冲击回波测试仪使用说明书_图文

1、预应力桥梁管道灌浆质量检测用冲击回波测试仪使用说明书湖南芯仪电子科技有限公司目录1.适用范围 (12.测试原理 (12.1冲击回波技术 (12.2仪器测试原理 (22.3超声透射缺陷测试技术 (23.性能介绍 (43.1性能特点 (43.2技术参数 (44.测试主机 (54.1仪器外形 (54.2硬件与按键功能 (54.3显示界面 (65.操作说明 (155.1仪器连接 (155.2单面缺陷测量 (165.3波速标定 (185.4时差超声测量 (185.5超声透射缺陷测试 (196.维护与维修 (206.1电池充电 (206.2仪器保养 (216.3仪器维修 (21 SET-PI2-01型冲击

2、回波测试仪说明书SET-PI2-01型冲击回波测试仪是一款以冲击回波检测技术为基础的钢筋混凝土结构内部缺陷检测专用的便携式测试仪器。仪器采用7寸高亮度真彩液晶触摸显示屏,独立、交互式按键/触摸操作,操作方便;单/双通道数据采集,能够同时进行测试,测试效率高,双通道波速测试方便快捷;数据存储使用SD卡,存储容量大,数据保存、读取方便;仪器配置专用信号激发装置,使用方便,敲击信号稳定度高,重复性好;专业化的数据后处理软件可实现色谱成像,缺陷识别精度高。1.适用范围(1钢筋混凝土桥梁综合检测(混凝土抗压强度、厚度、裂缝深度、空洞、密实度、结合面质量、表面损伤层厚度;(2桥梁预应力管道注浆密实度;(3

3、混凝土路面、沥青层公路边坡厚度与结合面质量;(4隧道衬砌厚度与结合面质量;(5飞机跑道厚度与内部缺陷。2.测试原理2.1冲击回波技术冲击回波法是一种基于应力波传播特性的无损检测法,其原理是利用机械方式冲击混凝土表面产生应力波,该应力波会在结构中传播,因为波阻抗的差异,应力波会被内部缺陷和外部表面反射,来回反射的应力波会形成一种特殊模态,在激发点附近由接收换能器接收回波信号并将信号通过快速傅里叶变换转换至频域中,通过分析主频大小评定结构厚度和内部缺陷情况。图2.1为冲击回波法测试混凝土内部缺陷原理示意图。与传统超声波检测技术比较,冲击回波检测技术优势主要体现在单面检测、检测厚度大、不需要耦合剂。

4、此外,冲击回波检测结果受混凝土结构材料组分和内部结构状况差异的影响小。 图 2.1冲击回波测试技术原理2.2仪器测试原理机械波在介质中传播并在某个界面反射,界面与机械波传播起点距离为S ,则波速V p 与频率f 满足如下关系式:f V p2S (1在上式(1中三个未知量中,对于同一钢筋混凝土结构构件波速V p 为不变的常量。利用SET-PI2-01冲击回波测试仪我们可以首先应用反射波法或透射波法测试出构件波速。对于未知的缺陷位置,仅需要已知(1式中的频率f 即可计算、确定缺陷位置。SET-PI2-01冲击回波检测仪将测试过程中的机械应力波进行实时记录,将这些测试信号导入相关测试软件,软件对其进

5、行傅里叶频谱变换,谱图中的主频为冲击表面、缺陷界面及其它界面之间的多次反射产生瞬态共振所致,通过对主频的提取即可以确定结构中缺陷位置。图2.2为缺陷边界与底边反射频谱示意图。(af(b图2.2底边反射与缺陷边界反射:(a已知厚度混凝土块;(b频谱图2.3超声透射缺陷测试技术 声波是弹性波的一种,若视混凝土介质为弹性体,则声波在混凝土中的传播服从弹性波传播规律,由发射探头发射的声波经构件到达接收探头。探头发射的声波会在发射点和接收点之间形成复杂的声场,声波将分别沿不同的路径传播,最终到达接收点,其走时都不尽相同。但在所有的传播路径中总有一条路径,声波走时最短,接收探头接收到该声波时,形成信号波形

6、的初始起跳,一般称为“初至”,当桩身完好时,可认为这条路径就是发射探头和接收探头的直线距离,是已知量;而初至对应的声时扣去声波在测管、水之间的传播时间以及仪器系统延迟时间,可得声波在两测管间混凝土介质中传播的实际声时,并由此可计算出所对应的声速。当构件内存在断裂、离析等缺陷时,破坏了构件介质的连续性,使声波的传播路径复杂化,声波将透过或绕过缺陷传播,其传播路径大于直线距离,引起声时的延长,而由此算出的波速将降低。另外,由于空气和水的声阻抗远小于构建的声阻抗,声波在构件中传播过程中,遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷时,在缺陷界面发生反射和散射,声能衰减,因此接收信号的波幅明显降低,频率明显减小。再者,

7、透过或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差,叠加后互相干扰,致使接收信号的波形发生畸变。综上所述,当桩身某一段存在缺陷时,接收到的声波信号会出现波速降低、振幅减少、波形畸变、接收信号主频发生变化等特征。超声波透射法就是根据构件中声学参数测量值的相对变化,分析、判别其缺陷的位置和范围,评定构件质量类别。下图5.1为超声透射测试原理示意图。 图2.3透射法超声检测原理利用SET-PI2-01冲击回波测试仪可以获取声波在构建内的传播时间、幅值 等信息。将这些测试信号导入相关测试软件,软件对其进行各类参数的自对比分析,并通过一定算法实现异常区域的图像显示,从而获取缺陷位置、尺寸信息

8、。3.性能介绍3.1性能特点SET-PIE-02型冲击回波检测仪具备众多优势,其具体性能特点如下:(1主机操作界面友好,触摸、按键均可操作,交互式参数设置与测试操作;(2单面检测,无需耦合剂,检测方便、快捷,检测结果直观、准确可靠;(3仪器小巧轻便,易于携带,操作方便;(4仪器配置信号自动激发装置,敲击信号稳定可靠,重复性极好;(5数据存储方式采用大容量SD卡存储,测试数据读取方便快捷;(6数据保存时可同时保存工程名称、测试组、测试时间等,方便数据调取查看;(7专业的数据处理软件可用于后期缺陷位置分析;(8高性能内置大容量锂电池(8.0Ah,适用于野外长期测试使用。3.2技术参数见下表3.1。

9、表3.1SET-PI2-01型冲击回波测试仪技术参数通道数量2通道数据采集1发射通道测试精度幅度精度优于0.1%频率精度优于0.1%触发方式手动/自动/信号触发采样率12.5/25/50/125/250/500KHz 1.25M接收灵敏度<30V采样字节1K控制系统MCU增益5092dB共8档可调缓存256K声时精度0.4s显示模式7寸真彩液晶存储介质SD卡,4GB发射脉宽1255s连续可调操作方式按键/触屏 供电模式内置8.0Ah锂电池传感器类型加速度/平面探头主机尺寸237×186×69mm主机重量 1.3Kg防护箱尺寸400×300×150m

10、m防护箱重量 2.5Kg4.测试主机4.1仪器外形SET-PI2-01型冲击回波测试仪外形如图4.1(a所示,正面面板为液晶显示屏和主要按键;仪器后侧配置有2个信号接收通道接口和1个附加压电发射接口,如图4.1(b所示;左侧有电源开关、USB接口以及SD卡插口,如图4.1(c所示;右侧配置有1个数据传输接口,如图4.1(d所示。图4.1外形图:(a正面外形;(b后侧外形;(c左侧外形;(d右侧外形4.2硬件与按键功能(1电源开关:仪器电源开关,往上按开机,往下按关机。(2电源插口:供内置电池充电使用。(b (3显示屏:显示屏为7寸高亮度液晶屏,可实现触摸操作。(4通道1:通道一传感器接口,信号

11、采集通道。(5通道2:通道二传感器接口,信号采集通道。(6发射:附加压电发射通道,配置压电传感器可做通用型非金属声波仪使用。(7COM接口:与计算机连接更新软件。(8SD卡插口:插入SD卡方便检测数据存储与读取。(9USB接口:与计算机连接,可对SD卡内测试数据文件进行操作。按键:【F】采集信号手动保存快捷键;【脉宽】自动敲击装置发射脉宽调节快捷键;【返回】返回上一级界面快捷键;【】主菜单下子选项选择,时间游标向右移动按钮;【菜单】菜单选择;【】主菜单下子选项选择,时间游标向左移动按钮;【确认】确认选择;【采集】信号采集快捷键。4.3显示界面下图4.2为仪器开机主界面,开机界面中共3个选项,分

12、别为“1.厚度测量”、“2.波速标定”、“3.时差超声”、“4.结构超声”、“5.系统设置”。点击对应的选项或按【菜单】键选中对应功能后按【确认】键进入,或直接屏幕上对应菜单项既可以进入。 图4.2开机界面冲击回波:混凝土内部缺陷当面检测界面;波速标定:已知混凝土厚度测试波速界面;时差超声:双通道时差法测试混凝土波速界面,本仪器不做详细介绍;结构超声:透射法测试结构波速以及内部缺陷界面;系统设置:设置系统时间以及校准屏幕。仪器四个测试界面较为类似,现以厚度测量界面为例详细说明,下图4.3即为厚度测量。测量界面主要分为“菜单栏”、“状态栏”、“采集信号显示区”、“文件名与测试参数设置区”文以及“

13、功能按钮区”。菜单栏主要为仪器信号采集参数设置项,主要有信号触发方式、信号放大增益、信号采样频率等设置;状态栏主要显示当前界面下的信号状态,主要有信号幅值放大倍数、频谱幅值放大倍数、测试方式状态、游标状态等。采集信号显示区显示采集信号波形以及频谱,在“冲击回波”与“波速标定”界面,分区基线以上为波形图,分区基线以下图形为频谱图;在“时差超声”与“结构超声”界面,分区基线以上为通道1采集信号的波形图,分区基线以下为通道2采集信号波形。功能按钮区主要实现某些状态切换,主要有游标1与2切换、采集方式状态切换,以及脉宽设置、信号采集与保存功能。文件名与测试参数设置区主要为测试文件命名与波速设置,其中波

14、速设置为厚度测量的关键参数。 图4.3厚度测量界面(1菜单栏测试界面选择,可在此直接切换测量界面。直接点击“1.厚度测量”或按【菜单】选中测试选项,再按【】或【】键切换,最后点击【确认】键即可完成相关切换。触发方式选择,可根据测试需要进行信号触发方式选择,触发方式有“同步触发”和“信号触发”两个选项。同步触发方式仅用于双通道时差法测试波速,其他测试均选用选用“信号触发”方式。此功能在仪器个测试界面已默认对应设置,通常情况无需设置。放大增益依据信号幅度进行选择,仪器放大增益有50/56/62/68/74/80/86/92 dB共9档可选。增益越大信号幅度越大,仪器默认放大增益为50dB。放大增益

15、选择需配合脉宽进行调节,调节原则为在允许的脉宽设置范围内选择较小的放大倍数,最终尽可能保证信号幅值合适、清晰完整。“冲击回波”与“波速标定”界面放大倍数选择5074dB为宜;“时差超声”与“结构超声”界面放大倍数放大增益选择较大增益值,保证起跳首波明显易识别。(a“冲击回波”与“波速标定”界面信号示例 (a(b分区基线分区基线(c(d分区基线分区基线图4.4信号波形示例:(a信号幅值偏小;(b信号幅值适中;(c信号幅值最佳;(d信号幅值偏大上图4.4中所示信号为选用50dB放大增益,不同发射脉宽所采集的信号。其中图4.4(c信号为最佳信号,该信号最大幅值靠近分区基线。图4.4(a中信号幅值偏小

16、,需增加放大增益或提高发射脉宽;图4.4(b中信号幅值有所增加,可视为有效信号,可适当提高放大增益或发射脉宽;图4.4(d中信号幅值过大,出现削波现象;需降低发射脉宽。(b“时差超声”与“结构超声”界面信号示例时差法测试波速关键在于识别时差,时差识别关键在于信号首波起跳点判定。该两个界面下信号采集要求首波起跳点明显或有明显的相似周期,当首波起跳点不明显时相似周期的波峰或波谷易识别。下图4.5中所示信号为选用50dB 放大增益,不同发射脉宽采集的信号。在图4.5(a中,通道1信号首波起跳点较明显,通道2信号幅值很小,首波起跳点无法识别,并且两个通道波形周期相似性不明显,此情况需要增加发射脉宽或提

17、高放大增益;图4.5(b中通道1与通道2起首波跳点均较明显,基本可以识别,并且两个通道波形周期相似性较明显,可识别每个波形的同一周期波峰作为识别点,此情况可视作有效信号,可适当提高发射脉宽或放大增益;图4.5(c中通道1和通道2信号幅值均较大,并且首波起跳点均很明显,同时其周期相似度也很高,此信号即为最佳信号。 图4.5信号波形示例:(a起跳点不明显且无相似周期;(b起跳点较明显且有相似周期;(c起跳点明显且有相似周期采样频率依据信号主频和采样定理进行选择。仪器采样率有2.5/5/12.5/25/50/125/250/500KHz 和1.25MHz 共9档可选,采样率设置为主频值的510倍左右

18、,并尽量选择高采样率。例如,信号主频值发f1显示为10KHz ,则采样率可选用范围为50100KHz ,此时仪器采样率最佳采样率可设置为125KHz 。仪器“冲击回波”与“波速标定”界面默认采样率为125KHz ;时差测波速与结构超声界面默认采样率为1.25MHz ,此两个测试界面采样率通常情况无需改动。保存方式选择有手动和自动保存两类方式,若选择手动保存,信号采集完成后需要按右侧的“保存”按钮保存数据,或按【F 】键快速保存数据;若选择自分区基线起跳点(a(b(c分区基线起跳点起跳点相似周期相似周期起跳点起跳点分区基线相似周期相似周期可识别波峰点可识别波峰点 动保存则信号采集同时信号也将自动

19、保存。 图4.6菜单选项子选项(2状态栏采集信号与频谱图状态参数:显示当前波形和频谱图纵向缩放倍数以及横向缩放倍数。例如“CH13×|/2CH24×|/2”即表示采集信号波形纵向放大3倍,横向缩小2倍,频谱图纵向放大4倍,横向缩小2倍。操作方式为点击屏幕相应区域,下图4.7为屏幕区域功能。除波形放大、缩小功能外,点击屏幕某些区域还可以实现波形左右/上下平移。在平移对应触摸区域,点击拖动,即可实现左右、上下平移功能。图4.7中已给出对应操作区域,在平移功能中有重合区域,此时仪器有自动智能感应功能,在重合区域依据触点移动方向波形跟随移动。 图4.7波形平移/缩放功能区 时间分辨

20、度:屏幕横向网格时间宽度,例如图4.7中Time200s即表示横向方向上每个网格时间宽度为200s。采集方式状态:仪器信号发射采集方式有两类,一类为手动信号采集,一类为自动连续信号采集。连续采集时仪器默认时间间隔为1s。仪器默认为手动采集,“冲击回波”和“波速标定”两个界面采集方式仅可使用手动采集。工作状态:信号采集完成后显示“测试完成”字样,信号等待采集时显示“等待采集”字样。游标状态:时间游标选择状态,例如图4.7中显示“游标1”,则表示时间游标1被选中,按【】或【】键即可移动游标1,也可点击频幕上对应的游标图标“X1”或“X2”直接移动/拖动。(3功能按钮测试界面的功能按钮可实现信号采集

21、、保存等。下图4.8为功能按钮主要功能。其中“退出”按钮为退出测试界面返回主界面,对应快捷键为【返回】;“脉宽”按钮为发射脉宽调节按钮,对应快捷键为【脉宽】;“延迟”功能为信号触发采集方式下,可设置延迟时间点采集信号,点击按钮即可弹出设置弹窗。“自动”按钮为采集方式切换按钮,厚度测量和波速标定界面请勿点击该按钮,若误操作点击请再点击一次,将采集方式切换为手动采集(此处请注意图4.3中所示状态栏的采集方式状态。“采集”按钮为单次信号采集,对应的快捷键为【采集】。保存按钮为单次信号保存,对应快捷键为【F】。 图4.8功能按钮对应功能 脉宽:调节自动信号激发器发射能量大小,仪器“冲击回波”与“波速标

22、定”界面默认值为128s ,可调范围为1200s ,数字越大发射能量越大,建议脉宽值设置不超过180s 。仪器“时差超声”与“结构超声”界面默认值为5s ,可调范围同样为1200s ,该两个测量界面尽量脉宽尽量使用120s 之间的脉宽值(脉宽值过大易使超声平面探头内晶片加速老化,使用寿命缩短;严重情况直接击穿晶片造成短路损坏仪器本身。点击按钮或【脉宽】键,弹出对应设置弹窗输入即可,如图4.9所示。 图4.9脉宽调节弹窗延迟:延迟采集信号采样点数,该功能仅在信号触发方式时使用,仪器默认延迟点数为20个点。下图4.10(a、(b和(c分别为同一信号延迟0、50和100个点示例。4.10不同延迟点数

23、采集信号示例:(a延迟0;(b延迟50;(c延迟100(a(b(c (4文件名与测试参数设置一级文件名“构件”即指某个构件;二级文件名“纵向编号”即指构件上的某个测点Y轴方向位置(此处仅能用数字表示,单位为cm。“横向编号”即为每个测点X轴方向位置(此处同样仅能用数字表示,单位为cm,默认从位置0开始;X轴上测试位置可设置自动增加或递减,在该设置弹窗上首先设置起始点位置后直接弹出测试间距设置,如图4.11(c所示;设置完成间距后自动弹出位置递减或递增设置弹窗,如图4.11(d所示,输入“0”代表位置递减,输入非“0”值代表位置递增。例如在现有一构件名为“SINE”的混凝土块,横向编号为“000

24、0”,纵向编号为“0000”,间距弹窗设置为“10”,方向弹窗设置为“1”,既表示为测试起点坐标为(0,0,且下一个测点的坐标将自动默认为(0,10,依次类推测点位置变化为(0,20,(0,30,(0,40,(0,50按【菜单】键选中对应菜单,按【确认】键弹出相应弹窗,或直接点击对应区域弹出弹窗,输入文件名或参数即可,此处多用触摸操作较为方便。下图4.11(a为构件名输入弹窗,点击对应字符后点击“ENT”输入下一个字符,点击“OK”完成输入;也可按【】或【】和【确认】键输入文件名字符,按【采集】键确认输入。图4.11(b为纵向和横向编号(即测点位置弹窗,点击对应字符后点击“OK”完成输入;也可

25、按【】或【】和【确认 】键输入文件名字符。图4.11弹窗界面:(a构件名设置弹窗;(b纵向位置与横向位置设置弹窗;(c测试间距设置弹窗;(d方向设置弹窗 (5游标在上图4.3中的厚度测试界面上,有两个重要的工具即“横向游标”和“阈值游标”,两类游标均可以点击对应的图标自动移动。横向游标移动可点击右侧“游标”按钮切换“游标1”或“游标2”后按【】或【】左右移动,切换状态注意菜单栏保存方式下方的红色/黄色底色的字样。横向游标主要用来识别仪器对采集信号自动进行傅里叶变换后主频识别,识别的主频值分别显示在屏幕上,屏幕上f1、f2即为游标1和游标2识别的频率值。主频识别过程中,游标1自动识别频谱图中的最

26、高峰作为主频值,游标2识别频谱图中第2高峰,测试过程中可能出现测试信号不理想,频谱图比较杂乱,仪器自动识别不准确时需要手动移动游标1,移动游标1时屏幕右下角厚度自动变化。阈值游标为触发阈值设置游标,即当信号幅值超过阈值线,将触发仪器采集、记录并显示该信号波形。仪器默认的阈值设置一般无需修改,当信号波形前端噪声较大,点击信号采集被直接触发,则需要调节触发阈值大小。5.操作说明5.1仪器连接在开机进行测试前,请将SD卡插入仪器内,并按测试项不同选择不同接口以及传感器。(1单面缺陷测试与波速标定单面缺陷测试请配合自动冲击器使用,传感器选用加速度传感器(带橡胶圈传感器,直径约15mm。自动冲击器连接仪

27、器“发射”接口,传感器连接“通道1”,在测试界面中请选择“冲击回波”波速标定同样请配合自动冲击器使用,传感器选用加速度传感器(带橡胶圈传感器,直径约15mm。自动冲击器连接仪器“发射”接口,传感器连接“通道1”,在测试界面中请选择“波速标定”(2时差超声本仪器此处不做详细介绍。(3声波透射缺陷测试 结构试请使用两个平面换能器,一个连接仪器“发射”接口,另一个连接“通道1”。测试界面中请选择“结构超声”。(注意:使用平面换能器时,请涂抹黄油等耦合剂,并保证接触面耦合良好。 图5.1传感器与信号激发器接入示意图:(a单面缺陷测试与波速标定接入示意;(b超声透射缺陷测试5.2单面缺陷测量按5.1节中

28、所述连接好传感器、信号激发器。开机进入冲击回波测量界面,直接点击开机界面中“1.冲击回波”,或按【菜单】键选中“1.冲击回波”后按【确认】键,进入如图5.2所示测量界面。 图5.2冲击回波缺陷测量界面在该界面下菜单栏中参数设置主要有触发方式、放大倍数、采样频率以及保存方式4项。其中触发方式此界面默认为“信号触发”,无需修改;放大倍数默认为“50dB”,此处需要依据实际情况结合发射脉宽进行调节,设置原则在4.3 节中有详细描述,保证最大幅值占据波形显示区的4/5。采样频率默认为“125 KHz”,通常情况无需修改,如需修改同样参照4.3节中所描叙修改,选择信号主频f1值的510倍作为采样频率;保

29、存方式选择建议使用“手动保存”模式。文件名的命名依据实际情况与命名习惯即可。测点位置设置按4.3节中所述,纵向编号为Y轴位置,横向编号为X轴位置。其设置同样可直接点击屏幕对应区域弹出设置弹窗,点击弹窗上的对应字符即可,或按【菜单】键选中后再按【确认】键弹出设置弹窗后后按【】或【】选中,再按一次【确认】键即完成。一人将传感器和信号激发器置于测试面上,传感器与信号激发器的距离请保持在510cm以内,且要求传感器与测试面按压良好,如图5.3所示。按【采集】键采集信号,若选择保存方式为“自动保存”,则信号采集完成后将自动保存信号;若选择“手动保存”模式,则需要按【F】键手动保存信号。通常情况下建议使用“手动保存模”式,多次按【采集】键采集信号并观察屏幕上主频值f1和f2,当主频值