[发明专利]利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态

权利要求书

1.利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态，其特征在于：当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。

设入射波的声压为P0（声强为I0）、反射波的电压为Pr（声强为Ir）、透射波的声压为Pt（声强为It）。

界面上反射波声压P与入射波声压P0之比称为界面的声压反射率，用r表示，即r=Pr/P0。

界面上透射波声压Pt与入射波声压P0之比称为界面的声压透射率，用t表示，即t=Pt/P0。

在界面两侧的声波，必须符合下列两个条件：

（1）界面两侧的总声压相等，即p0+pr=pt（相位关系，力平衡）

（2）界面两侧质点振动速度幅值相等，即（p0-pr）/Z1=pt/Z2（能量平衡）

由上述两边界条件和声压反射率、透射率定义得：

。

2.根据权利要求1所述的利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态，其特征在于：所述声压反射率r和透射率t分别为：

界面上反射波声强Ir与入射波声强I0之比称为声强反射率，用R表示。

界面上透射波声强It与入射波声强I0之比称为声强透射率，用T表示。

超声波垂直入射到平界面上时，声压或声强的分配比例仅与界面两侧介质的声阻抗有关。由以上几式可以导出：

T+R=1、t-r=1。

3.根据权利要求1所述的利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态，其特征在于：钢管与混凝土二者黏结状态良好，则超声波垂直入射到钢管与混凝土黏结界面时，钢中声阻抗Z1=4.50×106g/cm2·s，混凝土中声阻抗Z2=1.07×106g/cm2·s ，则超声波在钢/混凝土界面的声压反射率r、透射率t及声强反射率R、透射率T为：

。

4.根据权利要求2所述的利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态，其特征在于：钢管与混凝土产生脱层，二者中间会有空气进入，当采用超声波从外部垂直入射时，这时的界面变为钢/空气界面。钢中声阻抗Z1=4.50×106g/cm2·s ，空气的声阻抗Z2=4×10-5g/cm2·s ，则超声波在钢、空气界面的声压反射率r、透射率t。

。

5.根据权利要求2所述的利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态，其特征在于：所述声强反射率R、透射率T为：

。

6.根据权利要求2所述的利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态，其特征在于：钢管与混凝土结合状态良好时，界面的声压反射率为61%；当发生脱层时，声压反射率为100%，当黏结状态改变时，界面的对超声波的声压反射率也随之变化。

7.根据权利要求2所述的利用超声波检测钢管与混凝土界面的黏结状态，其特征在于：采用专用的超声波检测仪器为USMGo探伤仪，通过测定声压反射率的变换判断钢管与混凝土黏结状态。