Page 86 - 无损检测2024年第十二期

陈承申，等：

超声横波三维成像技术在混凝土结构检测中的应用

器，获取大量数据，利用脉冲回波技术与合成孔径聚 获取阵列数据后，通过对接收到的每个脉冲数据
焦技术（SAFT），实现混凝土结构内部缺陷和形态 进行滤波处理，创建二维图形模型，根据收发传感器
的高精度三维成像，解决了超声波反射法中声波易 的相对位置和脉冲信号走时，即可计算反射界面的深
受干扰、传播方向性差等问题。 度（由于脉冲射线路径倾斜，可使用直角三角形边的长
文章通过对地铁隧道管片、钢管混凝土等混凝 度关系公式来计算）。传感器阵列探测原理如图2所
土预制结构开展检测试验，分析影响超声横波三维 示，如果传感器阵列中第n个换能器与缺陷点P之间
成像技术检测结果精度的因素，提高了该技术的工 的距离为d ，与缺陷正上方水平距离为L ，当传感器阵
n
n
程应用水平。 列与缺陷的垂直距离为h时，三者的关系 [1-2] 可写为
1 超声横波三维成像原理

超声横波三维成像技术通过阵列传感器，将信
号采集方式从一、二维拓展至三维，采用“一发多收”
的方式进行检测。检测时，采用干点接触式耦合超声
传感器来发射和接收超声横波信号，并采用控制单元
对其进行控制。在连续模式下，控制一列传感器进行
激发，其他列传感器接收从结构内部界面反射的脉冲 图 2 传感器阵列探测原理

信号，超声横波三维成像仪实物及超声波传播路径如
= d 2 + L h （1）
2
图 1 所示，探头中心频率可在 10~100 kHz之间 n n
选取。测试所用仪器为德国ACSYS公司生产的 式中：n=1，2，…，12。
MIRA-A1040型超声横波三维成像仪，仪器配备低
2 影响因素试验及分析
频宽波段横波传感器矩阵（4行×12列，共48个传感
器），传感器列间距为30 mm，行间距为25 mm。 影响超声横波三维成像技术检测效果的因素包
括结构体横波速度的测定、测试频率的选取 、测试网
[1]
格方向的设置。为了研究上述因素对检测效果的影
响规律，结合地铁隧道管片模块开展不同参数和采集
方式的检测试验，为获取高精度检测数据提供指导。
某地铁隧道混凝土管片试验模块及试验网格如
图3所示，试验网格尺寸设置为1 m×1 m（长×宽），
横纵间隔均为0. 1 m，管片厚度为650 mm。
模块局部配筋图如图4所示，图中红色框为测
区范围。
2.1 横波波速的影响
待测构件的波速值可以通过预先测定或者在每
图 1 超声横波三维成像仪实物及超声波传播路径示意 个测点自动计算来获得，在只有一个工作面的情况

图 3 某地铁隧道混凝土管片试验模块及试验网格
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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测