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 技術論文
中國超聲儀的發展

    砼聲測儀器與砼聲測技術是在相互制約而又相互促進的過程中得到發展的,自20世紀60年代以來,我國砼聲測儀器和發展大致經歷了4個階段:

    第一階段: 20世紀60年代是聲波檢測技術的開拓階段,聲測儀是電子管式的儀器,如UCT2型、CTS10型等,現已被淘汰;

    第二階段:模擬式超聲儀階段。20世紀70年代是聲波檢測方法研究及推廣應用階段,聲測儀是晶體管化集成電路模擬式超聲儀,代表儀器有湘潭無線電廠的SYC2型巖石聲波檢測儀,天津建筑儀器廠的SC2型,汕頭超聲電子儀器廠的CTS25型等,這類儀器一般具有示波及數碼管顯示裝置,手動游標讀取聲學參量,為推動我國砼聲測技術的發展發揮了重要作用。在70年代中期我國生產的非金屬超聲儀及其配套使用的換能器與國外同類儀器相比(如美國CNC公司的Pundit型,波蘭的N2701,日本MARUT公司的Min-1150-03型等),在技術性能方面已達到或超過它們的水平。

    第三階段:數字式超聲儀階段。20世紀80年代是聲波檢測技術進一步發展與提高階段,80年代初期國外推出了電腦控制的聲波檢測儀(如日本OYO公司的5217A型等),砼超聲儀進入了數字化儀器階段,而我國卻由于在計算機的應用方面滯后于國外水平,80年代未期,才開始數字化砼超聲儀的研究,之后以很快的速度發展,這批儀器大多采用Z80CPU,通過儀器與微機的聯系,實現了不同程度的聲參量的自動檢測,并具有一定的處理能力,使現場檢測及后期數據處理速度大大加快。初級數字化超聲儀的代表型號為CTS-35型,CTS-45型和UTA2000A型。各種數字信號處理技術的應用是進一步發展混凝土無損檢測技術的突破口。

    第四階段:智能型超聲儀階段。20世紀90年代是追趕并超過國際水平的階段,隨著聲測技術的發展,檢測市場的擴大以及計算機技術的深入應用,自90年代中期以來,我國各種型號的數字式超聲儀相繼問世,代表儀器有北京市市政工程研究院(北京康科瑞公司)的NM-2A型,該儀器采用計算機作為主控單元,具備了高速數據采集和處理能力,可以實現聲學參量的自動判讀、記錄與存儲,并具有強大的后期數據分析處理功能,之后相繼推出的有巖海公司的RSSTO1C型、同濟大學的USonic型、巖土所的RSMSY2RSMSY5,成都工程檢測研究所的CUT型砼超聲儀等等。

縱觀超聲儀的發展歷程,砼聲測儀發展趨勢――更加便攜、更加智能化,近年以嵌入式ARM處理器技術和大規模可編程邏輯電路如FPGACPLD技術等的迅猛發展,為數字化的智能型超聲儀的發展提供了可靠的硬件平臺,在整機方面則進一步向小型化、便攜式、內置電源方向發展,砼聲測儀要進一步提高的主要技術性能是高靈敏度,寬頻帶,大動態范圍,低噪聲以及強抗干擾能力,現場測試的智能化程度也有待進一步發展。基于嵌入式操作系統的應用軟件開發技術使砼聲測儀的信號處理和分析軟件的功能更加強大、靈活,儀器的智能化程度將大大提高,簡化現場檢測的工作,提高現場檢測的自動化程度,大幅提高檢測的效率。一些先進的信號處理方法如小波變換等以及CT(層析成像)技術的應用,使砼聲測儀的分析處理軟件的處理結果圖像化,3D立體化,更加直觀。

嚴格意義上來講,上面我們所述的砼超聲儀應該稱之為砼超聲儀主機,實際應用時,還要配上發射和接收換能器,構成一套砼超聲測試系統,換能器性能的好壞對測試結果有著直接影響。隨著砼超聲儀的發展,工程檢測任務的多元化,換能器的類型也多種多樣,各自適用的范圍也有所不同,詳見表1所列。

1 換能器的類型及其特點

換能器類型

諧振頻率范圍(kHz

阻抗范圍(Ω)

指向性

耦合方法

適用測試范圍

夾心式

(喇叭形)

1050

幾至十幾

黃油或凡士林

表面及平面

測試

增壓式

2535

1000左右

鉆孔中跨孔

測試

圓管型

一般為2040

10002000

左右

無徑向指向性,長度大時有軸向指向性

鉆孔中跨孔

測試

一發雙收型

30左右

鉆孔中單孔

測試

單片彎曲

振動式

520

黃油或凡士林

表面及平面

測試

高頻換能器

1001000

10左右

黃油或凡士林

巖樣測試

橫波換能器

40400

多層鋁箔或銀箔

試巖樣及短距離表面測試

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