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          應用案列 | MIRA A1040 超聲波斷層掃描儀

          時間:2020-8-17    來源:瑞科儀器微信公眾號    查看次數:683

           

          MIRA A1040 超聲波斷層掃描儀的應用

                                                                         ——在橋梁承臺檢測項目中

           

           

          還記得我們之前隆重推出的MIRA A1040這個產品推文嗎(防開裂 找空洞 給混凝土做CT就是這么簡單),為了讓各位感興趣的朋友對超聲波斷層掃描儀更加了解,那么本次將通過現場的實際操作對此產品進行應用說明。


          應客戶要求,我司于2020年7月21日至7月23日,在廣州南大干線洛溪大橋附近某橋梁承臺檢測項目中,使用MIRA A1040 超聲波斷層掃描儀在現場進行了為期三天的實地檢測。期間,不僅對現場大面積檢測區域進行普查,并對疑似災害區域進行精細檢測,通過對檢測數據后期軟件3D成像分析,獲得了詳細的檢測報告。


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          測試設備




          此次檢測,采用的設備是國際知名超聲波檢測設備生產廠家——俄羅斯ACSYS公司生產的MIRA A1040超聲波斷層掃描儀,由瑞科(廣州)儀器科技有限公司代理并提供技術支持和售后服務。該設備采用合成孔徑聚焦成像方法(SAFT),具有分辨率高、能在近場區工作的優點,是超聲成像領域發展起來的新技術,在無損探傷領域具有很好的應用前景。

          圖1 MIRA A1040一體式主機


          原理


          MIRA A1040超聲波斷層掃描儀測試原理


          MIRA A1040超聲波探頭由4×12個干點換能器陣列和一個控制單元組成,換能器為信號發射和接收裝置,可發射周期脈沖。探頭內的控制單元激活一排換能器作為信號發射端,而其它排的換能器作為信號接收端。下圖表示第一排換能器發射信號,其它換能器接收信號。圖中顯示了信號傳播路徑。此后,下一排換能器發生信號,其右側的換能器接收信號。此過程循環重復,直至前11排換能器都已經激發過信號為止。

          △圖2 MIRA A1040超聲信號傳播與接收示意圖


          如果構件內部的混凝土-空氣界面足夠大,一部分發射的超聲波脈沖信號會被該缺陷提前反射。因為路徑更短,由缺陷反射的信號會早于構件底面反射的信號到達接收端。信號處理軟件依據每排換能器接收到的反射脈沖的到達時間,來推斷構件內部缺陷的位置。


          △圖3 存在缺陷時MIRA A1040超聲信號

          傳播與接收示意圖


          特點


          MIRA A1040超聲波斷層掃描儀技術特點




          陣列式系統

          MIRA的控制器是一個陣列式的控制器,由12個模塊組成,每一個模塊包含4個橫波傳感器。當超聲波信號發出后,接受到信號的會被控制器進行處理,然后轉移到電腦用合適的軟件進行處理。



          合成孔徑聚焦超聲成像

          通過將陣列小探頭接收的超聲信號合成處理而得到與較大孔徑探頭等效的聲學圖像,對接收到的信號作適當的聲時延遲或相位延遲后再合成得到的被成像物體的逐點聚焦的聲學圖像,其特點是可以獲得較好的橫向分辨率。



          干耦合換能器

          傳統的換能器需要使用耦合劑才能與混凝土表面緊密接觸。干耦合即不使用耦合劑,通過彈簧彈力實現與被測表面的耦合。使用干耦合換能器加快了檢測速度,并消除了耦合劑涂抹不均勻對測量結果的影響。



          橫波檢測

          固體中的聲波有縱波、橫波和表面波三種類型。傳統方法只利用縱波,橫波和表面波攜帶的信息被忽略。改用橫波檢測有以下好處:

          • 信噪比提高:超聲橫波在混凝土中的散射比縱波弱,因而橫波檢測的噪聲更低;

          • 分辨能力有所增強:識別越小的細節需要的波長越短,而混凝土中橫波的波長大約是同頻率縱波波長的60%;

          • 缺陷的反映更明顯:因流體中的聲波只有縱波,橫波遇到欠密實、縫隙和空洞等缺陷后幾乎全被反射,其反射系數大于縱波。



          成像顯示

          據采集得到的實時二維圖像。用不同的顏色表示不同強度的反射。也可以使用Introview Concrete 3D軟件將在多個位置測量的結果整合,在計算機中上生成三維圖像,更加直觀。


          技術參數


          MIRA超聲波斷層掃描儀技術參數



          • 干點接觸剪切波換能器,帶陶瓷防磨帽

          • 25~85 kHz中心頻率

          • 換能器裝載有彈簧,保證在不平整表面順利工作

          • 相控陣天線,帶48個換能器,呈4×12排列,尺寸365×115×125 mm,重量4.5kg

          • 測試深度:50~2000mm

          • 可充電電池,5小時工作時長

          • 每測點數據采集處理時間:不大于3s

          • Introview Concrete軟件用于3D成像

          • 工作溫度:-10°C至50°C



          2

          項目現場



          △圖4 俯瞰需要檢測的橋梁承臺


          △圖5 施工人員清理檢測區域表面


          △圖6 對承臺側面區域進行雷達粗掃


          △圖7 使用MIRA A1040對重點缺陷區域進行精測


          在兩大一小三個承臺表面某些區域存在蜂窩麻面或細小坑洞,此次檢測需求是對這三個承臺頂面及側面全部區域進行無損檢測,尋找內部可能災害區域,從而進行定點修補,以保障后續施工安全;因檢測區域面積巨大,擬定先通過雷達粗掃,大略標定疑似缺陷部分,再通過MIRA A1040斷層掃描儀對疑似缺陷區域進行精測,以確定內部缺陷狀況及位置;最后使用沖擊回波儀器對深部區域進行點測。


          其中,雷達粗掃較為快捷,因此,在清理各承臺頂面及側面區域之后,重新又將各表面劃分為約1m×1m的方格,使用MIRA A1040進行普查,并針對普查發現的疑似缺陷區域進行標定,進而精密測量,以達到更好效果。



          3

          現場測試




          01

          普查

          △圖8 固定間隔進行普查,清掃表面,使接觸面

          盡量整潔,減少測試干擾


          02

          不良表面

          △圖9 表面存在明顯的坑洞,進行標記,畫

          150×100mm測量網格,等待精測


          △圖10 有蜂窩麻面特征,內部可能存

          在缺陷,標記,等待重點檢測


          在普查過程中,我們發現某些區域表面存在明顯缺陷及不良,對這些區域,使用油漆進行標記,粉筆劃定測量區域,進行精測;同時,在進行表面普查的過程中,我們也定位了一些內部出現不良反射的區域,對此我們采取同樣的措施,標記劃分區域,并進行精密測量。


          03

          畫網格

          △圖11 對重點測量區域表面劃分測量網格,

          網格長寬150×100mm


          △圖12 使用油漆再次噴涂檢測區域


          對重點區域劃分網格,網格大小150×100mm,使用MIRA A1040進行檢測,采集數據,以進行后期3D成圖處理。


          04

          精密測試

          圖13 使用MIRA A1040進行B-SCAN掃描


          △圖 14 檢測承臺側面


          △圖15 使用MIRA A1040進行連續成圖模式檢測


          圖16 檢測承臺頂部疑似缺陷區域


          △圖17 檢測承臺頂部重點缺陷區域


          對各個疑似缺陷區域或明顯不良區域進行標記,劃定檢測區域,并對各區域進行150×100mm的網格劃分,使用MIRA A1040的連續成圖模式對這些重點區域進行精密測量。


          3

          實地與3D軟件成圖




          01

          實地一

          圖18 表面存在略為明顯的蜂窩麻面


          圖19 通過后期成圖可知,該區域內部存在連續的明顯反射區域,在此區域內部可能存在連續的空洞


          02

          實地二

          圖20 根據外表看出該區域表面相對良好


          圖21 檢測3D成圖中看到,在深度約為20cm處出現連續條狀的反射,應為橫向埋設的鋼筋;在此區域內部無其他明顯反射區域,內部為密實良好部分。


          03

          實地三

          圖22 該區域表面相對平整完好,但表面存在細微的孔洞



          圖23 可從檢測3D成圖中看到,在深度約為20cm處存在3處明顯的圓柱形反射區域,可能為鋼筋或圓柱狀空洞;其余區域無明顯反射,應為良好密實區域。


          在此選取了幾份現場實地照片,并附上MIRA A1040軟件3D成圖。根據3D成圖可對測試區域內部進行缺陷定位,并可判斷內部缺陷情況,在條件允許的情況下,結合設計圖紙,可做出相應的檢測報告。


          結語






          通過此次項目,結合現場測試情況與實際操作使用,可以看出MIRA A1040超聲波斷層掃描儀有以下使用特點:


          1.MIRA A1040 適用于小范圍的精細測量,在檢測區域很大的情況下,應夾以其他設備進行輔助測量,這樣檢測效果能夠相得益彰,收到良好的反響;


          2.結合現場測試與軟件成圖效果對比,MIRA A1040對測試區域的表面有一定的平整要求,但得益于干點耦合和彈簧激光陣列,使得該儀器區別于傳統的檢測方法,其對表面有很高的的適應性,能夠在實地測量出得到不錯的效果;


          3.作為一種出色的無損檢測方法,在對內部進行測試結果展示之后,在允許的條件下,應結合設計圖紙或工程師的個人經驗,對軟件成圖缺陷部分進行深入的評估,從而對檢測結果有更為準確有效的判斷。


          作為新興的無損檢測的重要儀器,我們期待MIRA A1040能夠在各種實地應用中幫助工程師們更便捷快速的定位各類結構建筑的內部狀況,成為檢測工作的得力助手。




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