砼聲測儀器與砼聲測技術(shù)是在相互制約而又相互促進的過程中得到發(fā)展的,自20世紀60年代以來,我國砼聲測儀器和發(fā)展大致經(jīng)歷了4個階段:
第一階段: 20世紀60年代是聲波檢測技術(shù)的開拓階段,聲測儀是電子管式的儀器,如UCT-2型、CTS-10型等,現(xiàn)已被淘汰;
第二階段:模擬式超聲儀階段。20世紀70年代是聲波檢測方法研究及推廣應(yīng)用階段,聲測儀是晶體管化集成電路模擬式超聲儀,代表儀器有湘潭無線電廠的SYC-2型巖石聲波檢測儀,天津建筑儀器廠的SC-2型,汕頭超聲電子儀器廠的CTS-25型等,這類儀器一般具有示波及數(shù)碼管顯示裝置,手動游標讀取聲學(xué)參量,為推動我國砼聲測技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。在70年代中期我國生產(chǎn)的非金屬超聲儀及其配套使用的換能器與國外同類儀器相比(如美國CNC公司的Pundit型,波蘭的N2701,日本MARUT公司的Min-1150-03型等),在技術(shù)性能方面已達到或超過它們的水平。
第三階段:數(shù)字式超聲儀階段。20世紀80年代是聲波檢測技術(shù)進一步發(fā)展與提高階段,80年代初期國外推出了電腦控制的聲波檢測儀(如日本OYO公司的5217A型等),砼超聲儀進入了數(shù)字化儀器階段,而我國卻由于在計算機的應(yīng)用方面滯后于國外水平,80年代未期,才開始數(shù)字化砼超聲儀的研究,之后以很快的速度發(fā)展,這批儀器大多采用Z80CPU,通過儀器與微機的聯(lián)系,實現(xiàn)了不同程度的聲參量的自動檢測,并具有一定的處理能力,使現(xiàn)場檢測及后期數(shù)據(jù)處理速度大大加快。初級數(shù)字化超聲儀的代表型號為CTS-35型,CTS-45型和UTA2000A型。各種數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用是進一步發(fā)展混凝土無損檢測技術(shù)的突破口。
第四階段:智能型超聲儀階段。20世紀90年代是追趕并超過國際水平的階段,隨著聲測技術(shù)的發(fā)展,檢測市場的擴大以及計算機技術(shù)的深入應(yīng)用,自90年代中期以來,我國各種型號的數(shù)字式超聲儀相繼問世,代表儀器有北京市市政工程研究院(北京康科瑞公司)的NM-2A型,該儀器采用計算機作為主控單元,具備了高速數(shù)據(jù)采集和處理能力,可以實現(xiàn)聲學(xué)參量的自動判讀、記錄與存儲,并具有強大的后期數(shù)據(jù)分析處理功能,之后相繼推出的有巖海公司的RS-STO1C型、同濟大學(xué)的U-Sonic型、巖土所的RSM-SY2、RSM-SY5,成都工程檢測研究所的CUT型砼超聲儀等等。
縱觀超聲儀的發(fā)展歷程,砼聲測儀發(fā)展趨勢――更加便攜、更加智能化,近年以嵌入式ARM處理器技術(shù)和大規(guī)??删幊踢壿嬰娐啡?span lang="EN-US">FPGA、CPLD技術(shù)等的迅猛發(fā)展,為數(shù)字化的智能型超聲儀的發(fā)展提供了可靠的硬件平臺,在整機方面則進一步向小型化、便攜式、內(nèi)置電源方向發(fā)展,砼聲測儀要進一步提高的主要技術(shù)性能是高靈敏度,寬頻帶,大動態(tài)范圍,低噪聲以及強抗干擾能力,現(xiàn)場測試的智能化程度也有待進一步發(fā)展。基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā)技術(shù)使砼聲測儀的信號處理和分析軟件的功能更加強大、靈活,儀器的智能化程度將大大提高,簡化現(xiàn)場檢測的工作,提高現(xiàn)場檢測的自動化程度,大幅提高檢測的效率。一些先進的信號處理方法如小波變換等以及CT(層析成像)技術(shù)的應(yīng)用,使砼聲測儀的分析處理軟件的處理結(jié)果圖像化,3D立體化,更加直觀。
嚴格意義上來講,上面我們所述的砼超聲儀應(yīng)該稱之為砼超聲儀主機,實際應(yīng)用時,還要配上發(fā)射和接收換能器,構(gòu)成一套砼超聲測試系統(tǒng),換能器性能的好壞對測試結(jié)果有著直接影響。隨著砼超聲儀的發(fā)展,工程檢測任務(wù)的多元化,換能器的類型也多種多樣,各自適用的范圍也有所不同,詳見表1所列。
表1 換能器的類型及其特點
換能器類型 |
諧振頻率范圍(kHz) |
阻抗范圍(Ω) |
指向性 |
耦合方法 |
適用測試范圍 |
夾心式 (喇叭形) |
10~50 |
幾至十幾 |
無 |
黃油或凡士林 |
表面及平面 測試 |
增壓式 |
25~35 |
1000左右 |
有 |
水 |
鉆孔中跨孔 測試 |
圓管型 |
一般為20~40 |
1000~2000 左右 |
無徑向指向性,長度大時有軸向指向性 |
水 |
鉆孔中跨孔 測試 |
一發(fā)雙收型 |
30左右 |
無 |
水 |
鉆孔中單孔 測試 |
|
單片彎曲 振動式 |
5~20 |
無 |
黃油或凡士林 |
表面及平面 測試 |
|
高頻換能器 |
100~1000 |
10左右 |
無 |
黃油或凡士林 |
巖樣測試 |
橫波換能器 |
40~400 |
無 |
多層鋁箔或銀箔 |
試巖樣及短距離表面測試 |