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 技术论文
中国超声仪的发展

    砼声测仪器与砼声测技术是在相互制约而又相互促进的过程中得到发展的,自20世纪60年代以来,我国砼声测仪器和发展大致经历了4个阶段:

    第一阶段: 20世纪60年代是声波检测技术的开拓阶段,声测仪是电子管式的仪器,如UCT2型、CTS10型等,现已被淘汰;

    第二阶段:模拟式超声仪阶段。20世纪70年代是声波检测方法研究及推广应用阶段,声测仪是晶体管化集成电路模拟式超声仪,代表仪器有湘潭无线电厂的SYC2型岩石声波检测仪,天津建筑仪器厂的SC2型,汕头超声电子仪器厂的CTS25型等,这类仪器一般具有示波及数码管显示装置,手动游标读取声学参量,为推动我国砼声测技术的发展发挥了重要作用。在70年代中期我国生产的非金属超声仪及其配套使用的换能器与国外同类仪器相比(如美国CNC公司的Pundit型,波兰的N2701,日本MARUT公司的Min-1150-03型等),在技术性能方面已达到或超过它们的水平。

    第三阶段:数字式超声仪阶段。20世纪80年代是声波检测技术进一步发展与提高阶段,80年代初期国外推出了电脑控制的声波检测仪(如日本OYO公司的5217A型等),砼超声仪进入了数字化仪器阶段,而我国却由于在计算机的应用方面滞后于国外水平,80年代未期,才开始数字化砼超声仪的研究,之后以很快的速度发展,这批仪器大多采用Z80CPU,通过仪器与微机的联系,实现了不同程度的声参量的自动检测,并具有一定的处理能力,使现场检测及后期数据处理速度大大加快。初级数字化超声仪的代表型号为CTS-35型,CTS-45型和UTA2000A型。各种数字信号处理技术的应用是进一步发展混凝土无损检测技术的突破口。

    第四阶段:智能型超声仪阶段。20世纪90年代是追赶并超过国际水平的阶段,随着声测技术的发展,检测市场的扩大以及计算机技术的深入应用,自90年代中期以来,我国各种型号的数字式超声仪相继问世,代表仪器有北京市市政工程研究院(北京康科瑞公司)的NM-2A型,该仪器采用计算机作为主控单元,具备了高速数据采集和处理能力,可以实现声学参量的自动判读、记录与存储,并具有强大的后期数据分析处理功能,之后相继推出的有岩海公司的RSSTO1C型、同济大学的USonic型、岩土所的RSMSY2RSMSY5,成都工程检测研究所的CUT型砼超声仪等等。

纵观超声仪的发展历程,砼声测仪发展趋势――更加便携、更加智能化,近年以嵌入式ARM处理器技术和大规模可编程逻辑电路如FPGACPLD技术等的迅猛发展,为数字化的智能型超声仪的发展提供了可靠的硬件平台,在整机方面则进一步向小型化、便携式、内置电源方向发展,砼声测仪要进一步提高的主要技术性能是高灵敏度,宽频带,大动态范围,低噪声以及强抗干扰能力,现场测试的智能化程度也有待进一步发展。基于嵌入式操作系统的应用软件开发技术使砼声测仪的信号处理和分析软件的功能更加强大、灵活,仪器的智能化程度将大大提高,简化现场检测的工作,提高现场检测的自动化程度,大幅提高检测的效率。一些先进的信号处理方法如小波变换等以及CT(层析成像)技术的应用,使砼声测仪的分析处理软件的处理结果图像化,3D立体化,更加直观。

严格意义上来讲,上面我们所述的砼超声仪应该称之为砼超声仪主机,实际应用时,还要配上发射和接收换能器,构成一套砼超声测试系统,换能器性能的好坏对测试结果有着直接影响。随着砼超声仪的发展,工程检测任务的多元化,换能器的类型也多种多样,各自适用的范围也有所不同,详见表1所列。

1 换能器的类型及其特点

换能器类型

谐振频率范围(kHz

阻抗范围(Ω)

指向性

耦合方法

适用测试范围

夹心式

(喇叭形)

1050

几至十几

黄油或凡士林

表面及平面

测试

增压式

2535

1000左右

钻孔中跨孔

测试

圆管型

一般为2040

10002000

左右

无径向指向性,长度大时有轴向指向性

钻孔中跨孔

测试

一发双收型

30左右

钻孔中单孔

测试

单片弯曲

振动式

520

黄油或凡士林

表面及平面

测试

高频换能器

1001000

10左右

黄油或凡士林

岩样测试

横波换能器

40400

多层铝箔或银箔

试岩样及短距离表面测试

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