​全国服务热线:185 1189 4545

京安仕通科技发展有限公司

Beijing IST Technology Development Co., Ltd.

  
您的位置:
新闻中心

NEWS CENTER

扫描式超声波断层成像仪用于快速检测混凝土结构解决方案

来源: | 作者:ymssn | 发布时间:2021-07-12 | 155 次浏览 | 分享到:

介绍:

      桥梁、隧道、建筑物——混凝土结构无处不在,我们需要密切监控它们以确保它们的结构完整性。必须定期检查由钢筋混凝土制成的关键基础设施,以评估它们需要如何维护,以确保它们的安全、延长其使用寿命、降低成本。使用当今可用的检查技术,此类结构的维护和检查需要大量时间。因此操作员需要一种快速、精确和简单的 NDT 技术来安全、顺利地处理这些操作。

      为了满足这一需求,开发了一种全新的突破性超声波测量设备,与传统的表面下检测技术相比,Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪可以更准确地查看混凝土结构表面下方的情况,并提高了定位空洞、裂缝、钢筋和分层等的精度。除此之外Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪的速度比传统的超声断层扫描技术快 10 倍以上。

      当操作员在混凝土表面上滚动扫描仪时,它会捕获数据,这些数据会实时合并为 3D 图像,提供其下方结构的连贯可视化图形。这允许立即查看识别。此外Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪采集的数据——图像、3D 视频和文档存储在系统中,并通过云接口平台提供给相关者。

Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪

测试设置

为了比较不同无损检测技术的性能,我们使用了 10 个混凝土试样,每个试样具有不同的特性,例如混凝土配合比、密度和钢筋厚度、裂缝、空洞、分层、腱管等。使用四种不同的仪器执行:Impact echo、UPV、超声断层扫描仪和 Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪,将 Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪的功能与这些技术进行比较。此外该测试还测量 Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪在相同测量条件下的可重复性。

检测结果

1)混凝土的超声波速度测量

混凝土的超声波速度是混凝土强度的间接测量。对于优质混凝土波速度应在 3500 – 4500 m/s 范围内。然而混凝土的超声波速度取决于粗骨料尺寸、钢筋数量和混凝土配合比(水泥、水、空气、骨料)。10 个不同的混凝土样本用于使用四种不同的仪器(冲击回波、UPV、超声断层扫描仪和Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪)进行速度测量。不同样品测得的波速度如下图 2 所示。

图 2:不同仪器对不同混凝土试件计算的压力波速度,命名为 S-61、S-18-1-2、S-18-1-4、S-19-1-4、S-19-2 -1、S-19-2-2、S-19-2-3、S-19-2-4、S-20-1-1 和 S-20-1-2

从图中我们可以看出,不同技术测得的波速非常接近(在 5-10% 之内)。从 UPV 获得的结果通常比其他设备获得的结果略高(10-15%)。在钢筋上方的表面上测量时,冲击回波没有给出正确的值。从 Elop Insight 扫描式超声波断层成像仪获得的速度也通过 Elop Insight 生成的 3D 图像的后壁位置进行了验证。

2)Elop Insight 扫描图像与超声断层扫描仪的比较

还使用 Elop Insight 和超声波断层扫描仪对不同的混凝土试件进行超声波测量,以探索试件内部的钢筋、空洞、腱管、钻孔等不同特征。Elop Insight 扫描仪滚动约 60 厘米,扫描间隔为 0.1 厘米。使用的工作频率为 100 kHz。超声波断层扫描仪也在大致相同的位置使用,以获得用于比较的 B 扫描图像。比较每个样本图像,下面的部分解释了一些具有代表性的结果。

  

图 3:混凝土试样 S-18-1-4 在距顶面 15 厘米,侧面60厘米处有 20厘米的分层。两个混凝土块之间的间隙在毫米范围内。从 Elop Insight 获得的中央切片的混凝土试样的 D 扫描图像显示在左图中。右图是使用超声断层扫描对同一样本在同一位置获得的切片。两幅图像中 15 厘米左右分层的反射与 20 厘米处的后壁回波一起清晰可见。

图 4: 混凝土试件 S-19-1-4 在不同位置有四个直径分别为 16 毫米、25 毫米和 32 毫米的钢筋。从 Elop Insight 获得的切片的混凝土试样的 D 扫描图像显示在左图中。我们看到所有钢筋和后墙的清晰反射。右图是使用超声波断层扫描在同一位置对同一样本获得的切片,其中也显示了所有四个钢筋的存在。

2)Elop Insight 扫描图像与 GPR 的比较

还使用 Elop Insight 和GPR对不同的混凝土试件进行测量,以探索试件内部的钢筋、空气管、腱管、钻孔等不同特征。Elop Insight 扫描仪滚动约 60 厘米,扫描间隔为 0.1 厘米。使用的工作频率为 100 kHz。下面的部分解释了一些具有代表性的结果。

图 5: 右侧是具体样品。中图显示了使用 3 条扫描线的 Elop Insight 扫描仪的 3D 体积,而右图显示了使用 14 条扫描线为 GPR 生成的 3D 体积。两块混凝土板之间的分层间隙小于5毫米。在 Elop Insight 中,15 厘米左右处的分层与 20 厘米处的后壁回波清晰可见。然而,对于 GPR,分层并不清晰可见。

图 6: 右侧是具体样品。中图显示了使用 3 条扫描线的 Elop Insight 扫描仪的 3D 体积,而右图显示了使用 14 条扫描线为 GPR 生成的 3D 体积。在两幅图像中,8 厘米左右腱管的反射与 22 厘米处的后壁回波一起清晰可见。然而,在实际应用中,重要的是检测肌腱导管中的空隙,其中超声扫描仪的性能比 GPR 对应物好得多。

Elop Insight 的可重复性

为了测试 Elop Insight 的可重复性,混凝土试样沿同一条扫描线扫描了 10 次。对于所有测量,发射器脉冲/电压、接收器模拟增益和施加压力的设置保持不变。扫描仪也以恒定速度滚动。在分析图像时,2D/3D 图像的阈值也保持不变,并选择中心平面的 D 扫描切片来比较所有十次测量。混凝土试件的一些代表性图像如下图所示。

图 7: 混凝土试样 S-18-1-2 在距顶面 14 厘米处有一根直径为 20 毫米的钢筋,在距顶面 13 厘米处有一个直径为 12 毫米的钻孔。钻孔长40厘米。在所有 D 扫描图像中,钻孔和钢筋以及后壁回波都清晰可见。结果是可重复的,噪声/伪影变化很小。

据每个混凝土试样的所有测量结果,计算特征/反射体的位置。对于每个混凝土试件,还计算了位置与平均值的偏差,这表明所有混凝土试件的位置与平均值的偏差都在±5mm 以内。使用这些值计算所有混凝土试件中特征位置的标准偏差。发现所有特征和混凝土试样的误差都在 2.5 毫米以内。

图 8: 混凝土试样中不同特征/反射器的位置 3D 标准偏差 (mm)。

概括

Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪测量的波速与不同设备/技术的波速在 5-10% 的范围内。Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪能够检测和定位混凝土结构内部的特征和缺陷(例如空洞、分层、腱管中的空隙、钢筋)。从 Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪 获得的图像类似于超声断层扫描仪的图像。但是作为可滚动设备检测的 Elop Insight 在扫描大区域时效率更高。此外Elop InsightElop Insight 轮式式超声波断层成像仪能够生成实时 3D 图像,而对于超声波断层扫描仪,数据需要在 PC 中进行后处理以生成 3D 图像。与探地雷达相比Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪在空气/分层检测方面更强。与 Elop Insight 相比,GPR 扫描仪在钢筋检测方面更强。GPR 还能够检测到空管和分层,它有几厘米厚,但无法检测到亚厘米的分层。Elop Insight 的测量结果是可重复的,混凝土试样中的特征/反射体的位置略有偏差。基于对 B、C、D 扫描和 3D 图像的总体评估,除了散射噪声和伪影的一些变化外,特征/反射体在所有测量中都清晰可见。

透视 Elop 扫描仪

Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪可提供混凝土结构的独特表面图像。但是我们将这些功能与其他功能相结合,作为一个整体,这些功能有可能彻底改变关键基础设施的检查。一方面该设备产生 3D 图像,从而提供被检查混凝土结构的连贯视图。Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪提供结构的实时 3D 视图,图像易于阅读且可立即采取检测行动。扫描速度是 它的另一个重要特性。Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪每秒可扫描 50 厘米,比传统扫描技术快 10 倍以上。随着检查变得更快更容易,可以更频繁地检查混凝土结构,这将导致更早地发现缺陷和弱点,最终使维护更高效、更便宜。但是要使扫描仪数据真正变得有价值,各个相关者必须能够以一致的方式轻松访问它。Elop Insight 轮式式超声波断层成像仪收集和存储 3D 检测数据,现场制作并通过云平台呈现。现在不同的资产管理相关者可以以标准化的方式处理数据,使操作扫描仪的检查员和远程评估桌面上 3D 图像的专家之间的协作变得更加容易,并为管理人员提供了一个重要的工具来计划维护。云平台使资产所有者能够像以前一样更轻松地与检验公司、承包商、咨询公司和认证机构共享数据和协作。