基于超声波的混凝土缺陷检测方法研究与实现

发布时间：2020-05-22 10:13

【摘要】：混凝土是现代工程建筑中最重要的结构材料之一。混凝土结构的质量会直接影响整个建筑的安全性和耐久性。因而对混凝土建筑物的质量评估显得相当重要。本文通过研究超声波在混凝土内的传播机理和特点以及混凝土缺陷检测方法,以混凝土内部由于木棒、夹泥、杂物或石子架空等导致的空洞与不密实缺陷为主要研究对象,设计了一种基于超声波的混凝土缺陷检测系统,为超声波在混凝土建筑中缺陷检测的研究和应用提供一种有效的辅助手段。首先,本文利用超声无损检测技术,从声学基础和理论出发,分析并总结了超声波在混凝土介质中的传播特性,进而分析混凝土中存在缺陷对声时、声速、幅值和频率等主要超声波声学检测参数的影响。先是通过简化的混凝土与内部缺陷模型,分析混凝土内部存在缺陷对超声波到达时间和传播速度的影响。再从声波散射角度,借助MATLAB对自由圆球散射声场进行仿真与对比分析,从而研究混凝土空洞缺陷对幅值、声时和声速的影响。然后,以此为理论依据展开工作,综合微电子技术、计算机技术、传感技术等设计了一套基于超声波的混凝土缺陷检测系统。整体系统分为硬件电路设计和软件设计两部分。硬件部分主要包括超声波驱动电路、超声波接收信号调理电路和数据采集电路。选用高性能ARM处理器S5P4418作为主控制器,整体硬件系统实现了小型化设计。在搭建的Linux平台实现整体软件系统功能设计,主要涉及数据采集驱动程序、网络数据传输以及QT上位机界面的开发。在开发的QT上位机界面中,实现超声波在混凝土中的主要声学参数检测、波形显示和数据存储等功能。最后进行系统整体硬件和软件调试,在对系统声时校验后,利用对测法完成了混凝土缺陷试块检测实验,通过数据处理与结果分析判定出缺陷异常点,从而验证了整体系统设计的可行性。
【图文】：

承重柱

混凝土因其耐久性好，强度高，可塑性强并且成本低廉，原材料丰富而被广泛应用在各逡逑种建筑物中。实际生活中不论是民用住房还是基|帕憾夹枰褂么罅康幕炷敛牧希义先缦峦迹保彼荆殖〗街炷粱×骸６炷两峁菇ㄖ闹柿坎唤鍪茉牧系挠板义舷欤故芟殖∈┕び跋欤炷琳庖桓春喜牧媳旧砭痛嬖谛矶嗖蝗范ㄒ蛩兀绻僖蛭义鲜┕げ僮鞑还娣叮芾硌槭帐韬鲆怕秃苡锌赡艽嬖诎踩嘉侍狻Ｓ纱丝杉艋戾义夏两峁鼓诓看嬖谥柿课侍猓蛘鼋ㄖこ痰陌踩杂肽途眯晕薹ǖ玫奖Ｕ希猩蹂义险撸坏┏鱿纸ㄖ锾鹿试蚧嶂苯油驳饺死嗟纳踩Ｒ虼耍嗟庇斜匾孕洛义暇苫炷两ㄖ锝兄柿科拦篮图觳猓Ｖそㄖこ痰陌踩涂煽啃浴ｅ义蟇逡逑图丨－１浇筑混凝土基础梁逦图１－２现场承重柱检测逡逑一般地，对于混凝土建筑物的评估与验收，主要是对结构混凝土建筑进行质量检测。逡逑Ｉｆｌｊ混凝土建筑的质量评估主要是根据结构混凝土的强度和缺陷这两项指标开展检测，如逡逑图１－２所示为现场承重柱质量检测。混凝土缺陷是指破坏混凝土的连续性和完整性

示意图,纵波,示意图,质点

混凝土缺陷检测系统的检测目标与方法，为整体系统设计和实现提供理论支撑。逡逑声波的基本特性逡逑．１声波的种类和形式逡逑振动在介质中的传播过程即是波动，质点因振动而产生能量传递造成相邻质点跟随逡逑振动，从而实现能量的相互传递。人们通常根据超声波的传播方向和质点的运动方向，，逡逑超声波划分为纵波、横波、表面波和板波等波型［１４］。逡逑（１）纵波逡逑纵波是由于声波传输介质受到拉力和压力的交替作用，产生相应的交替伸缩变形，逡逑质点以疏密相间的形式横向振动。如图２－１所示，质点沿横轴方向振动，声波的传播逡逑向也是沿横轴，两者是运动方向相同。任意弹性介质随着自身容积的变化都会引起弹逡逑力的出现，在拉力和压力交替作用下为纵波的传播创造了条件。因此，纵波可以在固逡逑，液体和气体媒介屮传播Ｗ１。－般在超声波检测混凝土时都是利用纵波进行理论分析。逡逑？Ｍ逦？逦？逦？S脇rＭ逦S缅危垮危縎缅蝲rＭ逦？逦？逦？逦？逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU755.7;TP274.53

【参考文献】