確定位。

檢測影響因素

聲阻抗又稱為聲波阻抗或音阻，它是影響超聲波傳播的重要因素。聲波傳導的本質是“介質偏離平衡態的小擾動"的傳播，聲阻抗是讓介質位移所需克服的阻力，它是介質一種物理特性。每一種介質都有*的聲阻抗，代表介質對聲波傳輸的阻力，它的值為介質中聲音密度和速度的乘積。

Z = ρ * c

z表示聲阻抗，ρ表示介質密度，c表示介質聲速

不同介質的特性阻抗表

超聲波能量反射率公式，Z1，Z2為不同介質的聲阻抗

雷達技術檢測原理

雷達能夠探測物體的原因是目標物與周圍區域的介電常數不同。目標物與周圍區域接觸的面形成了雷達的反射截面，反射截面對雷達波的反射能力稱之為反射率。反射率越大，則該目標物對雷達波越敏感，雷達探測的信號則越強，反之則越弱。

目標物和周圍區域的介電常數差異越大，則該目標物越容易被探測到。假定周圍區域的介電常數K1，目標物體的介電常數為K2，則該物體表面的反射率計算公式為：

超聲波與雷達檢測技術的比較

1. 超聲波成像技術對非金屬、缺陷更敏感。采用更低的頻率，頻率越低，波長越長，因此在測深方面更加優于雷達技術。

2. 結構雷達在混凝土結構中，存在著一定的盲區，遇到金屬幾乎全反射，因此無法穿透金屬進行下方的金屬檢測。同時結構雷達頻率一般較高，頻率越高，波長越短，頻率精度越高，探測越準確。

雷達技術與超聲脈沖回聲技術在不同介質的能量反射率

由于兩種技術的側重點不同，因此在結構檢測當中可以互補，對測量數據進行辨證分析，有效為客戶準確判斷和分析內部結構提供科學有效的依據。

巡鷹智檢混凝土結構檢測解決方案

針對非金屬材質的探測

PD8050陣列式超聲成像儀，能夠快速高效檢測出混凝土內部的空鼓、灌漿、空隙、以及混凝土構件厚度，深度可達到2m。

PD8050采用陣列式超聲脈沖回波技術，由一組多個超聲波傳感器組成的陣列式探頭和一個獨立控制系統組成。

采用合成孔徑聚焦成像技術（SAFT），即傳感器以一定步長沿線性孔徑軌跡移動，在軌跡上的孔徑位置向成像區域（被檢測區域）發射脈沖信號，并接收和儲存檢測信號，然后下一孔徑位置進行相同的發射、接收和儲存，直到掃描完成。接著按照重建點，對相應孔徑檢測信號的回波，做時延調整、信號疊加和平均等處理，實現逐點聚焦，最終重建整個成像區域的信號反射圖像。

該方法最大特點是：有效提高檢測靈敏度、信噪比和分辨率。作為超聲檢測成像的后處理手段，可以從成像結果處理上有效解決干擾雜波噪聲和聲場擴散兩大難題。

針對金屬材質的探測

GP8800手持式3D結構雷達非常適合狹小空間、柱面、曲面等混凝土墻體里的鋼筋檢測，對其進行快速掃描并生成2D剖面、3D重構等豐富功能；可精確評估鋼筋保護層厚度、混凝土內鋼筋分布、直徑等。

GP8800新型SFCW Mini手持雷達采用頻率逐次遞進的窄帶脈沖頻合成超寬帶頻率連續雷達波0.4-6 Ghz，可以在全深度范圍內進行一次性高清晰度成像，同時保證優異的深度分辨率和信噪比。采用單輪驅動（雷達波極化方向可調），激光雙軸定位系統，整機重量僅0.5kg。

應用案例

探測某工程項目混凝土柱子厚度及內部鋼筋分布情況

解決方案

通過PD8050陣列式超聲掃描儀探測柱子內部的鋼筋排布以及柱子的厚度，同時結合GP8800雷達輔助判讀鋼筋的位置、間距與埋深等。本次采用橫向檢測手段，橫波波速實測值為2608m/s，混凝土強度為40Mpa（動泊松比為0.24），計算其縱向分量超聲波速為4459m/s。

項目成果

圖A

圖B

PD8050的檢測結果(圖A,圖B)

1. 經PD8050探測后，我們找出了5根主筋距離表面的距離：①-④ 在 Y軸深度約0.06m，方向大體統一，在X軸水平位移距離分別是0.02m，0.18m， 0.33m， 0.48m， 0.64m(見圖A)。

2. 圖B箭頭所示為右側鋼筋⑤的信號（位于Y軸約0.20m）。此外，通過B圖可知，0.75m處為柱子底部空氣反射，空氣反射率為100%，其它區域由于邊界效應帶來的影響，因此中間部分反射十分明顯，得出柱子厚度為0.75m。

3. 除了清楚地發現鋼筋的數量、位置外，PD8050還探測出③④鋼筋之間存在著混凝土澆灌不密實帶來的缺陷。

GP8800遷移視圖和雷達圖

1. 經GP8800探測可知：5根主筋距離表面的距離在 Y軸深度約6cm，方向大體統一，5根主筋等距排列，在X軸水平位移距離分別是0.02m，0.18m， 0.33m， 0.48m， 0.64m (見上方遷移視圖和雷達圖)，這與PD8050探測結果基本一致。

2. GP8800手持雷達在金屬測試領域，具有快速掃描、準確判斷鋼筋位置與分布等功能，另外在測深方面，柱子厚度約75cm已超出GP8800的有效測試范圍。

通過兩款產品原理與檢測結果的比較，我們發現兩種產品側重點不同。測深方面兩款產品可以做互補，分析方面雷達更加偏向于鋼筋檢測，可以快速地輔助判讀，以避免超聲數據分析存在誤判等問題。另外超聲可通過鋼筋進行透射，對于雷達測二層鋼筋方面能起到一定的互補作用，效率方面雷達要優于超聲，因此雷達可以快速掃查，超聲可輔助其做精細化的復查。

綜上，針對現階段的鋼-混結構式建筑，超聲與雷達的組合可為您提供完整、直觀的結構檢測，是一款更適合您的綜合、簡單、高效的無損檢測方案。