CN114397365B - 一种超声波检测钢砼结构缺陷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，通过组合使用超声反射与透射方法分别对钢砼结构内部及界面处的缺陷进行检测，准确判断缺陷的位置和大小，采用超声波脉冲反射法，采用零相位滤波法滤除干扰杂波，结合超生阵列法，通过角度补偿增强并放大希望信号，通过快速傅里叶变换将反射声波信号转换为波形信号，根据波形图判断并获得缺陷的位置和大小；利用超声波脉冲透射法，通过从钢砼结构外侧发射超声波，对钢砼结构界面处缺陷进行检测，通过对比相应测点的声时、波幅和频率数据，判断缺陷存在的位置。本发明可以准确判断缺陷的位置和大小，具有检测方法高速、精准度高等优点。

Description

一种超声波检测钢砼结构缺陷方法
技术领域
本发明涉及超声波探伤技术领域，具体为一种超声波检测钢砼结构缺陷方法。
背景技术
传统钢砼缺陷检测方法采用的超声检测方法，虽可满足工程需求，但是仍有以下不足：
传统超声法检测钢砼结构方法采用超声透射法，超声波投射穿过钢砼结构，声波经外侧金属钢材的反射消耗导致声波信号衰弱较大，在完全射穿钢砼结构后，探头仅能接收微弱透射信号，对接受探头要求较高，成本较高，投射精度远不及预期效果，检测效果不佳。单纯采用超声波透射法检测钢砼结构缺陷仅仅可检测钢砼结构界面处的缺陷，无法对钢砼结构内部进行探伤；传统超声检测分析装置，自动化程度及结果采集精度不高，不足以满足钢砼结构的探伤需求。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，通过组合使用超声反射与透射方法分别对钢砼结构内部及界面处的缺陷进行检测，准确判断缺陷的位置和大小。
技术方案：一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，所述方法包括以下步骤，
S1)获取对比试块原始波形图；
S2)获取待测钢砼结构内部缺陷波形图；
S3)比较所述原始波形图和所述待测钢砼结构内部缺陷波形图得到钢砼结构内部缺陷的位置和大小；
S4)获取待测钢砼结构界面处缺陷波形图；
S5)比较所述原始波形图和所述待测钢砼结构界面处缺陷波形图得到钢砼结构界面处缺陷的位置和大小。
优选的，步骤S1中获取对比试块原始波形图的方法包括，取对比试块，所述对比试块包括与待测钢砼结构一致的材料钢板和砼结构，通过超声波检测确认该试块无任何缺陷，并建立所述原始波形图。
优选的，步骤S2中获取待测钢砼结构内部缺陷波形图的方法包括，从待测钢砼结构外侧发射超声波，对待测钢砼结构内部缺陷进行检测；通过零相位滤波法处理和过滤掉待测钢砼结构界面处的反射波、介质不均等杂波，精准接收所述待测钢砼结构内部缺陷的希望信号，采用超声阵列法，通过角度补偿，多探头的线性叠加增强并放大希望信号，通过快速傅里叶变换获取希望信号的波形图，即所述待测钢砼结构内部缺陷波形图。
优选的，步骤S2中所述滤波方法为零相位滤波法。在接收期望声波前，采用零相位滤波法处理和过滤掉待测钢砼结构界面处的反射波、介质不均等杂波，具体方法如下：
滤波处理的差分方程为：
其中，a和b分别是滤波系数，根据材料特性和声波频率来调整，通过差分法削弱杂波直流偏量，来提高期望反射波的信号强度。以M＝N＝2,n＝0为例计算：
y(0)＝b0x(0)+b1x(-1)+b2x(-21-a1y(-1)-a2y(-2)
通过边界延拓可以有效地去除边界效应，从而过滤并削弱杂波的干扰，以更精确的获取期望波。
优选的，步骤S2中所述超声阵列法，通过角度补偿，多探头的线性叠加增强并放大希望信号，通过快速傅里叶变换获取希望信号的波形图，即所述待测钢砼结构内部缺陷波形图，具体方法如下：
本发明所用超声阵列法进行工作时利用8通道测量头，一个通道传输超声信号，其他七个通道接收回波。每个通道轮流发送，一个完整测量包含28次扫描，空间中反射的声压幅度因为声波相叠加而得到增强(相干波)，通过多次的发射接收提高期望波的回馈信号；采用S扫，即同时可以拥有许多角度的超声波，就相当于拥有多种角度的探头同时工作，检测效率更高，适用于自动化检测(见附图4、图5)。
优选的，步骤S4中获取待测钢砼结构界面处缺陷波形图的步骤包括，从待测钢砼结构外侧发射超声波，对待测钢砼结构界面处缺陷进行检测，射入的超声波经过钢砼结构交界面缺陷部位，超声波会绕过缺陷，从缺陷外侧穿过导致声程增大，造成声时的增大，通过对比所述原始波形图相应测点的声时、波幅和频率数据，判断待测钢砼结构界面处缺陷存在的位置和大小。
有益效果：相对于现有技术，本发明的有益效果是：
通过组合使用超声反射与透射方法分别对钢砼结构内部及界面处的缺陷进行检测，准确判断缺陷的位置和大小，本发明具有检测方法高速、精准度高等优点。
附图说明
图1为本发明超声波检测方法中双探头沿X向扫查示意图；
图2为本发明超声波检测方法中双探头沿Y向扫查示意图；
图3为本发明超声波检测方法中对比试块结构示意图；
图4为本发明超声阵列法测钢砼结构内部缺陷工作示意图；
图5为本发明超声阵列法测钢砼结构内部无缺陷工作示意图；
图6a为本发明超声波检测方法检测钢结砼结构时未发现缺陷示意图；
图6b为本发明超声波检测方法检测钢结砼结构时未发现缺陷的波形图；
图7a为本发明超声波检测方法检测钢结砼结构时检测到缺陷示意图；
图7b为本发明超声波检测方法检测钢结砼结构时检测到缺陷的波形图；
具体实施方式
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，包括以下步骤，获取对比试块原始波形图；如图3所示，对比试块包括与待检试件一致的本体材料4钢板和5砼结构，通过超声波检测确认该试块无任何缺陷，并获取其波形图；
获取待测钢砼结构内部缺陷波形图并进行比较；
1)超声波探伤仪发射超声波经超声信号转换器转换成超声波脉冲信号经钢结构外侧射入钢砼结构。
2)射入的超声波在钢结构砼结构交界面发生反射产生干扰信号B1，继续射入砼结构内部缺陷部位发生反射产生有效信号B2。
3)干扰信号B1经接收探头接收被过滤消减，超声阵列法放大有效信号B2，并准确传至超声波探伤仪的数据处理系统。
4)数据处理系统经零相位滤波处理方法分法、快速傅里叶变化，将有效信号B2转换为波形信号，经波形图对比分析，确定并输出砼结构缺陷位置及大小。
获取待测钢砼结构界面处缺陷波形图，具体步骤如下：
1)超声波探伤仪发射超声波经超声信号转换器转换成超声波脉冲信号经钢结构外侧射入钢砼结构。
2)射入的超声波经过钢砼结构交界面缺陷部位，超声信号会绕过缺陷，从缺陷外侧穿过导致声程增大，从而造成声时的增大，通过声时和振幅数据的比较，判断缺陷存在的位置和大小。
如图6a和6b所示，本发明提供一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，脉冲超声波经探头发射后的声波发射示意图和波形图。
如图1、图2所示，本发明超声法测钢砼结构缺陷分析方法扫查方向包括X方向扫查和Y方向扫查；X方向扫查时与双探头平行方向可检测缺陷是否存在；Y方向扫查时与双探头方向垂直方向可检测缺陷是否存在。
如图3所示，对比试块包括与待检试件一致的本体材料钢板4和砼结构5，通过超声波检测确认该试块无任何缺陷。
如图4、图5所示，本发明超声波测钢砼结构缺陷方法，通过超声阵列法增强并放大期望信号，通过快速傅里叶变换将声波信号转换成波形数据，对比分析得出存在缺陷。
本发明超声反射法测钢砼结构内部缺陷分析方法，声势超声反射法测钢砼结构内部缺陷检测方法包括以下步骤：
1)超声波探伤仪经超声发射探头R发射超声波脉冲信号经金属钢材外侧射入钢砼结构。
2)射入的超声波在钢板和砼结构交界面发生反射产生反射波B1，继续射入砼结构内部缺陷部位发生反射产生反射波B2。
3)反射波B1、B2经接收探头接收至探伤仪信号处理系统，信号处理系统过滤掉信号较强反射波B1，准确接收信号较弱反射波B2。
4)经过数据处理，确定并输出砼结构缺陷位置及大小。
如图7a、7b分别为未发现缺陷的波形图和发现缺陷的波形图，T为发射波，B为底波，F为缺陷波。
获取待测钢砼结构界面处缺陷波形图：具体步骤如下：
1)超声波探伤仪发射超声波经超声信号转换器转换成超声波脉冲信号经钢结构外侧射入钢砼结构。
2)射入的超声波经过钢砼结构交界面缺陷部位，超声信号会绕过缺陷，从缺陷外侧穿过导致声程增大，从而造成声时的增大，通过声时和振幅数据的比较，判断缺陷存在的位置和大小。
最后说明的是，本实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
S1)获取对比试块原始波形图及其声时、波幅和频率数据；
S2)获取待测钢砼结构内部缺陷波形图；具体包括：
从待测钢砼结构外侧发射超声波，对待测钢砼结构内部缺陷进行检测；采用零相位滤波法处理和过滤掉待测钢砼结构界面处的反射及由于介质不均产生的杂波，精准接收所述待测钢砼结构内部缺陷的期望信号，采用超声阵列法，通过角度补偿，多探头的线性叠加增强并放大期望信号，通过快速傅里叶变换获取期望信号的波形图，即所述待测钢砼结构内部缺陷波形图；
其中，所述零相位滤波法的具体方法如下：
根据材料特性和声波频率来调整，通过差分法削弱所述杂波的直流偏量，来提高期望反射波的信号强度；
滤波处理差分法采用的差分方程为：式中，a和b分别是滤波系数，且M＝N＝2，n＝0，i取自然数；
通过边界延拓可以有效地去除边界效应，从而过滤并削弱杂波的干扰，以更精确的获取期望波；
其中，采用超声阵列法，通过角度补偿，多探头的线性叠加增强并放大期望信号，通过快速傅里叶变换获取期望信号的波形图，即所述待测钢砼结构内部缺陷波形图具体为：利用八通道测量头，一个通道传输超声信号，其他七个通道接收回波；每个通道轮流发送，一个完整测量包含28次扫描，空间中反射的声压幅度因声波相叠加而得到增强，通过多次的发射接收提高期望波的回馈信号；采用S扫进行扫描，同时可获得多种角度的超声波，相当于拥有多种角度的探头同时工作；
S3)比较所述原始波形图和所述待测钢砼结构内部缺陷波形图得到钢砼结构内部缺陷的位置和大小；
S4)获取待测钢砼结构界面处缺陷声时、波幅和频率数据；
S5)比较所述原始波形图的声时、波幅和频率数据和所述待测钢砼结构界面处缺陷的声时、波幅和频率数据得到钢砼结构界面处缺陷的位置和大小。
2.如权利要求1所述的一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，其特征在于，步骤S1中获取对比试块原始波形图的方法包括：取对比试块，所述对比试块包括与待测钢砼结构一致的材料钢板和砼结构，通过超声波探伤仪检测确认该对比试块无任何缺陷，并建立所述原始波形图并通过超声波探伤仪获取声时、波幅和频率数据。
3.如权利要求1所述的一种超声波检测钢砼结构缺陷方法，其特征在于，步骤S4中获取待测钢砼结构界面处缺陷声时、波幅和频率数据的步骤包括：从待测钢砼结构外侧发射超声波，对待测钢砼结构界面处缺陷进行检测，射入的超声波经过钢砼结构交界面缺陷部位，获取待测钢砼结构界面处缺陷波形图以及声时、波幅和频率数据，通过对比所述原始波形图相应测点的声时、波幅和频率数据，判断待测钢砼结构界面处缺陷存在的位置和大小。
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