1、預應力橋梁管道灌漿質量檢測用沖擊回波測試儀使用說明書湖南芯儀電子科技有限公司目錄1.適用范圍 (12.測試原理 (12.1沖擊回波技術 (12.2儀器測試原理 (22.3超聲透射缺陷測試技術 (23.性能介紹 (43.1性能特點 (43.2技術參數 (44.測試主機 (54.1儀器外形 (54.2硬件與按鍵功能 (54.3顯示界面 (65.操作說明 (155.1儀器連接 (155.2單面缺陷測量 (165.3波速標定 (185.4時差超聲測量 (185.5超聲透射缺陷測試 (196.維護與維修 (206.1電池充電 (206.2儀器保養 (216.3儀器維修 (21 SET-PI2-01型沖擊

2、回波測試儀說明書SET-PI2-01型沖擊回波測試儀是一款以沖擊回波檢測技術為基礎的鋼筋混凝土結構內部缺陷檢測專用的便攜式測試儀器。儀器采用7寸高亮度真彩液晶觸摸顯示屏,獨立、交互式按鍵/觸摸操作,操作方便;單/雙通道數據采集,能夠同時進行測試,測試效率高,雙通道波速測試方便快捷;數據存儲使用SD卡,存儲容量大,數據保存、讀取方便;儀器配置專用信號激發裝置,使用方便,敲擊信號穩定度高,重復性好;專業化的數據后處理軟件可實現色譜成像,缺陷識別精度高。1.適用范圍(1鋼筋混凝土橋梁綜合檢測(混凝土抗壓強度、厚度、裂縫深度、空洞、密實度、結合面質量、表面損傷層厚度;(2橋梁預應力管道注漿密實度;(3

3、混凝土路面、瀝青層公路邊坡厚度與結合面質量;(4隧道襯砌厚度與結合面質量;(5飛機跑道厚度與內部缺陷。2.測試原理2.1沖擊回波技術沖擊回波法是一種基于應力波傳播特性的無損檢測法,其原理是利用機械方式沖擊混凝土表面產生應力波,該應力波會在結構中傳播,因為波阻抗的差異,應力波會被內部缺陷和外部表面反射,來回反射的應力波會形成一種特殊模態,在激發點附近由接收換能器接收回波信號并將信號通過快速傅里葉變換轉換至頻域中,通過分析主頻大小評定結構厚度和內部缺陷情況。圖2.1為沖擊回波法測試混凝土內部缺陷原理示意圖。與傳統超聲波檢測技術比較,沖擊回波檢測技術優勢主要體現在單面檢測、檢測厚度大、不需要耦合劑。

4、此外,沖擊回波檢測結果受混凝土結構材料組分和內部結構狀況差異的影響小。 圖 2.1沖擊回波測試技術原理2.2儀器測試原理機械波在介質中傳播并在某個界面反射,界面與機械波傳播起點距離為S ,則波速V p 與頻率f 滿足如下關系式:f V p2S (1在上式(1中三個未知量中,對于同一鋼筋混凝土結構構件波速V p 為不變的常量。利用SET-PI2-01沖擊回波測試儀我們可以首先應用反射波法或透射波法測試出構件波速。對于未知的缺陷位置,僅需要已知(1式中的頻率f 即可計算、確定缺陷位置。SET-PI2-01沖擊回波檢測儀將測試過程中的機械應力波進行實時記錄,將這些測試信號導入相關測試軟件,軟件對其進

5、行傅里葉頻譜變換,譜圖中的主頻為沖擊表面、缺陷界面及其它界面之間的多次反射產生瞬態共振所致,通過對主頻的提取即可以確定結構中缺陷位置。圖2.2為缺陷邊界與底邊反射頻譜示意圖。(af(b圖2.2底邊反射與缺陷邊界反射:(a已知厚度混凝土塊;(b頻譜圖2.3超聲透射缺陷測試技術 聲波是彈性波的一種,若視混凝土介質為彈性體,則聲波在混凝土中的傳播服從彈性波傳播規律,由發射探頭發射的聲波經構件到達接收探頭。探頭發射的聲波會在發射點和接收點之間形成復雜的聲場,聲波將分別沿不同的路徑傳播,最終到達接收點,其走時都不盡相同。但在所有的傳播路徑中總有一條路徑,聲波走時最短,接收探頭接收到該聲波時,形成信號波形

6、的初始起跳,一般稱為“初至”,當樁身完好時,可認為這條路徑就是發射探頭和接收探頭的直線距離,是已知量;而初至對應的聲時扣去聲波在測管、水之間的傳播時間以及儀器系統延遲時間,可得聲波在兩測管間混凝土介質中傳播的實際聲時,并由此可計算出所對應的聲速。當構件內存在斷裂、離析等缺陷時,破壞了構件介質的連續性,使聲波的傳播路徑復雜化,聲波將透過或繞過缺陷傳播,其傳播路徑大于直線距離,引起聲時的延長,而由此算出的波速將降低。另外,由于空氣和水的聲阻抗遠小于構建的聲阻抗,聲波在構件中傳播過程中,遇到蜂窩、空洞或裂縫等缺陷時,在缺陷界面發生反射和散射,聲能衰減,因此接收信號的波幅明顯降低,頻率明顯減小。再者,

7、透過或繞過缺陷傳播的脈沖波信號與直達波信號之間存在聲程和相位差,疊加后互相干擾,致使接收信號的波形發生畸變。綜上所述,當樁身某一段存在缺陷時,接收到的聲波信號會出現波速降低、振幅減少、波形畸變、接收信號主頻發生變化等特征。超聲波透射法就是根據構件中聲學參數測量值的相對變化,分析、判別其缺陷的位置和范圍,評定構件質量類別。下圖5.1為超聲透射測試原理示意圖。 圖2.3透射法超聲檢測原理利用SET-PI2-01沖擊回波測試儀可以獲取聲波在構建內的傳播時間、幅值 等信息。將這些測試信號導入相關測試軟件,軟件對其進行各類參數的自對比分析,并通過一定算法實現異常區域的圖像顯示,從而獲取缺陷位置、尺寸信息

8、。3.性能介紹3.1性能特點SET-PIE-02型沖擊回波檢測儀具備眾多優勢,其具體性能特點如下:(1主機操作界面友好,觸摸、按鍵均可操作,交互式參數設置與測試操作;(2單面檢測,無需耦合劑,檢測方便、快捷,檢測結果直觀、準確可靠;(3儀器小巧輕便,易于攜帶,操作方便;(4儀器配置信號自動激發裝置,敲擊信號穩定可靠,重復性極好;(5數據存儲方式采用大容量SD卡存儲,測試數據讀取方便快捷;(6數據保存時可同時保存工程名稱、測試組、測試時間等,方便數據調取查看;(7專業的數據處理軟件可用于后期缺陷位置分析;(8高性能內置大容量鋰電池(8.0Ah,適用于野外長期測試使用。3.2技術參數見下表3.1。

9、表3.1SET-PI2-01型沖擊回波測試儀技術參數通道數量2通道數據采集1發射通道測試精度幅度精度優于0.1%頻率精度優于0.1%觸發方式手動/自動/信號觸發采樣率12.5/25/50/125/250/500KHz 1.25M接收靈敏度<30V采樣字節1K控制系統MCU增益5092dB共8檔可調緩存256K聲時精度0.4s顯示模式7寸真彩液晶存儲介質SD卡,4GB發射脈寬1255s連續可調操作方式按鍵/觸屏 供電模式內置8.0Ah鋰電池傳感器類型加速度/平面探頭主機尺寸237×186×69mm主機重量 1.3Kg防護箱尺寸400×300×150m

10、m防護箱重量 2.5Kg4.測試主機4.1儀器外形SET-PI2-01型沖擊回波測試儀外形如圖4.1(a所示,正面面板為液晶顯示屏和主要按鍵;儀器后側配置有2個信號接收通道接口和1個附加壓電發射接口,如圖4.1(b所示;左側有電源開關、USB接口以及SD卡插口,如圖4.1(c所示;右側配置有1個數據傳輸接口,如圖4.1(d所示。圖4.1外形圖:(a正面外形;(b后側外形;(c左側外形;(d右側外形4.2硬件與按鍵功能(1電源開關:儀器電源開關,往上按開機,往下按關機。(2電源插口:供內置電池充電使用。(b (3顯示屏:顯示屏為7寸高亮度液晶屏,可實現觸摸操作。(4通道1:通道一傳感器接口,信號

11、采集通道。(5通道2:通道二傳感器接口,信號采集通道。(6發射:附加壓電發射通道,配置壓電傳感器可做通用型非金屬聲波儀使用。(7COM接口:與計算機連接更新軟件。(8SD卡插口:插入SD卡方便檢測數據存儲與讀取。(9USB接口:與計算機連接,可對SD卡內測試數據文件進行操作。按鍵:【F】采集信號手動保存快捷鍵;【脈寬】自動敲擊裝置發射脈寬調節快捷鍵;【返回】返回上一級界面快捷鍵;【】主菜單下子選項選擇,時間游標向右移動按鈕;【菜單】菜單選擇;【】主菜單下子選項選擇,時間游標向左移動按鈕;【確認】確認選擇;【采集】信號采集快捷鍵。4.3顯示界面下圖4.2為儀器開機主界面,開機界面中共3個選項,分

12、別為“1.厚度測量”、“2.波速標定”、“3.時差超聲”、“4.結構超聲”、“5.系統設置”。點擊對應的選項或按【菜單】鍵選中對應功能后按【確認】鍵進入,或直接屏幕上對應菜單項既可以進入。 圖4.2開機界面沖擊回波:混凝土內部缺陷當面檢測界面;波速標定:已知混凝土厚度測試波速界面;時差超聲:雙通道時差法測試混凝土波速界面,本儀器不做詳細介紹;結構超聲:透射法測試結構波速以及內部缺陷界面;系統設置:設置系統時間以及校準屏幕。儀器四個測試界面較為類似,現以厚度測量界面為例詳細說明,下圖4.3即為厚度測量。測量界面主要分為“菜單欄”、“狀態欄”、“采集信號顯示區”、“文件名與測試參數設置區”文以及“

13、功能按鈕區”。菜單欄主要為儀器信號采集參數設置項,主要有信號觸發方式、信號放大增益、信號采樣頻率等設置;狀態欄主要顯示當前界面下的信號狀態,主要有信號幅值放大倍數、頻譜幅值放大倍數、測試方式狀態、游標狀態等。采集信號顯示區顯示采集信號波形以及頻譜,在“沖擊回波”與“波速標定”界面,分區基線以上為波形圖,分區基線以下圖形為頻譜圖;在“時差超聲”與“結構超聲”界面,分區基線以上為通道1采集信號的波形圖,分區基線以下為通道2采集信號波形。功能按鈕區主要實現某些狀態切換,主要有游標1與2切換、采集方式狀態切換,以及脈寬設置、信號采集與保存功能。文件名與測試參數設置區主要為測試文件命名與波速設置,其中波

14、速設置為厚度測量的關鍵參數。 圖4.3厚度測量界面(1菜單欄測試界面選擇,可在此直接切換測量界面。直接點擊“1.厚度測量”或按【菜單】選中測試選項,再按【】或【】鍵切換,最后點擊【確認】鍵即可完成相關切換。觸發方式選擇,可根據測試需要進行信號觸發方式選擇,觸發方式有“同步觸發”和“信號觸發”兩個選項。同步觸發方式僅用于雙通道時差法測試波速,其他測試均選用選用“信號觸發”方式。此功能在儀器個測試界面已默認對應設置,通常情況無需設置。放大增益依據信號幅度進行選擇,儀器放大增益有50/56/62/68/74/80/86/92 dB共9檔可選。增益越大信號幅度越大,儀器默認放大增益為50dB。放大增益

15、選擇需配合脈寬進行調節,調節原則為在允許的脈寬設置范圍內選擇較小的放大倍數,最終盡可能保證信號幅值合適、清晰完整?！皼_擊回波”與“波速標定”界面放大倍數選擇5074dB為宜;“時差超聲”與“結構超聲”界面放大倍數放大增益選擇較大增益值,保證起跳首波明顯易識別。(a“沖擊回波”與“波速標定”界面信號示例 (a(b分區基線分區基線(c(d分區基線分區基線圖4.4信號波形示例:(a信號幅值偏小;(b信號幅值適中;(c信號幅值最佳;(d信號幅值偏大上圖4.4中所示信號為選用50dB放大增益,不同發射脈寬所采集的信號。其中圖4.4(c信號為最佳信號,該信號最大幅值靠近分區基線。圖4.4(a中信號幅值偏小

16、,需增加放大增益或提高發射脈寬;圖4.4(b中信號幅值有所增加,可視為有效信號,可適當提高放大增益或發射脈寬;圖4.4(d中信號幅值過大,出現削波現象;需降低發射脈寬。(b“時差超聲”與“結構超聲”界面信號示例時差法測試波速關鍵在于識別時差,時差識別關鍵在于信號首波起跳點判定。該兩個界面下信號采集要求首波起跳點明顯或有明顯的相似周期,當首波起跳點不明顯時相似周期的波峰或波谷易識別。下圖4.5中所示信號為選用50dB 放大增益,不同發射脈寬采集的信號。在圖4.5(a中,通道1信號首波起跳點較明顯,通道2信號幅值很小,首波起跳點無法識別,并且兩個通道波形周期相似性不明顯,此情況需要增加發射脈寬或提

17、高放大增益;圖4.5(b中通道1與通道2起首波跳點均較明顯,基本可以識別,并且兩個通道波形周期相似性較明顯,可識別每個波形的同一周期波峰作為識別點,此情況可視作有效信號,可適當提高發射脈寬或放大增益;圖4.5(c中通道1和通道2信號幅值均較大,并且首波起跳點均很明顯,同時其周期相似度也很高,此信號即為最佳信號。 圖4.5信號波形示例:(a起跳點不明顯且無相似周期;(b起跳點較明顯且有相似周期;(c起跳點明顯且有相似周期采樣頻率依據信號主頻和采樣定理進行選擇。儀器采樣率有2.5/5/12.5/25/50/125/250/500KHz 和1.25MHz 共9檔可選,采樣率設置為主頻值的510倍左右

18、,并盡量選擇高采樣率。例如,信號主頻值發f1顯示為10KHz ,則采樣率可選用范圍為50100KHz ,此時儀器采樣率最佳采樣率可設置為125KHz 。儀器“沖擊回波”與“波速標定”界面默認采樣率為125KHz ;時差測波速與結構超聲界面默認采樣率為1.25MHz ,此兩個測試界面采樣率通常情況無需改動。保存方式選擇有手動和自動保存兩類方式,若選擇手動保存,信號采集完成后需要按右側的“保存”按鈕保存數據,或按【F 】鍵快速保存數據;若選擇自分區基線起跳點(a(b(c分區基線起跳點起跳點相似周期相似周期起跳點起跳點分區基線相似周期相似周期可識別波峰點可識別波峰點 動保存則信號采集同時信號也將自動

19、保存。 圖4.6菜單選項子選項(2狀態欄采集信號與頻譜圖狀態參數:顯示當前波形和頻譜圖縱向縮放倍數以及橫向縮放倍數。例如“CH13×|/2CH24×|/2”即表示采集信號波形縱向放大3倍,橫向縮小2倍,頻譜圖縱向放大4倍,橫向縮小2倍。操作方式為點擊屏幕相應區域,下圖4.7為屏幕區域功能。除波形放大、縮小功能外,點擊屏幕某些區域還可以實現波形左右/上下平移。在平移對應觸摸區域,點擊拖動,即可實現左右、上下平移功能。圖4.7中已給出對應操作區域,在平移功能中有重合區域,此時儀器有自動智能感應功能,在重合區域依據觸點移動方向波形跟隨移動。 圖4.7波形平移/縮放功能區 時間分辨

20、度:屏幕橫向網格時間寬度,例如圖4.7中Time200s即表示橫向方向上每個網格時間寬度為200s。采集方式狀態:儀器信號發射采集方式有兩類,一類為手動信號采集,一類為自動連續信號采集。連續采集時儀器默認時間間隔為1s。儀器默認為手動采集,“沖擊回波”和“波速標定”兩個界面采集方式僅可使用手動采集。工作狀態:信號采集完成后顯示“測試完成”字樣,信號等待采集時顯示“等待采集”字樣。游標狀態:時間游標選擇狀態,例如圖4.7中顯示“游標1”,則表示時間游標1被選中,按【】或【】鍵即可移動游標1,也可點擊頻幕上對應的游標圖標“X1”或“X2”直接移動/拖動。(3功能按鈕測試界面的功能按鈕可實現信號采集

21、、保存等。下圖4.8為功能按鈕主要功能。其中“退出”按鈕為退出測試界面返回主界面,對應快捷鍵為【返回】;“脈寬”按鈕為發射脈寬調節按鈕,對應快捷鍵為【脈寬】;“延遲”功能為信號觸發采集方式下,可設置延遲時間點采集信號,點擊按鈕即可彈出設置彈窗。“自動”按鈕為采集方式切換按鈕,厚度測量和波速標定界面請勿點擊該按鈕,若誤操作點擊請再點擊一次,將采集方式切換為手動采集(此處請注意圖4.3中所示狀態欄的采集方式狀態?！安杉卑粹o為單次信號采集,對應的快捷鍵為【采集】。保存按鈕為單次信號保存,對應快捷鍵為【F】。 圖4.8功能按鈕對應功能 脈寬:調節自動信號激發器發射能量大小,儀器“沖擊回波”與“波速標

22、定”界面默認值為128s ,可調范圍為1200s ,數字越大發射能量越大,建議脈寬值設置不超過180s 。儀器“時差超聲”與“結構超聲”界面默認值為5s ,可調范圍同樣為1200s ,該兩個測量界面盡量脈寬盡量使用120s 之間的脈寬值(脈寬值過大易使超聲平面探頭內晶片加速老化,使用壽命縮短;嚴重情況直接擊穿晶片造成短路損壞儀器本身。點擊按鈕或【脈寬】鍵,彈出對應設置彈窗輸入即可,如圖4.9所示。 圖4.9脈寬調節彈窗延遲:延遲采集信號采樣點數,該功能僅在信號觸發方式時使用,儀器默認延遲點數為20個點。下圖4.10(a、(b和(c分別為同一信號延遲0、50和100個點示例。4.10不同延遲點數

23、采集信號示例:(a延遲0;(b延遲50;(c延遲100(a(b(c (4文件名與測試參數設置一級文件名“構件”即指某個構件;二級文件名“縱向編號”即指構件上的某個測點Y軸方向位置(此處僅能用數字表示,單位為cm?！皺M向編號”即為每個測點X軸方向位置(此處同樣僅能用數字表示,單位為cm,默認從位置0開始;X軸上測試位置可設置自動增加或遞減,在該設置彈窗上首先設置起始點位置后直接彈出測試間距設置,如圖4.11(c所示;設置完成間距后自動彈出位置遞減或遞增設置彈窗,如圖4.11(d所示,輸入“0”代表位置遞減,輸入非“0”值代表位置遞增。例如在現有一構件名為“SINE”的混凝土塊,橫向編號為“000

24、0”,縱向編號為“0000”,間距彈窗設置為“10”,方向彈窗設置為“1”,既表示為測試起點坐標為(0,0,且下一個測點的坐標將自動默認為(0,10,依次類推測點位置變化為(0,20,(0,30,(0,40,(0,50按【菜單】鍵選中對應菜單,按【確認】鍵彈出相應彈窗,或直接點擊對應區域彈出彈窗,輸入文件名或參數即可,此處多用觸摸操作較為方便。下圖4.11(a為構件名輸入彈窗,點擊對應字符后點擊“ENT”輸入下一個字符,點擊“OK”完成輸入;也可按【】或【】和【確認】鍵輸入文件名字符,按【采集】鍵確認輸入。圖4.11(b為縱向和橫向編號(即測點位置彈窗,點擊對應字符后點擊“OK”完成輸入;也可

25、按【】或【】和【確認 】鍵輸入文件名字符。圖4.11彈窗界面:(a構件名設置彈窗;(b縱向位置與橫向位置設置彈窗;(c測試間距設置彈窗;(d方向設置彈窗 (5游標在上圖4.3中的厚度測試界面上,有兩個重要的工具即“橫向游標”和“閾值游標”,兩類游標均可以點擊對應的圖標自動移動。橫向游標移動可點擊右側“游標”按鈕切換“游標1”或“游標2”后按【】或【】左右移動,切換狀態注意菜單欄保存方式下方的紅色/黃色底色的字樣。橫向游標主要用來識別儀器對采集信號自動進行傅里葉變換后主頻識別,識別的主頻值分別顯示在屏幕上,屏幕上f1、f2即為游標1和游標2識別的頻率值。主頻識別過程中,游標1自動識別頻譜圖中的最

26、高峰作為主頻值,游標2識別頻譜圖中第2高峰,測試過程中可能出現測試信號不理想,頻譜圖比較雜亂,儀器自動識別不準確時需要手動移動游標1,移動游標1時屏幕右下角厚度自動變化。閾值游標為觸發閾值設置游標,即當信號幅值超過閾值線,將觸發儀器采集、記錄并顯示該信號波形。儀器默認的閾值設置一般無需修改,當信號波形前端噪聲較大,點擊信號采集被直接觸發,則需要調節觸發閾值大小。5.操作說明5.1儀器連接在開機進行測試前,請將SD卡插入儀器內,并按測試項不同選擇不同接口以及傳感器。(1單面缺陷測試與波速標定單面缺陷測試請配合自動沖擊器使用,傳感器選用加速度傳感器(帶橡膠圈傳感器,直徑約15mm。自動沖擊器連接儀

27、器“發射”接口,傳感器連接“通道1”,在測試界面中請選擇“沖擊回波”波速標定同樣請配合自動沖擊器使用,傳感器選用加速度傳感器(帶橡膠圈傳感器,直徑約15mm。自動沖擊器連接儀器“發射”接口,傳感器連接“通道1”,在測試界面中請選擇“波速標定”(2時差超聲本儀器此處不做詳細介紹。(3聲波透射缺陷測試 結構試請使用兩個平面換能器,一個連接儀器“發射”接口,另一個連接“通道1”。測試界面中請選擇“結構超聲”。(注意:使用平面換能器時,請涂抹黃油等耦合劑,并保證接觸面耦合良好。 圖5.1傳感器與信號激發器接入示意圖:(a單面缺陷測試與波速標定接入示意;(b超聲透射缺陷測試5.2單面缺陷測量按5.1節中

28、所述連接好傳感器、信號激發器。開機進入沖擊回波測量界面,直接點擊開機界面中“1.沖擊回波”,或按【菜單】鍵選中“1.沖擊回波”后按【確認】鍵,進入如圖5.2所示測量界面。 圖5.2沖擊回波缺陷測量界面在該界面下菜單欄中參數設置主要有觸發方式、放大倍數、采樣頻率以及保存方式4項。其中觸發方式此界面默認為“信號觸發”,無需修改;放大倍數默認為“50dB”,此處需要依據實際情況結合發射脈寬進行調節,設置原則在4.3 節中有詳細描述,保證最大幅值占據波形顯示區的4/5。采樣頻率默認為“125 KHz”,通常情況無需修改,如需修改同樣參照4.3節中所描敘修改,選擇信號主頻f1值的510倍作為采樣頻率;保

29、存方式選擇建議使用“手動保存”模式。文件名的命名依據實際情況與命名習慣即可。測點位置設置按4.3節中所述,縱向編號為Y軸位置,橫向編號為X軸位置。其設置同樣可直接點擊屏幕對應區域彈出設置彈窗,點擊彈窗上的對應字符即可,或按【菜單】鍵選中后再按【確認】鍵彈出設置彈窗后后按【】或【】選中,再按一次【確認】鍵即完成。一人將傳感器和信號激發器置于測試面上,傳感器與信號激發器的距離請保持在510cm以內,且要求傳感器與測試面按壓良好,如圖5.3所示。按【采集】鍵采集信號,若選擇保存方式為“自動保存”,則信號采集完成后將自動保存信號;若選擇“手動保存”模式,則需要按【F】鍵手動保存信號。通常情況下建議使用“手動保存?！笔?多次按【采集】鍵采集信號并觀察屏幕上主頻值f1和f2,當主頻值