聲波測試技術(shù)

聲波測試技術(shù)聲波測試技術(shù)是近年來發(fā)展非常迅速的一項(xiàng)新技術(shù)。它的基本原理是用人工的方法在結(jié)構(gòu)中激發(fā)一定頻率的彈性波，這種彈性波以各種波形在結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播并由接收儀器接收，通過分析研究接收和記錄下來的波動(dòng)信號(hào)，來確定結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，了解它們的內(nèi)部缺陷。由于聲波測試與其它材料試驗(yàn)方法相比有輕便、靈活、可以大范圍測試等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在水利、礦業(yè)、交通、房建、市政等工程中得到廣泛的應(yīng)用。1.聲波及其物理性質(zhì)物理學(xué)定義聲源體發(fā)生振動(dòng)會(huì)引起四周空氣振蕩，那種振蕩方式就是聲波。聲以波的形式傳播著，我們把它叫做聲波；聲波借助各種媒介向四面八方傳播；除了空氣，水、金屬、木頭、混凝土等也都能夠傳遞聲波，它們都是聲波的良好媒介。在真空狀態(tài)中聲波就不能傳播了。聲波頻率人對(duì)聲音的感覺有一定頻率范圍，大約每秒鐘振動(dòng)20次到20000次范圍內(nèi)，即頻率范圍是20Hz--20000Hz；聲波借助各種媒介向四面八方傳播。如果物體振動(dòng)頻率低于20Hz或高于20000Hz人耳就聽不到了，高于20000Hz的頻率就叫做超聲波，而低于20Hz的頻率就叫做次聲波。1.1聲波的傳播規(guī)律在彈性介質(zhì)內(nèi)某一點(diǎn)，由于某種原因而引起初始擾動(dòng)或振動(dòng)時(shí)，這一擾動(dòng)或振動(dòng)則以波的形式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，形成彈性波。聲波是彈性波的一種，若視巖土和混凝土介質(zhì)為彈性體，則聲波在巖土和混凝土介質(zhì)中的傳播服從彈性波傳播規(guī)律。波動(dòng)方程拉密系數(shù)；體積應(yīng)變；質(zhì)點(diǎn)的位移；介質(zhì)密度。拉普拉斯算子：拉密運(yùn)動(dòng)方程：縱波（P波）：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致時(shí)稱為縱波。將上式代入拉密方程可得：可得無限彈性介質(zhì)中縱波的波動(dòng)方程：可得縱波的傳播速度：橫波（S波）：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直時(shí)稱為橫波。將上式代入拉密方程可得：可得無限彈性介質(zhì)中橫波的波動(dòng)方程：可得橫波的傳播速度：一維波動(dòng)方程：對(duì)于一根混凝土樁，當(dāng)L》D時(shí)，可把樁看成是具有側(cè)限約束(圍壓)的桿系結(jié)構(gòu)。在樁頂施加一個(gè)初始擾動(dòng)力(錘擊一下)，彈性波立即從樁頭沿樁身往樁底傳播，并滿足一維波動(dòng)方程。波的傳播速度：比較縱波速度VP、橫波VS和一維波VB。則有VP>VB>VSA）縱波速度總是大于橫波速度;B）

縱波又稱P(Primary)波，意即初至波，因其波速最快；C）橫波又稱S(Secondary)波，意即次波，因其波速最小。

由波速的表達(dá)式可知，彈性介質(zhì)的性質(zhì)及種類不同，彈性常數(shù)及密度也不同，因此，彈性波在介質(zhì)中傳播的速度也不同。這樣，如用人工(爆破、錘擊等)發(fā)生彈性波，并設(shè)法用接收儀表測定其波速，則可以用來判別物體的特性及狀態(tài)(如堅(jiān)硬或松軟，裂隙與完整等)以及混凝土樁基的完整性和承載力等，這就是工程上經(jīng)常使用的“彈性波探測法”的理論依據(jù)。1.2彈性波探測的理論2.1聲波探測儀器設(shè)備聲波探測的全過程是聲波發(fā)射、傳播及接收顯示，其相應(yīng)的儀器有發(fā)射換能器、接收換能器和聲波儀。2.聲波探測技術(shù)聲波換能器換能器是聲電能量的轉(zhuǎn)換器件，俗稱探頭。換能器一般利用壓電陶瓷晶體的壓電效應(yīng)原理工作。發(fā)射換能器是將聲波儀輸出的具有一定功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)發(fā)射到物體中，它的工作原理是利用晶體的逆壓電效應(yīng)。接收換能器是將物體中傳播的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸入到聲波儀接收機(jī)的輸入系統(tǒng)中，其工作原理是利用晶體的壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)的原理如果對(duì)壓電陶瓷施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差（稱之為正壓電效應(yīng)）；反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（稱為逆壓電效應(yīng)）。如果壓力是一種高頻震動(dòng)，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí)，則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)（機(jī)械震動(dòng)），這就是我們平常所說的超聲波信號(hào)。超聲波探頭結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜、引線等組成。HF-2型平面換能器聲波儀

聲波儀是聲波測試的主要儀器設(shè)備，它的主要部件是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，發(fā)射機(jī)的作用是根據(jù)使用要求向聲波