如何检测超声波？——从基础原理到工程实践的全面解析

一、超声波检测的基本原理是什么？

超声波是指频率超过20kHz的机械波，具有穿透性强、能量损失小、定向性好等特点。其检测原理基于弹性波在介质中传播时遇到的物理现象：

1.
反射现象：当声波从一种介质传播至另一种声阻抗不同的介质时，会在分界面产生反射，反射波强度与两种介质的声阻抗差成正比

2.
折射与透射：部分声波会穿过界面继续传播，传播方向随介质声速变化发生偏折

3.
波形转换：超声波遇到缺陷时会产生波幅衰减、波形畸变、波速降低等现象，这些变化成为缺陷识别的依据

在混凝土检测中，通过测量声速、波幅、主频三个关键参数的变化，可精准判断内部缺陷情况。

二、超声波检测需要哪些设备？

完整的超声波检测系统应包含以下核心组件：

1.
超声波检测仪：产生电脉冲并接收处理信号的核心设备

2.
换能器：包含发射和接收探头，实现电信号与声波的相互转换

3.
声测管：预埋在桩身内的检测通道，通常采用钢管或PVC管

4.
耦合剂：常用清水、凡士林或黄油，确保超声波有效传递至被测介质

5.
深度计数器：精确定位检测位置的辅助设备

对于特殊应用场景，还可选用相控阵超声波检测系统，通过控制多个小型探头的发射时序实现全方位扫描，生成高分辨率图像。

三、现场检测的具体操作流程是怎样的？

前期准备阶段：

• 确认声测管畅通且内部灌满清水作为耦合介质
• 测量声测管间距并记录初始参数
• 检查设备完好性，包括电缆完整性、计数器灵敏度等

现场实施步骤：

1.将换能器同步下放至管底，确保处于同一深度

2.采用三脚架固定导杆，保持计数器处于水平状态

-在管口安装滑轮保护电缆，避免被毛刺损伤

3.按照预设间距（通常10-20cm）逐点采集数据

4.实时观察波形变化，对异常区段加密测量

数据采集要点：

• 同步记录声时值、波幅值和主频值
• 保存典型位置的完整波形谱图
• 记录环境温度、混凝土龄期等影响因素

四、超声波检测主要采用哪些方法？

根据换能器布置方式的不同，可分为三类典型方法：

1.桩内跨孔透射法（标准方法）

• 布置方式：在预埋的声测管间进行对测
• 实施要点：发射与接收换能器保持相同高程同步移动
• 适用场景：新建桩基完整性检测

2.桩内单孔透射法

• 布置方式：同一孔道内设置发射和接收换能器，中间用隔声材料隔离
• 特殊要求：孔道内不得有钢质套管
• 典型应用：钻芯取样后的补充检测

3.桩外孔透射法

• 布置方式：在桩侧土体中钻孔设置接收换能器
• 局限性：土体对超声波衰减严重，可检测深度有限
• 适用场景：已施工桩基或未预埋声测管的情况

在具体检测过程中，可根据需要采用平测法、斜测法或扇形扫测法等不同扫描方式。

五、如何分析和判定检测数据？

多参数综合分析法：

1.
声速判据：混凝土强度与波速正相关，声速异常降低区域提示存在疏松、孔洞等缺陷

2.
波幅判据：波幅对缺陷敏感度最高，显著衰减往往表明存在裂缝、夹泥等严重缺陷

3.
PSD判据：结合声时和深度变化的斜率判据，对界面型缺陷尤为敏感

缺陷判定流程：

• 首先观察声速-深度曲线和波幅-深度曲线的整体趋势
• 重点关注声速低于临界值且波幅同时衰减的区段
• 结合波形畸变程度和主频变化进行综合判断
• 对可疑区域采用斜测或扇形扫描进一步验证

六、超声波检测有哪些技术优势？

1.
非破坏性：检测过程不对结构造成损伤

2.
检测精度高：可识别毫米级裂缝和空洞

3.
检测深度大：适宜大体积混凝土结构的内部检测

4.
量化分析：能够评估混凝土强度和缺陷尺寸

5.
效率较高：适合大面积普查和快速筛查

七、超声波检测存在哪些局限性？

技术本身的局限性：

• 表面粗糙度、湿度和温度变化会影响检测结果
• 混凝土材料的非均匀性可能导致信号解读困难
• 对于深埋或尺寸较小的缺陷，检测效果可能不理想

操作要求方面：

• 对操作人员的技术经验和理论水平要求较高
• 检测结果的准确性依赖于设备校准和参数设置

八、超声波检测技术在哪些领域有典型应用？

土木工程领域：

• 基桩完整性检测：灌注桩、预制桩的质量评定
• 桥梁桩基检测：直径1.2-2.8m的大型钻孔灌注桩
• 混凝土结构损伤评估：裂缝深度检测、表层损伤诊断

机械制造领域：

• 钢结构疲劳损伤监测：采用超声导波技术实现大型钢结构实时评估
• 材料探伤和可靠性评定

随着技术进步，超声波检测已从单一参数判断发展为多参数融合分析，为工程质量控制提供了强有力的技术支撑。