[发明专利]一种检测混凝土厚度的冲击回波方法

说明书

本发明公开了一种检测混凝土厚度的冲击回波方法，对被测混凝土表面施加机械冲击产生瞬时应力波，利用应力波中的纵波对混凝土进行无损检测；由机械冲击产生的应力波传播到混凝土结构中，遇到介质波阻抗不连续的界面时发生反射透射或绕射；当反射回波到达结构表面会再次被反射进入结构内部，这样多次的往复反射将激发结构的局部瞬态共振，从而使波形具有周期性特征；在信号的频谱中表现为对应于结构厚度或缺陷深度的频率峰值，通过对测试得到的回波信号进行频谱分析便可辨识被测混凝土结构的厚度与内部质量状况。本发明通过冲击回波法检测混凝土厚度，比较了不同冲击源对冲击回波信号的影响，提高了冲击回波法的检测效率。

技术领域

本发明属于机械检测技术领域，涉及到结构厚度的检测，具体涉及一种检测混凝土厚度的冲击回波方法。

背景技术

随着科技的不断发展，各种检测方法不断涌现。冲击回波法是20世纪80年代中期发展起来的一种基于应力波的无损检测技术。作为一种新兴的无损检测技术，其可用于检测只有单个检测面的单层结构厚度。相较于传统的超声波装置，其检测混凝土厚度存在能量不足的问题。

国内外学者一直在进行基于冲击回波法检测结构厚度的研究。R.Medin等人研究了利用互功率密度改善的冲击回波法；Lin等人将EMD分解运用到冲击回波法的信号分析当中，改善了信号的解释；Wang等人将冲击回波法用于检测高温炉的耐火墙的厚度，但其频谱中无法有效的得到对应的厚度频率，使得计算变得困难；HONG S，LEE等人在分析当前高炉炉衬检测技术的基础上，介绍了冲击回波法的基本原理和测试特点，并应用此方法对高炉炉衬进行法和超声脉冲速度法估算混凝土结构的厚度，并比较了两者的效果，验证了冲击回波法效果更好。从冲击回波法的相关文献中可知，冲击源对回波信号的质量有重大影响，现有技术中冲击回波法的检测效率还不高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种检测混凝土厚度的冲击回波方法，该方法通过冲击回波法检测混凝土厚度，比较了不同冲击源对冲击回波信号的影响，提高了冲击回波法的检测效率。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种检测混凝土厚度的冲击回波方法，对被测混凝土表面施加机械冲击产生瞬时应力波，利用应力波中的纵波对混凝土进行无损检测。

优选地，由机械冲击产生的应力波传播到混凝土结构中，遇到包括结构底面边界或内部缺陷在内的介质波阻抗不连续的界面时发生反射透射或绕射；当反射回波到达结构表面会再次被反射进入结构内部，这样多次的往复反射将激发结构的局部瞬态共振，从而使波形具有周期性特征；在信号的频谱中表现为对应于结构厚度或缺陷深度的频率峰值，通过对测试得到的回波信号进行频谱分析便可辨识被测混凝土结构的厚度与内部质量状况。

优选地，这些反射构成了一个时间曲线，时长只有几毫秒；将记录下来的时间信号进行数字化，通过傅里叶变换进行时域到频域的转换；由于结构内部的应力波的多次反射形成的主导频率在该频谱中以峰的形式出现。

优选地，所述机械冲击采用小钢球敲击，输入脉冲函数近似为半正弦曲线，其宽度和相应的接触时间取决于所用的冲击源尺寸。

优选地，对于作用于混凝土的钢球，其与结构表面的接触时间表示为钢球直径的线性函数，表达式为：t_c＝0.0043D，其中，D为钢球的直径，单位为m；t_c为钢球与结构表面的接触时间，单位为s。

优选地，冲击源的最大频率定义为：f_max＝1.25/t_c，其中t_c为钢球与结构表面的接触时间。

优选地，所述混凝土结构的厚度或缺陷深度采用以下公式求解：