声波探测实验

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1、超声波检测试验1超声波检测原理超声波检测技术是近年来发展非常迅速的一项新技术，它在岩土体的检测中也得到了广泛地应用。它在岩土体检测中应用的基本原理是用人工的方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波，这种弹性波以各种形式在材料和结构内部传播并由接收仪器接收。由于介质的弹性模量、泊松比与介质的波速直接相关，而介质内的应力、应变、强度等物理力学参数与介质的弹性模量、泊松比有关，所以可以通过分析研究接收和记录下来的波动信号来评估岩土介质和结构的物理力学参数，了解它们的内部缺陷。由于超声波检测与其它检测方法相比具有轻便、灵活、可以大范围检测等一系列优点，因而在水利、矿业、交通、铁道、市政等地下工程中得

2、到广泛地应用。1.1超声脉冲穿透法检测原理室内超声波检测采用超声脉冲穿透法（又叫透射法），它是将发射探头和接收探头分别置于试样的两个相对面上，根据接收探头接收的超声波来评价试样的声学特性。我们室内检测采用的超声波检测仪是中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RSM-SY5型智能超声波检测仪，检测方法如图1所示。超声波在试样中传播的波速可以通过穿过试样的波形（如图2所示）来计算。从图2的波形可以通过超声波的起跳点来确定超声波在试样中传播的时间（单位为μs）。设试样的长度为L（单位为mm），则超声波的波速V（单位为m/s）为：试样RSM—SY5计算机接收探头发射探头输入发射图1室内超声波检测示意图起跳

3、点图2检测波形1.2一发双收检测原理室外超声波检测采用单孔“一发双收”法，现场超声波检测系统如图3所示。图3现场超声波检测系统一发双收换能器由一个发射换能器和两个接收换能器组成，发射换能器位于上端，接收换能器位于下端，三者的相对位置固定。以两个接收换能器的间距为实测距离，该间距的大小取决于对被测对象要求研究的详细程度，而不象“单发单收”那样受限制。但发射换能器和第一个接收换能器之间的距离则仍遵循“单发单收”法的要求。从发射换能器发射出的超声波，通过井液，产生沿井壁滑行的折射波，在到达各接收换能器时被接收换能器接收。两个接收换能器接收的超声波的时间差为，则超声波穿透井壁岩土体的纵波波速可由下式求

4、得：2试验仪器2.1超声波检测仪超声波检测仪是超声波检测系统最重要的组成部分，它由发射系统和接收系统两部分组成。发射系统是一个声源讯号发射器，它由方波发生器、断续振荡器、前置放大器、功率放大器和阻抗变换器所组成，其主要作用就是用来产生电振荡。接收系统由接收放大器、时标电路、同步分离电路、锯齿波扫描电路、发射延时及脉冲发射电路、稳压和整流器等组成，其主要作用是将换能器接收到的电信号加以放大并显示。试验使用的超声波检测仪是中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RSM—SY5型智能超声波检测仪。仪器有多种触发方式，可连续采样。仪器可自动记录波形、声时等参数，可对波形进行压缩、放大、分析等多种操作。仪器外

5、形如图4所示。图4仪器外形仪器的主要技术性能如下：（1）前置程控放大器。增益：1/10、1/5、1/2、1、2、5、10、100、200、500、1000、5000、10000倍（－20～80db）定点或浮点放大可程控；带宽：100Hz～1MHz。（2）模拟滤波器。高通：10Hz、1kHz、10kHz、100kHz四档；低通：1kHz、10kHz、100kHz、1MHz四档。（3）触发电路。触发方式：连击状态，外同步（EXT）、内同步（INT）；单击状态，信号自同步、键盘触发（适于稳态）；触发电平：20、40、80、160、320、640、1280、2500mV可选；触发延迟（或前置）：人工预

6、设或按信号初至自动寻找1、2～65536个采样周期。（4）模－数转换器。采样间隔：0.1～65535μs；幅值分辨率：12位±1/2LSB；每道采样长度：0.5K、1K、2K、4K、8K、16K可选。（5）声波发射电路。发射电压：500伏/1000伏可选；发射脉宽：0.1、0.2、…10、20…（μs）；同步信号输出：TTL电平负脉冲，有以控制外置振源。（6）串行通讯口：标准RS—232，波特率57600bps/19200bps可选。（7）电源电压：～220伏AC或＋12伏DC交直流两用。（8）工作温度：－10℃～＋40℃。3试验的注意事项3.1校零读取试样的波速时必须扣除检测系统造成的延时，

7、这样才能得到准确的波速值，这种扣除检测系统延时，得到准确波速的过程称为校零。由于检测系统延时受很多因素的影响（如温度，电压等），所以在每次启动仪器采集记录信号之前必须进行仪器的校零。RSM—SY5型智能超声波检测仪推荐的校零方法是用标准试棒的波形来进行校零。由于试验条件所限，我们就通过测定两个直接接触探头的波形来进行校零（如图5）。用这种方法来进行校零比较简便，也符合仪器的操作要求。延时图5仪器的