Page 70 - 无损检测2022年第十期

乔俊明:
大坝心墙河床段基座混凝土裂缝的远程红外监测

成重大影响。目前, 如何对混凝土结构的裂纹分布 N ( R m +R p )
R ≈ ( 1 )
及其尺寸进行监测, 是国内外许多研究人员和学者 n
所关心的问题。因此, 有必要采用一种有效的非破 式中: R m 为导电粒子之间的电阻; R p 为导电粒子
坏性测量技术对混凝土建筑物的裂缝性质、 尺寸和 自身电阻; N 为与电流方向平行的导电粒子数目。
范围进行测量。 在导电微粒间距大时, 电流无法透过导电微粒
红外热成像技术是利用红外热像仪监测对象, 的空隙, 存在隧穿电流的情况, 可将隧穿电流 J 表
将红外信号转化为可测的电子信号, 经处理后的电 示为
子信号会呈现为一系列的红外热像图并显示被测对 m φ e 2
J = S V ( 2 )
象的表面温度场, 检测人员可依据温度分布状况判 h
定被测对象有无间断的缺陷。红外热像仪具有测量 式中: 为波长; m 、 e 分别为电子的质量和电荷量;
φ
速度快、 观测面积大等优点。笔者基于红外监测方 h 与V 分别为计算常数与电粒子之间的高度差; S
法的优点, 将 其 应 用 到 混 凝 土 裂 缝 监 测 中 并 进 行 为外加电压。
试验。 由于导电微粒的导电性与聚合物基质之间存在
很大的差异, 因此可以忽略其本身的电阻性 [ 3 ] , 将结
1 基于红外热成像技术的混凝土缺陷区域
构参数之间的关系表示为
监测
N πhS

ex (
R ≈ 2 pγS ) ( 3 )

1.1 监测流程 n aγe
2

混凝土缺陷的红外监测流程图如图 1 所示。 式中: a 为导 电 粒 子 所 占 的 比 例; γ 为 电 子 浓 度; n
为采样序列。
1.3 缺陷等级划分
在自然界中, 任何物体都可以辐射红外线 [ 4 ] , 故
可通过红外热成像监测仪获取红外图像, 再利用测
试目标与背景目标的温差, 获得缺陷的检测结果 [ 5 ] 。
(
将被测表面的辐射强度 L λ T ) 表示为 [ 6 ]
( ( ) ( ) ( 4 )
=
L λ T ) ε λ L λ T 0 + ρ λ L λ T u
为被测对象的表面温度;
式中: T 为基准温度; T 0
分别为被测物体的表面反射
ρ λ
T u 为环境温度; 、 L λ
为表面发射率。
率与吸收率; ε λ
因为该物质的能量是由热辐射和由该物质所受
拉应力形成的附加能所叠加而成的 [ 7 ] , 所以将计算
出的辐射能与所述辐射能相加得到
( 5 )
E =R 1 +E 2
为 1.2 节计算出的参考
式中: E 为该物质能量; R 1
图 1 混凝土缺陷的红外监测流程图 导电参数; E 2 为物体受拉应力后产生的辐射能量
1.2 导电膜电阻拉敏效应 值。
根据电阻的拉敏效应, 裂纹在扩展阶段会引起 为准确地将上述观测量提取出来 [ 8 ] , 需要对温
电阻的产热, 进而引起红外热图的变化, 监测中, 将 度反演, 即
导电膜布铺设到混凝土的试件表面, 接通电源, 使其 T =T 0 +ΔT ( 6 )
发生电热转变, 产生检测时目标位置与周围背景的 式中: T 0 为正常温度; ΔT 为在应变速率变化后产
温度差 [ 1 ] 。 生的附加温度。
为便于后续分析, 将所有导电粒子简化为球体, 同时, 受到大气辐射影响, 辐照会 出 现 部 分 衰
将高分子电阻设定为定值 [ 2 ] , 导电薄膜的电阻 R 是 减, 为此需要进行修正, 以满足温度转换的需求 [ 9 ] ,
通过电极间的导电颗粒和传导路径来确定的, 可表 可将辐射照度 E λ 表示为
(
( )
示为 E λ =A 0 d [ τ aλ ε λ L bλ T 0 + τ aλ 1- ε λ )] ( 7 )
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2022 年 第 44 卷 第 10 期

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