IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)說明

1、IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)是世界上目前最先進(jìn)的沖擊回波系統(tǒng)，由美國Olson公司首創(chuàng)。該系統(tǒng)不僅可以檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的厚度和缺陷(孔洞、裂縫、蜂窩等)，而且可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力管內(nèi)的灌漿情況進(jìn)行檢測(cè)。掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)簡介IEScanner掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)基于沖擊回波原理，采用滾動(dòng)傳感器的獨(dú)特技術(shù)，以2.5cm的間隔接近連續(xù)的測(cè)試混凝土內(nèi)部情況，具有以下優(yōu)點(diǎn)：只需一個(gè)測(cè)試面不需要耦合劑測(cè)試迅速，每小時(shí)可測(cè)20003000個(gè)點(diǎn)檢測(cè)結(jié)構(gòu)可靠、準(zhǔn)確可對(duì)結(jié)果進(jìn)行三維成像，快速、直觀顯示缺陷沖擊回波技術(shù)發(fā)展歷史一、沖擊回波技術(shù)的發(fā)展歷史國外發(fā)展情況國際上從20世紀(jì)80年代中期開始

2、研究沖擊回波反射法(ImpactEchoMethod)。美國科內(nèi)爾大學(xué)(CornellUniversity)的博士最早對(duì)該方法進(jìn)行了研究。由于該方法具有以下優(yōu)點(diǎn):單面測(cè)試，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍；可獲得缺陷明確的反射信號(hào)，直觀，測(cè)一點(diǎn)即可判斷一點(diǎn)測(cè)試方便，快捷；可以很方便的測(cè)量結(jié)構(gòu)厚度所以國外技術(shù)發(fā)展非常迅速，國外已經(jīng)將沖擊回波方法大量用于工程實(shí)測(cè)中，如探測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的疏松區(qū)，路面、底板的剝離層，預(yù)應(yīng)力張拉管中灌漿的孔洞區(qū)，表層裂縫深度，甚至用于探測(cè)耐火磚砌體及混凝土中鋼筋銹蝕產(chǎn)生的膨脹等。該技術(shù)符合美國ASTMStandardC1383-98厚度確定標(biāo)準(zhǔn)，ACI228.2R-98確定孔洞、蜂窩、裂

3、縫、分層等缺陷的標(biāo)準(zhǔn)。德國也已將沖擊回波方法寫進(jìn)檢測(cè)隧道襯砌厚度的規(guī)范。國內(nèi)發(fā)展情況國內(nèi)從1989開始對(duì)沖擊回波方法進(jìn)行研究，南京水利科學(xué)研究院在這方面做了深入研究，同時(shí)國內(nèi)其他一些研究機(jī)構(gòu)也對(duì)該方法進(jìn)行了研究。目前國內(nèi)還沒有此方面規(guī)范，許多研究者正在從事該方面工作。二、國內(nèi)外沖擊回波儀器發(fā)展國外發(fā)展情況目前國外主要有四家沖擊回波儀器的生產(chǎn)廠家：美國Olson公司、美國ImpactEcho公司、美國QUALITEST公司及丹麥的GERMANN公司。對(duì)于沖擊回波系統(tǒng)，對(duì)比如下：美國Olson公司具有一個(gè)檢測(cè)公司和一個(gè)儀器公司，所以O(shè)lson的所有產(chǎn)品都是經(jīng)過數(shù)萬次實(shí)地工程檢測(cè)后推出市場(chǎng)的。其他公

4、司不具備此條件。美國Olson公司的CTG系列便攜式?jīng)_擊回波系統(tǒng)是中國國內(nèi)用戶最多的沖擊回波儀器。其他公司沖擊回波產(chǎn)品在中國銷量不多。美國Olson公司的掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)是全球首創(chuàng)產(chǎn)品，具有世界專利，經(jīng)Olson公司多年檢測(cè)研究而成，比一般的沖擊回波系統(tǒng)上升了很高的層次。其他公司沒有掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)，只有單點(diǎn)式檢測(cè)儀器，無法和Olson產(chǎn)品相比。、美國Olson公司產(chǎn)品中國推廣情況美國Olson公司的掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)由于技術(shù)先進(jìn)，檢測(cè)可靠，在國際上具有非常高的知名度。Olson公司不僅在美國和許多知名大學(xué)都有聯(lián)合試驗(yàn)項(xiàng)目，并和德國等其他國家都有研究項(xiàng)目。中國市場(chǎng)方面，在中國建研院、清華大

5、學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、大連理工大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢理工大學(xué)、廣州大學(xué)、廣東省建科院等眾多知名科研院所都進(jìn)行了演示推廣，獲得了各專家的一致好評(píng)。目前，已有武漢理工大學(xué)、燕山大學(xué)、南京大學(xué)、南京水科院、中鐵四局、上海建科院、保定交通建設(shè)咨詢監(jiān)理公司等單位采購了Olson公司的掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)及其他測(cè)試系統(tǒng)，北京航空航天大學(xué)采購了Olson公司的高級(jí)沖擊回波測(cè)試系統(tǒng)和其他系統(tǒng)，越來越多的客戶把沖擊回波儀器列入了他們的采購計(jì)劃。掃描式?jīng)_擊回波方法檢測(cè)預(yù)應(yīng)力管灌漿技術(shù)OraIE(ImpactEcho)沖擊回波一）、沖擊回波方法概述沖擊回波法是基于應(yīng)力波的一種檢測(cè)結(jié)年代，美國科內(nèi)爾大學(xué)的Mar

6、ySansalone博測(cè)方法。早在20世紀(jì)80究。IE能夠快速確定混凝土、砌體結(jié)構(gòu)中的孔洞、蜂窩、裂縫、的厚度以及缺陷的深度。IE法的一個(gè)很重要的優(yōu)掃描式?jīng)_擊回波方法檢測(cè)預(yù)應(yīng)力管灌漿技術(shù)OraIE(ImpactEcho)沖擊回波一）、沖擊回波方法概述沖擊回波法是基于應(yīng)力波的一種檢測(cè)結(jié)年代，美國科內(nèi)爾大學(xué)的MarySansalone博測(cè)方法。早在20世紀(jì)80究。IE能夠快速確定混凝土、砌體結(jié)構(gòu)中的孔洞、蜂窩、裂縫、的厚度以及缺陷的深度。IE法的一個(gè)很重要的優(yōu)構(gòu)件測(cè)試沖擊回波技術(shù)發(fā)展非常迅速，目前已沖擊回波系統(tǒng)、超薄沖擊回波檢測(cè)系統(tǒng)等多種類型,工程需要進(jìn)行選擇。美國Olson公司的專目前，IE方法

7、檢測(cè)的厚度范圍從5cm180cm,完全滿足一般工程的檢測(cè)需要（二）、沖擊回波方法的原理IE測(cè)試基本原理：如圖1所示。用一個(gè)小錘或沖擊器作為激振源在混凝土表面沖擊來產(chǎn)生壓縮波，然后用放置在沖擊器附近的接收傳感器接收反射回來的壓縮波。經(jīng)過分析后來計(jì)算混凝土的厚度、探測(cè)內(nèi)部的孔洞、裂隙、剝離等缺陷。對(duì)于無缺陷的平板、路面，沖擊回波試驗(yàn)中就會(huì)得到一個(gè)其底面的反射波，這樣在已知壓縮波的波速時(shí)，就可以計(jì)算厚度了。Souicc（其中source圖1：沖擊回波原理示意圖源，receiver為反射波的接收器）ReceiverSouicc（其中source圖1：沖擊回波原理示意圖源，receiver為反射波的接收

8、器）下面，對(duì)沖擊回波方法的厚度或缺陷深度計(jì)算進(jìn)行更詳細(xì)的說明。如圖2所示，接收器接收到反射波后，通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換將時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，然后確定回波的頻率峰值F,深度計(jì)算結(jié)構(gòu)的厚度或缺陷D=（b*VP）/2f（其中b是形狀系數(shù)，對(duì)板/墻來說是0.96,對(duì)于梁和柱該值更小，根據(jù)厚度和寬度的比值確定，VP是壓縮波波速）。圖3給出了某測(cè)試點(diǎn)時(shí)域圖和頻域圖，圖4給出了無缺陷處和有缺陷處的測(cè)試結(jié)果對(duì)比。=口王=口王2P.-SQ.E圖4：無缺陷和有缺陷頻域圖比較（圖4說明：上圖：無缺陷處只有一個(gè)頻率峰值，可獲得厚度信息下圖：缺陷處存在多個(gè)頻率峰值，可根據(jù)曲線形狀判斷缺陷性質(zhì)及深度）（三）沖擊回波方法相

9、對(duì)于超聲波方法的優(yōu)點(diǎn)1、沖擊回波方法只需一個(gè)測(cè)試面，而超聲波方法需兩個(gè)測(cè)試面，這在很多情況下很難做到。2、沖擊回波方法使用比超聲波更低頻的聲波（IE頻率范圍通常在2to20kHz）,這使得沖擊回波方法避免了超聲波測(cè)試中遇到的高信號(hào)衰減（highsignalattenuation）和過多雜波干擾問題。3、沖擊回波方法不需耦合劑，單手即可操作，標(biāo)定后每個(gè)測(cè)點(diǎn)直接得出結(jié)構(gòu)厚度或缺陷位置、深度信息。而超聲波方法需耦合劑，兩個(gè)探頭加大了操作的難度。同時(shí)需大量數(shù)據(jù)對(duì)比才能確定缺陷的位置，但不能確定缺陷深度。4、沖擊回波方法最深可測(cè)180cm的結(jié)構(gòu)，而對(duì)于超聲波方法測(cè)試同樣厚度將非常困難，特別是兩個(gè)測(cè)試面不

10、易接觸的情況下。由以上可以看出，IE沖擊回波方法具有超聲波方法無可比擬的優(yōu)越性，該方法將隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，成為混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)的一個(gè)重要方法。（四）沖擊回波方法的應(yīng)用舉例IE測(cè)試可用于評(píng)估板、梁、柱、墻、公路路面、飛機(jī)跑道、隧道和大壩等結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀況。IE方法能夠發(fā)現(xiàn)混凝土、木材、石材和砌體中的孔洞、蜂窩、裂縫、剝離以及其它缺陷。如果已知混凝土構(gòu)件的厚度，IE法可以還預(yù)測(cè)早期混凝土的強(qiáng)度。以下為沖擊回波檢測(cè)結(jié)構(gòu)的幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，其中圖8表面波和沖擊回波聯(lián)合使用，在單面情況下，可準(zhǔn)確獲得混凝土波速，進(jìn)而求得更精確的厚度值：圖5：沖擊回波方法檢測(cè)橋梁圖沖擊回波7L圖8：圖5：沖擊回波方法檢

11、測(cè)橋梁圖沖擊回波7L圖8：下圖是一塊11英寸厚的混凝土板（密實(shí)）以及一塊17英寸厚的混凝土板（有裂縫）的沖擊回波試驗(yàn)結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明在離混凝土板表面6.3inches深處有裂縫a：在密實(shí)混凝土板上進(jìn)行的IE測(cè)試結(jié)果O.Oft10板厚=11inches壓縮波速度=11,700ft/sec首個(gè)頻率波峰齒200Hz反射體深度=速度/2X頻率=11.3inches板.底的反射諧振振幅=3.8O.Oft10板厚=11inches壓縮波速度=11,700ft/sec首個(gè)頻率波峰齒200Hz反射體深度=速度/2X頻率=11.3inches板.底的反射諧振振幅=3.8x1O10inches小結(jié)論=混醫(yī)土板憲

12、實(shí)，無缺陷0500010C0015000,b:在有裂縫的泯凝土板上進(jìn)行的IE測(cè)試結(jié)果200(X12.0板厚=丁inches壓縮波速度=ll,TDClft/sec首個(gè)頻率波峰曲11,200He反射體深度=速度/X頻率=氏孑inches、裂縫的反射，無板底反射）諧振振幅=E況iCl-1Clinches（大結(jié)論：在離渦族土板表面h并深處有裂縫KO20000圖9：密實(shí)混凝土板和有裂縫混凝土板IE結(jié)果對(duì)比二、IES（ImpactEchoScanner）掃描式?jīng)_擊回波方法介紹（一）、掃描式?jīng)_擊回波方法概述IE方法一直被公認(rèn)是一種對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)的強(qiáng)大工具。該測(cè)試方法不僅符合美國ASTMStanda

13、rdC1383-98厚度確定標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求，也符合美國ACI228.2R-98確定孔洞、蜂窩、裂縫、分層等缺陷的標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求。至今為止，IE方法的最大局限性是測(cè)試速率較低。一般來說，普通的IE系統(tǒng)每小時(shí)可測(cè)3060個(gè)點(diǎn)，這就限制了該方法只能用于測(cè)試較小、非常關(guān)鍵的部位。掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)的研制成功，徹底解決了該問題。用IES方法每小時(shí)可測(cè)20003000個(gè)點(diǎn)，極大地提高了檢測(cè)效率。此外，由于該方法可沿直線以數(shù)厘米的間隔進(jìn)行快速測(cè)試，經(jīng)實(shí)踐多次證明它還可以用于檢測(cè)后張預(yù)應(yīng)力管內(nèi)的灌漿情況。利用軟件對(duì)IES數(shù)據(jù)的進(jìn)行三維處理后，還可對(duì)結(jié)構(gòu)的厚度、缺陷位置以及后張預(yù)應(yīng)力管內(nèi)的灌漿情況進(jìn)行非常直觀的

14、顯示。（二）、掃描式?jīng)_擊回波方法原理IES方法是在IE的基礎(chǔ)上，將固定的單個(gè)傳感器變?yōu)闈L動(dòng)傳感器，從而極大地加快了測(cè)試速度。如圖11所示，IE方法只有一個(gè)接收傳感器，每測(cè)試一點(diǎn)螺線管沖擊一次。而IES方法采用掃描式滾動(dòng)傳感器，并采用螺線管沖擊器進(jìn)行連續(xù)沖擊，每小時(shí)可測(cè)20003000個(gè)點(diǎn),速度比單點(diǎn)式?jīng)_擊回波儀器提高了50100倍，極大地提高了檢測(cè)效率。rollingtransducer10：掃描式?jīng)_擊回波原理圖圖11:左上角為10：掃描式?jīng)_擊回波原理圖圖11:左（三）Tes測(cè)試實(shí)例:z每隔5仁如-描.一cm間距進(jìn)行一次IEScanner掃zz每隔5仁如-描.一cm間距進(jìn)行一次IEScanner掃z板中蜂窩缺陷板中存在預(yù)應(yīng)力管（存在灌漿密實(shí)區(qū)、.不密實(shí)區(qū)、空管區(qū)）一.圖12：IES方法測(cè)試大型板現(xiàn)場(chǎng)利用IES進(jìn)行的三維成像測(cè)試結(jié)果：o圖目14oB62灌漿密實(shí)區(qū)域32圖15：預(yù)應(yīng)力管中未灌漿區(qū)域的缺陷成像”4.898一二云g一9灌漿不密實(shí)區(qū)域Q圖16：板中孔洞缺o，成像成像Q匕卩03密實(shí)區(qū)域未灌漿區(qū)域未灌漿區(qū)域灌漿不密實(shí)灌漿密實(shí)區(qū)域灌漿密實(shí)區(qū)域未灌漿灌漿密實(shí)區(qū)域勺圖形解釋2.IES檢測(cè)美國某橋梁實(shí)例:1Ay的(rIV.2.IES檢測(cè)美國某橋梁實(shí)例:1Ay的(rIV.管位置進(jìn)行掃描IESJ1另外在3.5-4.5(掃描終端)英尺處可以看出存在蜂窩/孔洞(4)四根管檢測(cè)完后的三維成像