Page 116 - 无损检测2024年第七期

马进宝，等：

钢管混凝土内部孔洞缺陷监测试验

图 7 直达波和反射波传播路径示意
到达PZT接收端被记录，前者在时域信号波形图上
表现为最先出现的波包，文章称之为“首波”。直达
图 5 试验监测系统实物 波传播路径清晰，当混凝土内部不含孔洞缺陷时，直
达波的最短传播路径为沿PZT激励端和接收端之间
的直线传播，而当混凝土内部含有孔洞缺陷时，直达
波的传播路径延长，传播受到阻碍，表现为接收信号
首波到达时间的延迟和首波幅值的降低。反射波由
于传播路径复杂，波形相互叠加干扰，其幅值和声
时对内部孔洞缺陷缺乏敏感性。因此，文章选取时
域信号波形图中的首波部分作为幅值和声时分析的
对象。
为了考察不同直径大小的孔洞缺陷对传感器接
收信号的幅值和声时的影响,绘制不同工况下S3传
感器接收的前200 μs的时域信号图 （见图8），该时间
范围内的波形包含了用于分析的首波信号部分。从
图8中提取出的相应状态下的信号首波波峰的幅值
和到达时间如表1所示。
从图8与表1中可以看出， 与无缺陷的情况相比，
接收到的信号峰值在损伤情况下均有所下降，且峰
值衰减幅度随着缺陷尺寸的增大而增大。在应力波
的传播声时方面，传感器接收到的首波到达信号幅
值较低，找到首波到达的准确时间比较困难，各工况
下的首波到达时间无明显区别，但从接收到的信号
图 6 S1-S3 监测组的各缺陷工况波形
波峰到达时间来看，随着缺陷尺寸的增大，信号波峰
一一列出。所设置的两个相互验证的对照监测组可
到达时间逐渐向后推迟，波速随缺陷程度的增加而
以得出相同的应力波信号关于内部孔洞缺陷特征参
变小，表现出一定的规律性。分析得出，利用PZT
数的变化规律，从而避免了单一监测组由于传感器
传感器监测到的信号波峰幅值和声时对于钢管混凝
制作、布置和传播路径方面缺少参照而引起的偶然
土内部孔洞缺陷出现的程度有较好的响应。
和误差。
传感器接收信号的幅值和钢管混凝土内部缺陷
3.1 基于幅值和声时的时域信号分析
尺寸直接相关，文章通过定义基于幅值的缺陷判断
应力波在布置了埋入式PZT的钢管混凝土构件
指标D I ，对这种相关性做更加直观的判断。
中的传播路径示意如图7所示。应力波从PZT激励 a
端发出后，一部分经过混凝土传播后直接到达PZT D = i （1）
a
i I max( , , , )
a
a
⋅⋅⋅
接收端，这部分波称为直达波；另外一部分波经过钢 1 2 6
管壁反射后到达或重新回到PZT接收端，这部分波 式中： i为具有不同孔洞缺陷直径的工况， i=1代表
称为反射波。从传播路径来看，直达波先于反射波 无缺陷状态， i=2代表孔洞直径为20 mm状态， 以此
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2024 年 第 46 卷 第 7 期
无损检测