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超聲波檢測的基本原理范文第1篇

關鍵詞：樁檢測；超聲波投射法；低應變法

引言

在橋梁的運行中，基樁是其整個結構中非常重要的組成部分，基樁的質量是否過關直接關系到整個橋梁的結構安全。目前，各工程單位即監(jiān)理、設計、建設、施工等各方以及各有關部門對橋梁基樁的質量問題給與了高度的關注。同時，橋梁樁基的施工環(huán)境復雜，各工序也有其高度的隱蔽性，因此在施工過程極易出現(xiàn)影響基樁質量的缺陷，因此總體來說，相比于上部建筑結構來說，樁基礎工程的質量檢測、施工等將更為復雜，其對質量產(chǎn)生威脅的隱患也將更多。

質量檢測的主要指標便是樁身完整性檢測，目前主要采用低應變反射波法和超聲波透射法來進行基樁樁身的完整性檢測。

1 超聲波投射法與低應變法的基本概念

1.1 超聲波投射法

在混凝土灌注樁中預埋聲測管，在聲測管之間對超聲波信號進行接收并發(fā)射，對樁身完整性的檢測就是通過實測的聲學參數(shù)即超聲波在混凝土介質中傳播的波幅衰減、頻率、PSD、聲時等。該方法適用于檢測直徑不小于800mm的混凝土灌注樁。

超聲波及工程檢測頻率范圍如表1所示。

表1 聲波及工程檢測頻率

1.2 低應變法

低應變法的原理是在樁頂激振即采用低能量穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)的激振的方式，對樁頂速度時程曲線做出實測值，對該實測值使用一維波動理論進行頻域分析或時域分析，來進行樁身完整性的判定。該方法主要是對樁身的缺陷位置以及影響程度進行判定，進而對樁端欠固狀況進行判定，因此比較適用于剛性材料樁如預制樁或混凝土灌注樁等。該方法的關鍵問題是樁底有明顯的反射信號。

2 超聲波投射法與低應變法的基本理論

2.1 超聲波投射法的基本理論

超聲波投射法的基本原理是，在混凝土澆筑前預埋聲測管，在樁的兩側分別接收和發(fā)射超聲波信號，超聲波信號在電能被發(fā)射探頭轉變?yōu)闄C械能的情況下穿透混凝土樁，被接收到的超聲波再將探頭轉變成電信號。根據(jù)超聲波在混凝土中的傳播時間在測得混凝土厚度的情況下盡可以算出在整個混凝土結構中超聲波的傳播速度，進而通過算得的聲速來對混凝土的質量進行評判。顯然，在檢測的過程中，聲速越大的越充分說明混凝土的質量越好，越密實，相反，對于松散的混凝土，或者是有離析、裂縫、孔洞等缺陷的混凝土，其聲速也就會越低。因此，此方法可以科學的檢測混凝土樁身的完整性和質量。不難看出，彈性波的波速與介質特性之間的關系既是超聲波投射法對樁基質量進行檢測的理論基礎。對介質特性的變化可以從實測的波幅、聲速等參數(shù)中推斷出來。

聲波在混凝土介質中的傳播有如下特點：（1）指向性差，其原因主要有：a.低頻聲波擴散角大，波長長；b.混凝土內部結構復雜，具有大量的異質界面，會造成多個反射波和折射波，其各個波之間相互疊加和干涉，容易造成嚴重的漫射聲能。（2）快速衰減。骨料在混凝土中的分布比較散漫，散射功率與聲波頻率的平方成正比，采用低頻聲波來檢測可以增大聲波在混凝土中的傳播距離。（3）聲波的構成比較復雜。在混凝土中的任何一點聲場所及的范圍內，都存在著一次聲波及二次聲波。一次聲波與二次聲波便是換能器所接收的信號。（4）傳播路徑復雜。聲波的傳播路徑因為截面的折射和反射而曲折。當混凝土的內部結構中存在有較大的缺陷時，聲波就不沿直線傳播而是沿最短時間的路徑傳播。

2.2 低應變法的基本理論

低應變法的基本原理就是在樁頂進行激振，同時在樁頂接收速度相應信號，對樁頂?shù)募铀俣然蛘呤撬俣软憫獣r程曲線測出其實測值，對樁身的完整性分析即利用假設條件下的一維波動理論。在樁頂使用敲擊的方法給與適當?shù)哪芰浚瞧涑休d能力應該遠大于其動荷載，使阻止貫入度的產(chǎn)生，即在只有彈性變形的情況下使樁土之間不產(chǎn)生相對位移。低應變法就是通過分析激勵波沿樁身反射和傳播的波形來檢測樁身的安全。但是由于其結果不準確，誤差較大且理論依據(jù)不足，不可以用來確定極限承載力。低應變法的儀器設備便于攜帶、檢測快、成本低、監(jiān)測面積大而且物理數(shù)學假設完善、理論模型成熟，因此應用廣泛，發(fā)展迅速。

3 超聲波投射法與低應變法的特征分析

在樁基的質量完整性檢測中，超聲波投射法與低應變法的主要特征以及對比如表2所示。

表2 超聲波投射法與低應變法的主要特征分析

在大多數(shù)的情況下，超聲波法只有一小部分是檢測的盲區(qū)，一般會得出比較準確可靠結果，出現(xiàn)漏判的情況是少之又少；低應變法的測量結果是對樁身樁基的阻抗的變化情況，它是大體的反應了對于樁身上有缺陷部位的定性，但對于是缺陷的位置或者是怎樣的缺陷均不能夠做出精確的判斷。

4 超聲波投射法與低應變法的對比結果的分析

在適用范圍上，相比于超聲波法，低應變法更有優(yōu)勢。但由于其在檢測的過程中存在一定的判斷誤差而且檢測的精確度較低，對所涉及到的儀器設備也比較復雜且繁多，所以在目前樁的檢測中相對于超聲波投射法其應用范圍還相對較低。但在一些特鐵路的群樁中，施工進程中并未埋設聲測管，所以低應變法便成為其常用的檢測樁質量的方法。

此外，對于超聲波法來說，它是科學化與信息化相結合的產(chǎn)物，不僅能夠有效地提高我國各應用結構中樁的質量檢測的效率的目的，同時也能夠很好的體現(xiàn)出我國當前的科技水平。同時，該方法還具有新的檢測方法，其具有強大的抗干擾能力，無疑該方法便可成為我國樁基檢測中的有利方法。

5 結束語

總的來說，不論是超聲波投射法還是低應變法都有其在工程運用中的優(yōu)越性，并且對于我國的建筑行業(yè)的發(fā)展和施工進展都是不可或缺的。因此，對于我國相關行業(yè)的技術人員來說，其應該對超聲波投射法與低應變法的技術優(yōu)越性、技術原理、應用實例、應用特點等有清晰、全面的了解，以便能夠高效的運用到樁基的質量安全檢測中。不僅使超聲波投射法與低應變法這兩種檢測方法得到發(fā)展，同時樁基的相關技術都能得到積極、健康、穩(wěn)步的發(fā)展。

參考文獻

超聲波檢測的基本原理范文第2篇

關鍵詞：vb；動畫仿真系統(tǒng)；高職；超聲檢測

目前，高職課堂教學面臨著課程學時減少、難度增大、學生文化基礎薄弱、缺乏學習興趣等困難。如何提高課堂教學質量，創(chuàng)新教學方法，是值得深入研究的重要課題。

超聲檢測是無損檢測方向一門十分重要的課程，需要學生在理論基礎與操作能力上有透徹的理解和嫻熟的應用。由于超聲檢測的部分理論知識枯燥艱深，課堂教學難以讓學生建立感性認識，不容易激發(fā)學生的學習興趣。若建立實驗室平臺則耗時、耗材。如果對這些重要知識點借助計算機進行仿真教學，不僅方便經(jīng)濟，還可以通過修改參數(shù)、變換模型，讓學生隨時觀察到系統(tǒng)模型各變量變化的全過程。這樣就使學生的學習過程由感性到理性，學生將更深刻地理解超聲檢測技術?？梢源藶榛A，調動學生進行模擬仿真學習的積極性與參與性，逐步實施基于工作過程的自主學習型高技能人才培養(yǎng)模式。

目前，可以實現(xiàn)仿真的軟件很多，基于vb來編寫教學仿真系統(tǒng)相對而言直觀、靈活。下面筆者將以a型脈沖反射式超聲波探傷、超聲波傾斜入射到異質界面的反射和折射以及超聲縱波聲場三個知識點為例，介紹vb在超聲檢測教學中的仿真應用。

a型脈沖反射式超聲波探傷

（一）基本原理

在一定重復頻率的同步脈沖信號觸發(fā)下，發(fā)射電路以相同的重復頻率產(chǎn)生高頻高壓脈沖信號，該信號激勵換能器以相同的重復頻率發(fā)射同頻率的超聲波。WWW.133229.cOM這種超聲波傳導于工件中，遇到不連續(xù)性（包括工件底面）后產(chǎn)生反射，該反射回波被換能器接收并轉換為電信號，經(jīng)接收、放大后傳至顯示器的垂直偏轉板產(chǎn)生垂直偏轉。與此同時，在同步信號的觸發(fā)下，時基電路以相同的重復頻率產(chǎn)生時基信號，給顯示器的水平偏轉板產(chǎn)生時基掃描線。這樣，接收信號的波形便顯示于示波屏，根據(jù)示波屏上顯示信號的位置、高度和特征，可判斷不連續(xù)性的位置、大小和性質。

（二）仿真系統(tǒng)

探傷平臺仿真系統(tǒng)涉及信號發(fā)送、超聲波工件探傷和接收信號顯示三大部分，如圖1所示。信號發(fā)送部分包括同步信號、時基電路和發(fā)射信號三個演示框。探傷平臺部分用藍色實體方框表示被測工件，紅色實體方框表示換能器（探頭），黃色實體方框表示工件內部缺陷，探頭接收到激勵信號產(chǎn)生超聲波，傳播到工件內部進行探傷，同時探頭經(jīng)接收電路將微弱的反射信號進行放大處理在顯示器部分演示出來，讓缺陷回波信號位置隨缺陷埋深的變化而變化。演示平臺上還設置了頻率、幅值等調節(jié)參數(shù)，通過這些參數(shù)的變化，學生可以更深刻地理解超聲檢測原理。

程序關鍵部分是超聲波激勵信號的模擬演示。筆者引用的激勵信號為加窗正弦波信號，表達形式為vin（t）=a[h階梯函數(shù)。

部分程序如下：

for i = 0.5 to 8 * pi step pi / 6000

f1（j） = heavi（i * （10 ^ （-6））） - heavi（i * （10 ^ （-6）） - n / （fc * 1000））

f2（j） = 1 - cos（2 * pi * fc * i * （10 ^ （-3）） / n）

f3（j） = sin（2 * pi * fc * i * （10 ^ （-3）））

picture2.drawwidth = 1

picture2.pset （（i * 30 + m * 4 * pi * 80） / frq， amp * 5 * f2（j） * f3（j） * f1（j） * 30 + picture2.height / 2）， vbyellow

j = j + 1

next

… …

（三）教學應用

a型脈沖反射式超聲波探傷基本工作原理是較難理解的一個知識點。學生很難把同步信號、時基信號、發(fā)射信號等概念以及它們之間的聯(lián)系掌握清楚。為此，教學可安排在實訓室進行，一方面，學生自行演示并操作仿真軟件方便理解超聲檢測設備內部的電路運行情況，另一方面，讓學生選擇檢測系統(tǒng)搭建試驗平臺，同時在超聲探傷儀屏幕上觀察檢測結果。這樣，讓學生將軟硬件結合，動手操作和學習結合，能極好地調動學生的學習興趣，使學生深入理解超聲探傷基本工作原理，為后續(xù)實訓操作奠定了基礎。

超聲波傾斜入射到異質界面的反射和折射

（一）基本原理

當超聲波在某一介質中以入射角傾斜入射到異質界面時，將會在界面處發(fā)生反射、折射和波型轉換，即產(chǎn)生反射縱波和反射橫波以及折射縱波和折射橫波。入射角與反射角之間以及入射角與折射角之間符合施耐爾定律。通過該定律還可以延伸出臨界角的概念。

（二）仿真系統(tǒng)

如圖2所示，演示平臺中包括參數(shù)設置和聲波傳播演示兩部分。參數(shù)設置涉及兩種異質材料和入射角的選擇，確定好異質材料，右側的信息欄中將顯示出兩種介質的縱波速度與橫波速度，有助于學生對材料信息的了解。一旦調節(jié)入射角，用直線條表示的超聲波隨即在平臺部分顯示出來，借助不同顏色區(qū)分入射、反射和折射的縱波與橫波，線條的粗細用來表示信號能量的強弱。隨著入射角的改變，反射波與折射波角度亦隨之發(fā)生變化，當條件滿足，可以清晰掌握折射角達到90°時波形軌跡的變化，這會使學生對第一臨界角和第二臨界角的理解更加深入。程序編制過程需要注意的是當入射角達到第一臨界角時，在介質2中只有橫波而無縱波，此時反射縱波能量加強，當入射角達到第二臨界角時，在介質2中既沒有橫波也沒有縱波，反射橫波沿界面?zhèn)鞑ァ?/p>

（三）教學應用

這部分是超聲檢測的重要知識點。在傳統(tǒng)教學中，學生由于不熟悉超聲波傳播特性，只能死記公式，無法靈活運用，對臨界角的概念理解不清。在教學中，可將仿真軟件與練習題相結合，教師先介紹仿真軟件的使用，隨即讓學生進行仿真操作，模擬各種光疏到光密物質、光密到光疏物質的超聲波傳播情況，觀察第一、第二臨界角的產(chǎn)生條件與時機，同時結合仿真動畫理解斯奈爾公式每個參數(shù)的含義，再結合練習題進行公式運用，之后將公式計算結果在仿真軟件中進行驗證，保證了學生全面掌握超聲波傳播原理與斯奈爾定律。

超聲縱波聲場

（一）基本原理

超聲換能器向介質中輻射超聲波的區(qū)域稱為聲場，通常用聲壓分布與聲場的指向性來描繪。該聲壓在極大值和極小值間起伏變化，最后一個極大值點處與聲源的距離稱為近場長度，用n表示，n=d2/4λ。聲場能量主要分布在以聲軸線為中心的一定角度內，這種聲束集中向一個方向輻射的性質稱為聲場的指向性，用指向角或半擴散角?茲表示，?茲=sin-11.22λ/d。近場長度和半擴散角是描述聲場的兩個關鍵要素，而它們的值主要取決于檢測頻率和探頭晶片尺寸。

（二）仿真系統(tǒng)

如圖3所示，演示平臺包括參數(shù)設置和聲場演示兩部分。晶片尺寸和檢測頻率通過滾動條調節(jié)大小，從而表現(xiàn)出對聲場的影響。演示部分分別用不同顏色表示被檢工件、探頭、聲場，其中近場區(qū)聲場不擴散，而進入遠場區(qū)聲束開始擴散。當分別改變晶片尺寸和檢測頻率大小時，可以清晰看到聲場中近場長度與擴散情況的變化。由于晶片尺寸和檢測頻率同時決定聲場，因此在程序中需要用到大量條件嵌套語句。

部分程序如下：

private sub hscroll1_change（）

f = hscroll1.value

'f為晶片尺寸滾動條數(shù)值

select case d

'd為檢測頻率滾動條數(shù)值

case 1

select case f

case 1

… …

case 2

… …

end select

end sub

（三）教學應用

晶片尺寸與檢測頻率對聲場與擴散角的影響以及近場的概念是學生必須掌握的重要知識點。知識點的掌握主要還是對公式的理解與記憶。學生通過設置仿真參數(shù)，模擬各種聲場擴散情況，將仿真動畫結果與公式實例分析互相驗證，不僅能對各參數(shù)的含義有更深入的理解，同時將公式運用到實例能真正實現(xiàn)對聲場全面的理解。

本文介紹的基于vb實現(xiàn)的教學仿真已經(jīng)很好地應用于超聲檢測課程教學，促進了課堂互動，極大地改善了教學效果，強化了學生對知識理解，得到了一致好評，值得教學一線的教師嘗試和持續(xù)改進。目前，該超聲檢測課程已成功申報檢測技術及應用專業(yè)自主學習型高級能人才培養(yǎng)模式實踐研究教育教學研究項目，并已獲批深圳職業(yè)技術學院校級精品課程。

參考文獻：

[1]李立宗.vb程序設計教程[m].天津：南開大學出版社，2009.

[2]李淑華.vb程序設計及應用[m].北京：高等教育出版社，2004.

[3]x lin，f g yuan.diagnostic lamb waves in an integrated piezoelectric sensor/actuator plate: analytical and experimental studies[j].smart mater.struct，2011，（10）:907-913.

[4]史亦韋.超聲檢測[m].北京“機械工業(yè)出版社，2005.

超聲波檢測的基本原理范文第3篇

Abstract: The sound wave transmission method is recognized as one of the most reliable methods in the detection of the large-diameter concrete piles. This method can accurately determine various types of defects in the concrete piles. This paper describes the fundamental principle of the sound wave transmission method and various problems that need attention in the detection process. This paper also brings forward several characteristics of acoustic parameters when the piles were detected with defects based on the in situ test.

關鍵詞：聲波透射法；完整性檢測；混凝土灌注樁

Key words: sound wave transmission method；integrity testing；concrete piles

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）28-0109-02

0引言

大直徑混凝土樁的施工過程中，容易產(chǎn)生離析、局部夾層、斷樁、縮頸等樁身缺陷。尤其水下灌注混凝土的技術復雜，作業(yè)要求緊密連貫，成樁過程具有隱蔽性，成樁后較難檢查。如不通過檢測，將會削弱基樁的力學性能和耐久性，給工程質量留下隱患。目前，基樁完整性的檢測手段，主要有鉆芯法、低應變法、高應變法和聲波透射法等。但是對于長樁、大直徑樁或深部缺陷樁的檢測具有一定的局限性。如低應變法因激振能量小，對深部缺陷及樁底反射不靈敏；樁身存在多處缺陷時，由于多個反射波相互干擾，形成復雜波列，故對樁身缺陷的類型、程度及位置都難以做出準確的判斷。鉆芯法鉆孔有限，只能反映樁身局部缺陷，對于小缺陷有時難以發(fā)現(xiàn)，且費時費力，對樁身結構存在損害，不利于普查。大直徑混凝土灌注樁的檢測宜采用聲波透射法。與其他幾種方法比較，聲波透射法有其鮮明的特點：檢測全面、細致，聲波檢測的范圍可覆蓋全樁長的各個橫截面，信息量豐富，結果準確可靠，且現(xiàn)場操作簡便，不受樁長、長徑比的限制[1]。

1聲波透射法的基本原理及檢測技術

1.1 聲波透射法檢測混凝土灌注樁的基本原理在被測樁內預埋若干根豎向相互平行的聲測管作為換能器的通道，管內注滿清水作為耦合劑，將超聲波脈沖發(fā)射換能器與接收換能器置于聲測管中。每兩根聲測管為一組，通過水的耦合，超聲脈沖信號從一根聲測管的換能器發(fā)射出去，穿過待測的樁體混凝土，并經(jīng)另一根聲測管的接收換能器被儀器接收，判讀出超聲波穿過混凝土的聲時、聲速、接收波首波的波幅以及接收波主頻變化等參數(shù)?；炷潦怯啥喾N材料組成的非勻質多孔結構，當混凝土內存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到透射波能量明顯降低；當混凝土內存在松散、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，將產(chǎn)生波的散射和繞射；根據(jù)波的初至到達時間和波的能量衰減特性、頻率編號及波形畸變程度等特征，可以獲得測區(qū)范圍內混凝土的密實度參數(shù)。

1.2 檢測方法及檢測過程中應注意的問題 聲波透射法測樁常用的檢測方法有跨孔透射法和單孔折射法。我公司使用的儀器是武漢巖海公司的RS-STO1D（P）型非金屬超聲波檢測儀，采用跨孔透射法進行樁身完整性檢測。

聲波透射法在檢測大直徑灌注基樁中，應對各個環(huán)節(jié)嚴加注意，稍有疏忽，都會對檢測的結果造成嚴重影響，甚至形成錯判。因此，在檢測應嚴格按照規(guī)定程序進行。

1.2.1 檢測前應對聲測管進行試探性檢查 聲波檢測管通常埋設在樁基中，稍不注意都會在聲測管中夾有異物，這將影響檢測探頭放到樁底，而且很容易導致探頭夾在管中，無法提起來，造成不必要的損失。因此，要求聲測管埋設完成后必須加蓋以防異物落下。檢測前取下蓋子，灌滿清水，用測試繩通到管底，檢查聲測管是否暢通。

1.2.2 聲測管的耦合劑必須采用清水 規(guī)范中明確規(guī)定聲波透射法檢測中的耦合劑為清水[2]，但在一些工程實例中由于附近清水取用比較困難，在聲測管中灌入泥水或污水，靜置一段時間以后，泥水發(fā)生沉淀使探頭無法下到管底，污水則會影響超聲波的傳送與接收[3]。遇見這種情況我們采用的方法是：使用硬質PVC管插入聲測管底部，將管底部的污水通過高壓水泵的壓力沖出，直到有清水翻出。

1.2.3 檢測時提升探頭要同步 聲波透射法檢測大直徑混凝土灌注樁中，常采用水平同步法，測點間距不宜大于250mm。發(fā)射與接收換能器應以相同標高同步升降，其累計相對高差不應大于20mm，并隨時校正。為了使兩個換能器同步升降，在檢測中需要有經(jīng)驗的工人進行配合，發(fā)射與接收換能器的相對高差超過規(guī)定值后，主機將無法接收到信號。

2 工程實例分析

我公司使用的儀器是武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-STO1D（P）非金屬超聲波檢測儀。檢測過程中，當有2根以上聲測管時，將聲測管按順時針旋轉方向進行編號和分組，防止記錄有錯，并依次放入一對換能器。根據(jù)聲測管間距調整合適的延時時間，使得采集到的首波在儀器屏幕合適的位置。采用一發(fā)一收平測，測點間距為250mm，從樁底至樁頂逐點檢測出聲時、聲速、波幅以及主頻等聲學參數(shù)，根據(jù)聲學參數(shù)來判定樁的質量。

2.1 完整樁 某市政橋梁工程4號墩的5號樁，樁徑為1200mm，樁長10m。該樁3個剖面的聲時-深度、波幅-深度、聲速-深度曲線近似一條直線，各檢測剖面的聲學參數(shù)均無異常，無聲速低于低限值異常，分析結果4-5#樁為Ⅰ類樁。其中圖1為BC剖面的波形曲線。

2.2 缺陷樁

2.2.1 樁身局部夾層 某高速公路橋梁工程0號墩2號樁，樁長9.0m，樁徑為1200mm。在檢測過程中發(fā)現(xiàn)，BC剖面在均樁頂7.14～7.64m范圍內聲學參數(shù)出現(xiàn)異常。經(jīng)對其加密檢測，在同一位置處聲速降低，波幅出現(xiàn)陡降。經(jīng)鉆孔取芯以及灌注技術人員證實，BC剖面在7.14～7.64m范圍內存在泥水混合物。其中圖2為BC剖面的波形曲線。

2.2.2 樁底離析 樁底沉渣聲波曲線特征見圖3。圖3為某市高速公路大橋擴建基樁3號墩3號樁的AB剖面超聲波檢測波形曲線。該樁檢測長度8.8m。在8.1～8.8m范圍內聲速曲線陡降，超過了波速臨界值，波幅曲線衰減較快，可推斷出樁底部松散離析。經(jīng)施工單位證實清孔不干凈，沉渣較厚，引起混凝土松散離析現(xiàn)象。

2.2.3 斷樁 斷樁是樁基缺陷最嚴重的情況。其斷樁部位的聲時陡增，聲速陡降，波幅嚴重衰減，甚至衰減100%，即無波形或者接收換能器無接收信號出現(xiàn)。圖4為某高速公路基樁1號墩2號樁的聲波透射法檢測圖，該樁檢測長度為25.3m，AB、BC、AC剖面在16.16～19.76m范圍內聲速陡降，波幅衰減100%，接收換能器無接收信號出現(xiàn)，可判斷為斷樁。經(jīng)施工技術人員證實當天灌注混凝土時等待時間過長使混凝土離析，又沒有進行二次攪拌，灌注時大量骨料卡在導管內，不得不提出導管進行清理，引起斷樁。

3 結語

3.1 采用聲波透射法進行大直徑混凝土灌注樁樁身完整性的檢測，可對樁身全長范圍內的混凝土缺陷、均勻性進行檢測，且不受樁徑樁長的限制，對現(xiàn)場條件要求不高，相對其他方法具有獨特優(yōu)勢。

3.2 聲波透射法檢測樁基質量時，有時會受到客觀因素的影響，導致輕判、誤判、錯判，要求施工技術人員和檢測人員在聲測管埋設和聲測管檢測時要嚴密注意各個環(huán)節(jié)，以免造成不必要的損失。

3.3 聲波透射法檢測中若發(fā)現(xiàn)異常情況，可根據(jù)各種實測曲線的變化規(guī)律，結合工程地質資料、施工情況，并采用加密測點或斜測的方法，綜合判斷缺陷性質和成都，使檢測結果更接近實際，避免誤判。

參考文獻：

[1]陳凡，徐天平，陳久照等.基樁質量檢測技術[M].北京：建筑工業(yè)出版社，2003。

超聲波檢測的基本原理范文第4篇

關鍵詞：脫氣器 最佳液面 自動控制

一、前言

氣測錄井是綜合錄井的重要方面，它主要是通過測定鉆井液中烴類氣體的成分和含量，來了解地層含油氣情況的一種直接測井方法。當鉆開油氣層時，油氣層中的烴類氣體和液體，由于滲透和擴散作用進入井內鉆井液，隨著鉆井液的循環(huán)被帶到地面鉆井液緩沖罐，在緩沖罐安裝脫氣器，用脫氣器將鉆井液中的氣體脫出，再由真空泵將氣體送入儀器進行分析測定。

脫氣器的安裝條件和脫氣效率是影響氣測資料準確性的重要方面。常用的電動式脫氣器有一個最佳的鉆井液液面位置，處于這個位置上，脫氣器可以獲得相對穩(wěn)定的性能。

二、設計的整體思路

系統(tǒng)結構如圖1所示。液面檢測模塊利用超聲波反射原理檢測液面的變化，執(zhí)行模塊主體采用小型的電動機，通過單片機控制其正反轉，并通過合適的機械傳動裝置來達到提升、降低脫氣器的目的。單片機電路是整個設計的控制核心，它既控制著超聲波液面檢測模塊和執(zhí)行模塊的電機正反轉，又作為系統(tǒng)的比較元件，同時又可以輸出液面數(shù)據(jù)和發(fā)出報警信號。

圖1系統(tǒng)結構示意圖

三、系統(tǒng)的硬件電路設計

系統(tǒng)的硬件電路采用模塊化設計，包括液面檢測模塊、執(zhí)行模塊及單片機控制電路等三部分。

1.液面檢測模塊的設計

超聲波發(fā)射模塊設計。超聲波發(fā)射電路如圖2所示。超聲波由時基電路NE555產(chǎn)生，其頻率的計算公式為：

f=1.44/[（R1+2*R2）*C]

此頻率應該調整到與超聲波發(fā)射探頭的固有頻率一致，這樣才能產(chǎn)生最強的超聲波信號輸出，并且使R1與R2阻值之比不大于1：10，以使輸出的波形更接近方波。NE555的復位端由單片機的“發(fā)射超聲波控制脈沖” 控制。

用MSP430F149單片機的P1.0端控制NE555的復位端，使NE555發(fā)射出超聲波，發(fā)射完一串就向計數(shù)器送出一個脈沖，觸發(fā)啟動計數(shù)；然后P1.0端輸出高電平信號使NE555復位，停止發(fā)射超聲波，再進行反射接收、運算處理。整個過程就是NE555發(fā)射出一串串斷續(xù)的超聲波信號，然后接收由單片機處理的無限循環(huán)。

圖2 超聲波發(fā)射電路

超聲波接收電路設計。接收探頭接收到反射的超聲波信號后，感應出交流電信號，經(jīng)過集成運放LM324構成的兩級交流信號放大器放大，再由二極管整流、濾波處理形成直流電壓信號，其電路原理如圖3所示。

圖3 超聲波接收電路

3.2 執(zhí)行模塊的設計

執(zhí)行模塊的電路如圖4所示，主電路為三相異步電動機的正反轉接線，在其控制電路中，用光電耦合器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的按鈕。

圖4 執(zhí)行模塊的電機正反轉電路

當檢測到液面過高時，單片機P1.4端輸出高電平，經(jīng)光耦器件使KM1線圈通電，KM1主觸頭和自鎖觸頭閉合，電動機正轉，脫氣器上升，這樣液面相對下降。直到檢測到液面處于合適的位置，單片機P1.4端輸出低電平，KM1斷電觸頭打開，電動機停止轉動，脫氣器停止上升。

當檢測到液面過低時，單片機P1.5端輸出高電平，經(jīng)光耦器件使KM2線圈通電，KM2主觸頭和自鎖觸頭閉合，由于電源相序反接電動機反轉，脫氣器下降，這樣液面相對上升。直到檢測到液面處于合適的位置，單片機P1.5端輸出低電平，KM2斷電觸頭打開，電動機停止轉動，脫氣器停止下降。

四、系統(tǒng)的軟件設計

在液面檢測模塊，單片機向超聲波發(fā)射電路發(fā)射脈沖信號，使其輸出一定時間的超聲波，同時啟動計數(shù)器。當接收到反射波時，停止計數(shù)，計算時間及液面高度，并且將數(shù)據(jù)發(fā)往上位機、判斷是否報警。然后轉入執(zhí)行模塊的控制，此自動控制系統(tǒng)的比較元件，實際上是程序中的比較計算。程序根據(jù)設定的情況控制脫氣器的相應的動作，使其處于最佳的位置。

五、結論

本文利用自動控制的基本原理設計了一種脫氣器最佳液面的智能控制裝置，設計了該裝置的檢測反饋模塊、執(zhí)行模塊等主要硬件電路，并畫出了系統(tǒng)的軟件流程圖，分析了系統(tǒng)的可行性。

參考文獻：

[1] 杜鵑.測量儀表與自動化.東營：中國石油大學出版社，2002：50～55.

[2] 姚若河，張朝基.超聲波反射式液位計.廣西物理，2000，24（4）：24～28.

超聲波檢測的基本原理范文第5篇

關鍵詞： 超聲波傳感器 原理 應用

1.引言

隨著自動化等新技術的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，一切現(xiàn)代化儀器、設備都離不開傳感器。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動化生產(chǎn)過程中，用各種傳感器來監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，如溫度、壓力、流量，等等，以便使設備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達到最好的質量。

20世紀中葉，人們發(fā)現(xiàn)某些介質的晶體（如石英晶體、酒石酸鉀鈉晶體、PZT晶體等）在高電壓窄脈沖作用下，能產(chǎn)生較大功率的超聲波。它與可聞聲波不同，可以被聚焦，能用于集成電路的焊接、顯像管內部的清洗；在檢測方面，利用超聲波有類似于光波的折射、反射的特性，制作超聲波納探測器，可以用于探測海底沉船、敵方潛艇，等等。

現(xiàn)在超聲波已經(jīng)滲透到我們生活中的許多領域，例如B超、遙控、防盜、無損探傷，等等。

2.超聲波的概念

人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的，它的頻率在20Hz―20kHz范圍內，稱為可聞聲波。低于20Hz的機械振動人耳不可聞，稱為次聲波；高于20kHz的機械振動稱為超聲波，常用的超聲波頻率為幾十kHz至幾十MHz。

超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）和縱向振蕩（縱波）。工業(yè)中的應用常采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，但傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波頻率較低，一般為幾十kHz，但衰減較快；在固體、液體中傳播頻率較高，但衰減較小，傳播較遠。

3.超聲波的特點

超聲波的指向性好，不易發(fā)散，能量集中，因此穿透本領大，在穿透幾米厚的鋼板后，能量損失不大。超聲波在遇到兩種介質的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。超聲波的頻率越高，其聲場指向性就越好，與光波的反射、折射特性就越接近。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲波測量儀器及裝置，并在通信、醫(yī)療、家電等各方面得到廣泛應用。

4.超聲波傳感器的原理

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由發(fā)送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中輻射；接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進行檢測。實際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可用作接收器傳感器上的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調制和計數(shù)及探測距離等進行控制。超聲波傳感器電源可用DC12V±10%或24V±10%。

5.超聲波探頭

超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術中主要采用壓電式。由于其結構不同，換能器又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭，等等。本文以固體傳導介質為例，簡要介紹以下三種探頭。

（1）單晶直探頭。俗稱直探頭，其壓電晶片采用PZT壓電陶瓷制作。發(fā)射超聲波時，將500V以上的高壓電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應，使晶片發(fā)射出一束頻率落在超聲波范圍內、持續(xù)時間很短的超聲振動波，垂直投射到試件內。假設該試件為鋼板，而其底面與空氣交界，到達鋼板底部的超聲波絕大部分能量被底部界面所反射。反射波經(jīng)過一短暫的傳播時間回到壓電晶片。再利用壓電效應，晶片將機械振動波轉換成同頻率的交變電荷和電壓。

（2）雙晶直探頭。由兩個單晶探頭組合而成，裝配在同一個殼體內，其中一片晶片發(fā)射超聲波，另一片晶片接收超聲波。雙晶探頭的結構雖然復雜一些，但檢測精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡單。

（3）斜探頭。有時為使超聲波能傾斜入射到被測介質中，可選用斜探頭。壓電晶片粘貼在與底面成一定角度的有機玻璃斜楔塊上。當斜楔塊與不同材料被測介質接觸時，超聲波產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，折射角可通過計算求得。

6.超聲波傳感器的應用

超聲波傳感器應用在生產(chǎn)實踐的不同方面，而醫(yī)學應用是其最主要的應用之一。超聲波在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為臨床醫(yī)學中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點是：對受檢者無痛苦、無損害，方法簡便，顯像清晰，診斷的準確率高，等等，因而受到醫(yī)務工作者和患者的歡迎。超聲波診斷是利用超聲波的反射原理，當超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質界面時，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲振幅的高低。

在工業(yè)方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷、超聲波測厚和測量液位等。過去，許多技術因為無法探測到物體組織內部而受到阻礙，超聲波傳感器的出現(xiàn)改變了這種狀況。超聲波探測既可檢測材料表面的缺陷，又可檢測材料內部幾米深的缺陷。當然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無聲息”地探測人們所需要的信號。

超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計算其超聲波往返的傳播時間即可換算出距離或液位高度。超聲波測量方法有許多其他方法不可比擬的優(yōu)點：（1）無任何機械傳動部件，也不接觸被測液體，屬于非接觸式測量，不怕電磁干擾、酸堿等強腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長；（2）響應時間短，可以方便地實現(xiàn)無滯后的實時測量。

7.結語

超聲波傳感器應用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點，比如反射問題、噪音問題、交叉問題，等等。本文簡要介紹了超聲波的概念、特點，分析了超聲波傳感器的原理，并給出了超聲波傳感器的幾種典型應用，對今后對超聲波傳感器的進一步學習和研究有一定的參考價值和實用價值。

參考文獻：

［1］梁森，黃杭美.自動檢測與轉換技術.機械工業(yè)出版社，2007.

［2］吳旗.傳感器及應用.高等教育出版社，2002，（3）.

［3］俞志根，李天真，童炳金.自動檢測技術實訓教程.清華大學出版社.