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精准尾数公式规律2019:基于同聲時等效原則確定超聲角測法的測距

時間:2019-05-10    作者:童壽興,王勤     

平特公式规律论坛 www.dpijk.icu   1 問題的提出

  1.1以往的超聲角測法

  在超聲波檢測方形構件的工程中,時有被測構件旁邊存在墻體、管道等障礙物,只有兩個相鄰表面可供檢測,即無法將2個換能器布置成對測法檢測,此時仍然可以進行超聲回彈綜合法測強,即在兩個相鄰表面的對應位置布置超聲測點,采用丁角方法測量混凝土聲速[1]?!凍氐酆戲觳饣炷燎慷燃際豕娉獺稢ECS 02:2005(以下簡稱CECS 02標準)附錄B.1超聲波角測方法規定如下:當結構或構件被測部位只有兩個相鄰表面可供檢測時,可采用角測方法測量混凝土中聲速。每個測區布置3對測點,附錄B.1的換能器布置如圖1所示,角測時超聲測距按下列公式計算:

li=l1i2+l2i2                                              (1)

式中:

 

       li—— 角測第個測點的超聲測距 (mm);

 

       l1i、l2i —— 角測第個測點換能器的中心點與構件邊緣的距離(mm)。 

圖1 超聲波角測示意

  1.2超聲平測法中的修正距

  當超聲波采用平測法檢測時,我國早在20世紀80年代已有定論:真實測距即不是兩個換能器的內邊緣間距,也不是兩個換能器的中到中間距。超聲平測法中超聲波實際傳播距離因為換能器的直徑尺寸效應,介于換能器的中~中與邊~邊二者距離之間,比兩個換能器的中到中間距短、內邊緣間距長。即在超聲波平測法時超聲測距中存在一個與換能器直徑Ф相關的修正距a(0 < a <Ф)。在平測法檢測時,如果測距不作修正,則取中~中時,計算的聲速值偏大;邊~邊時,計算的聲速值偏小,且測距越小、誤差越大。每一對發射、接收換能器的修正距離a的數值一定小于換能器的直徑 [2]。

  1.3對現行標準角測方法的探討

  眾所周知,在超聲波對測法中,測距非常明確,是2個換能器平行輻射面間相隔的距離。在超聲波平測法中,因為換能器的直徑尺寸效應,真實的測距是2個換能器內邊緣間距加修正距a。在超聲波角測法中,其測距采用三角形的直角邊(CECS 02標準取兩換能器的中心點與構件邊緣的距離)通過勾股定理計算得出。由圖1超聲波角測法示意圖顯而易見:超聲波角測時,布置在直角邊上的一對換能器的測距,可以視作為兩換能器與構件邊緣的距離構成的直角三角形的斜邊。現在的問題是斜邊計算取兩個換能器的中心點距?取兩個換能器的近邊緣距(兩換能器的最近點距)?還是兩者都不是?顯然,斜邊計算值取近邊緣距比取中心點距小。設換能器在構件直角邊上對稱布置,換能器的直徑為38mm,當取近邊緣距200mm~500mm時,中心點距與其的測距比值見表1。由表1可知,當近邊緣距為200mm時,中心點距與近邊緣距的比值最大,即產生的聲速檢測誤差大;隨近邊緣距的增大,其比值逐漸降低;400mm以上時,兩者的比值在5%以內。

  表1  不同的近邊緣距與中心點距的測距比值

  在CECS 02標準中關于附錄B.1超聲波角測方法的編制說明中有如下一個敘述:“大量對比試驗表明,可采用F、S換能器中心點與構件邊緣的距離l1、l2,按幾何學原理計算超聲測距l;用此測距l與角測的聲時值計算所得的聲速值,與對測的聲速值沒有明顯差異,不需作任何修正?!弊髡叨源誦鶚齟嬉?,并就CECS 02標準的附錄B.1——關于超聲波角測法的正確性進行了探討性的研究。

  2 試驗

  2.1采用均質材料試件

  為了使檢測數據具有可比性,應盡可能排除原材料的差異性對試驗結果的影響。如圖2采用灌漿料成型了階梯形試件,在盡可能試件為勻質體的基礎上,按設計方案進行各項內容的超聲波檢測試驗。 

  圖2  勻質材料成型的階梯形試件

  2.2試驗方案

  1)超聲對測:在梯形試件不同尺寸100mm、200mm、300mm、400mm一組方向以及旋轉梯形試件后的另一組150mm、250mm、350mm、500mm方向進行對測法試驗。

  2)超聲角測法試驗:利用上述100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、500mm等8處超聲對測測點的聲時值按“同聲時測距等效法”進行角測法試驗。

  3)超聲平測:在梯形試件上布置平測法測點,目的采用“時~距法”得到直線回歸方程的截距a 。

  2.3同聲時測距等效法

  為了定義超聲波角測方法的準確測距,筆者提出了“同聲時測距等效法”,即先采用對測法檢測到勻質體梯形試件不同階梯測距上的聲時值后,再置換能器于超聲角測試件丁角兩個相鄰表面上(利用已知階梯測距上的對測聲時值),且觀察超聲儀的示波屏、同步移動2個換能器至某一已知對測測距的聲時值位置,根據勾股定理,嘗試以已知階梯測距作為直角三角形的斜邊,反推出構件邊緣至換能器直徑內某點的直角邊距A1;測量構件邊緣至換能器的近邊緣距A2,兩數相減得到差值z。即z為超聲角測法中真實測距與測量的構件邊緣至換能器近邊緣距的修正值。

  現在的問題是z值如何確定?我們知道超聲平測法中求真實測距是采用“時~距法”,取直線回歸方程的截距為平測法的修正值a[3]。因為平測法的修正值a是基于2個換能器之間的修正值,在超聲角測法中,構件邊緣至換能器近邊緣距的修正值z僅是對1個換能器的修正值,所以擬考慮套用超聲平測法中求真實測距的方法,采用在試件上先平測,嘗試取 “時~距法”得到的直線回歸方程截距a的二分之一作為超聲角測法中一條直角邊上的修正值z。

  2.4檢測數據

  按照“同聲時測距等效法”,采用常規換能器直徑Ф38mm(頻率f=50kHz、零讀數t0=12.4μs)在勻質梯形試件不同階梯測距的檢測數據見表2。表2角測中的A、B、C欄分別表示構件邊緣至換能器的中心距A0、近邊緣距A2、按“同聲時測距等效法”處理的修正距A1以及各按其2條直角邊距計算的斜邊距。(在勻質材料試件上超聲平測法得到的的直線回歸方程L=-12.2+4.379t;z簡化取6mm)。

  表2 常規直徑Ф38mm換能器的檢測數據

  表2所示了8個不同尺寸踏步面超聲對測的距離、聲時、聲速數據以及角測的數據。超聲角測采用丁角方法:在試件的2個直角面各置1個換能器。同步移動2個換能器時且分別利用(8個尺寸不同的踏步面)對測聲時值,按照“同聲時測距等效法”,一邊移動一邊觀察超聲儀屏至超聲對測時的相同聲時時停止,測量構件邊緣至換能器的近邊緣距A2(雖然同步移動,可能不一定對稱,宜測量2個A2距)。根據2個A2距,進行z值修正后的A1距及其計算的角測法斜邊距如C欄所列。

  3 檢測數據分析

  8個尺寸不同的踏步面對測的距離分別是100mm、150 mm、200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、500 mm,檢測數據表明:

  1)試驗用頻率50kHz、φ=38mm的常規直徑換能器,因為換能器的直徑尺寸效應,無論是采用中心距還是內邊緣距,其按勾股定理計算的斜邊距與真實測距的誤差很大,毫無疑問,采用中心距的A欄是正偏差、采用內邊緣距的B欄是負偏差;

  2)在短測距的場合,如相當于對測100 mm、150 mm、200 mm的測距,雖然采用了“同聲時測距等效法”,但其誤差仍比較大,即角測法布置的超聲測點A2不宜過??;

  3)布置的超聲測點,構件邊緣至換能器的近邊緣距A2應大于200 mm,經用平測法的直線方程回歸系數a、A2加上0.5倍截距修正后,即當聲通路斜邊距為300mm以上時,同聲時等效距接近對測的測距,2者偏差較小,表明角測~對測采用同聲時等效距的方法有效。

  4 超聲角測法的聲速代表值

  超聲角測法的檢測步驟:

  1)角測前要先進行超聲平測:為消除鋼筋影響,在構件丁角的任一表面與鋼筋軸線成45角度畫一條直線,以兩個換能器內邊緣間距l=200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm,逐點測讀相應聲時值t,用回歸分析方法求出測距與聲時之間的回歸直線方程l=a+bt。

  2)布置角測法測點,構件邊緣至換能器的近邊緣距A2應>200 mm。(CECS 02標準中采用超聲角測法測量混凝土中聲速,如圖1所示每個測區應布置3對測點。在檢測中可能會遇到一個表面較窄另一表面較寬的構件,所以布置測點時不要求2個構件邊緣至換能器的近邊緣距A2相等,但二者相差不宜>1.5倍。)A2加0.5倍截距a,即修正A2后得到按“同聲時測距等效法”處理的修正距A1。

  3)角測時超聲測距仍然按公式(1)計算。(但如前所述,本方法測距取值A1(l1、l2)與現行CECS 02標準不同,不是換能器的中心距與構件邊緣的距離,且每個測區混凝土中聲速代表值同CECS 02標準,取3對測點聲速的平均值。)

  參考文獻

  [1]  超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程CECS 02:2005[S].

  [2] 谷川恭雄,童壽興,中村正行.超音波法によるコンクリートのひび割れ深さ推定方法に関する研究[P].日本コンクリート工學協會:コンクリートの非破壊試験法に関するシンポシウム論文集.1991,4.

  [3]  王文明. 新編建設工程無損檢測技術發展與應用[M]北京:中國水利水電出版社,2012:106-119.



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