Page 94 - 无损检测2023年第八期

王申华, 等:

基于微波的输变电线路钢筋混凝土结构腐蚀检测

( 涡流法、 声发射法) 和电化学检测( 半电池法、 交流 法和透射法, 其中, 反射法通过发射探头接收微波反
阻抗法、 电化学噪声法等)。周文举 [ 4 ] 基于脉冲涡流 射信号, 根据入射信号和反射信号的差异来判断腐
研究了不同腐蚀程度钢筋混凝土试件对检测信号的 蚀情况, 而透射法通过入射信号和透射信号的差异
影响, 分析了时域和频域信号特征值随钢筋锈蚀的 来判断腐蚀情况。
变化规律。徐港等 [ 5 ] 运用声发射技术研究了水泥基
材料中钢筋锈蚀过程的声发射信号特征, 结果表明
通过对声发射信号能量分布的统计分析能准确确定
钢筋锈蚀情况。朱雅仙等 [ 6 ] 给出了半电池法检测判
别钢筋混凝土结构钢筋腐蚀的半电池电位范围。
邱富荣等 [ 7 ] 利用交流阻抗模值大小反映钢筋腐蚀程
度, 即模值愈小, 腐蚀量愈大。乔国富等 [ 8 ] 利用电化
学噪声小波能量参数解析点蚀监测信号, 实现了混

凝土中钢筋点蚀的判定。
综合来看, 涡流法检测具有非接触、 对大面积腐 图1 微波腐蚀检测原理示意
蚀检测灵敏度高等特点 [ 9 ] , 但存在缺陷定性和定量 2 微波腐蚀无损检测仿真模型及参数
困难等问题。声发射技术对材料内部缺陷产生和扩
展所释放的瞬态能量较为敏感, 但检测信号易受环 2.1 仿真模型
境噪声及仪器设备的影响 [ 10 ] 。半电池电位法虽是 为分析输变电线路钢筋混凝土结构腐蚀微波无
电化学测量中最简单有效的方法, 但混凝土本身的 损检测的有效性以及微波频率对检测效果的影响,
复杂性及环境温湿度的改变, 都会引起电位测量的 在三维全波电磁仿真软件 CST 中建立如图2所示
波动。交流阻抗法的响应为微弱信号, 存在腐蚀参 的长方 体 钢 筋 混 凝 土 简 化 模 型, 混 凝 土 尺 寸 为

数分析不准确、 信噪比低、 误差大等问题; 电化学噪 350mm×150mm×150mm ( 长×宽×高), 钢筋位

声技术无须对腐蚀系统外加任何扰动, 能真实反映 于正中间位置, 其直径为22mm , 长度为350mm ;
腐蚀系统的本质特征 [ 8 ] , 缺点是检测仪器昂贵, 易受 其中, 图2 ( a ) 为钢筋未腐蚀模型, 图2 ( b ) 为钢筋发
生腐蚀的模型, 为简化计算, 假设钢筋整体均匀腐
外界噪声源的耦合干扰。

针对现有腐蚀检测方法的局限性, 提出了一种 蚀, 腐蚀层厚度为2mm 。

基于微波透射法与反射法的输变电线路钢筋混凝土 波导扫描钢筋混凝土模型侧视图如图 3所示,
结构腐蚀无损检测方法, 建立了钢筋混凝土结构腐 前后两波导固定于试件中间位置( 钢筋所在位置) 且
蚀仿真模型, 对微波检测频率的选择进行了探讨。

结果表明, 根据钢筋腐蚀前后散射参量 S 21 和 S 11
幅值的变化, 可实现钢筋混凝土结构的腐蚀检测。
1 微波腐蚀检测原理

微波是频率为300MHz~300GHz的电磁波,
具备频率高、 波长短、 对非金属材料有较强穿透能力
等特点。微波无损检测的基本原理 [ 11-12 ] 为, 微波透
射被检对象时, 在缺陷位置会出现反射、 散射、 透射
等现象, 缺陷的存在改变了感测区域内的介电特性,
改变了原有微波场, 根据微波场的变化即可实现缺
陷的检测。
微波腐蚀检测原理( 见图 1 ) 为: 微波信号源产
生等幅连续波、 扫频波和脉冲调制波, 发射探头和接
收探头分别用于发射微波信号和接收载有材料内部
图2 钢筋混凝土简化模型
缺陷信息的透射信号。微波无损检测一般分为反射
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2023年 第45卷 第8期
无损检测