[发明专利]一种基于热致超声的混凝土损伤主动检测方法

说明书

本发明属于混凝土损伤检测技术领域，涉及一种基于热致超声的混凝土损伤主动检测方法。本发明方法克服了传统检测方法中信号难以检测，被动监测等缺点。具体方法为：利用微波对混凝土表面进行辐射，由于混凝土损伤区域与未损伤区域介电常数不同，损伤区域会产生热应力，导致损伤区域发生小幅度裂缝扩展，产生超声波，利用超声探测装置探测产生的超声波，对收集到的超声数据进行收集处理和损伤定位，可以判断混凝土内部是否发生损伤以及判断损伤位置。

技术领域

本发明属于混凝土损伤检测技术领域，涉及一种基于热致超声的混凝土损伤主动检测方法。

背景技术

混凝土是由砂子、水泥和石子等材料按照适当比例浇筑而成的材料，因其制作方便、价格低廉、硬度高的特点，已经成为现代建筑中用量最大的建筑材料之一。在混凝土构件的施工和应用过程中，通常会形成一些缺陷和损伤，这些缺陷和损伤形成的原因一般有以下几种：混凝土在浇筑时受施工条件、施工工艺和施工天气的影响，会在混凝土内部出现蜂窝或空洞等缺陷，这些缺陷在外部压力作用下生长扩大，进而影响了建筑结构的使用性能；随着使用年数的增加混凝土结构会产生表面裂纹，降低混凝土构件的使用寿命；长期在腐蚀介质或冰冻环境下服役的混凝。土构件会产生由表及里的层状疏松，降低混凝土构件的承载能力。

材料的损伤和破坏指在服役过程中，由于内部大量微裂纹的萌生、扩展和汇合导致材料宏观力学性能的劣化直至最终破坏失效。现有的混凝土损伤检测方法主要有红外线检测、雷达波检测、声发射检测、冲击回波检测、超声回弹检测、超声波等检测技术。

尽管很多学者对现有的无损检测技术进行了大量的研究，但是这些技术仍然存在着一些显著缺点，例如对限制因素多、信号难以捕捉、无法主动检测等。

发明内容

为克服上述技术的不足，本发明提出一种新的基于热致超声技术的检测混凝土裂缝损伤的方法。其原理是采用微波信号对混凝土进行福射，混凝土吸收能量会产生热应力，由于混凝土损伤区域与未损伤区域介电常数不同，介电常数不同的物质对于能量的吸收能力不同，产生不同的热应力，所以在混凝土受到辐射时其裂缝界面的两侧热应力不同，致使混凝土损伤区域裂缝小幅度扩展，产生超声信号。利用超声传感器检测其所激发的超声信号，利用数据采集装置收集数据，最后通过损伤定位算法完成对混凝土内损伤情况进行定位。

为实现上述功能目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于热致超声的混凝土损伤主动检测方法，步骤如下：

步骤一、使用微波发生器发射微波

微波发生器与PC机相连，通过PC机控制微波发生器发射微波；所述的微波发生器包括微波信号源和放大器，利用微波信号源将直流信号转化为射频信号，再经放大器放大后传输至微波辐射装置。

步骤二、使用微波辐射装置辐射混凝土表面

所述的微波辐射装置包括天线和匹配层，天线与微波发生器相连，匹配层涂覆在混凝土表面；天线将步骤一中微波发生器发出的射频信号转换为微波信号，然后将微波信号传输至匹配层，微波信号经匹配层传输至混凝土表面，促使混凝土吸收能量，损伤区域产生热应力使得裂缝小幅度扩展，不会影响损伤的程度且不会产生新的损伤，损伤区域发射出超声波；所述的天线为多个相位的波导阵列，所述的匹配层为蓖麻油，用于削弱不同微波在不同介质间的反射。

步骤三、使用超声探测器探测超声波信号，然后通过信号放大器进行放大

将超声探测器表面涂抹耦合液后布置在混凝土表面，探测步骤二中产生的超声波信号；信号放大器与超声探测器相连，将采集到的超声波信号放大。

步骤四、信号数据采集与传输

数据采集卡分别与信号放大器和PC机相连；将步骤三中放大后的超声波信号传输至数据采集卡，数据采集卡将电压信号转换为数字信号传输至PC机。