本次测试主要目的是尝试检测高强度砖内部裂纹。测试使用的仪器是ACS厂家的最新款A 1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪。A 1040 MIRA 3D使用超声波作为测试信号，依据不同介质具有不同的声阻抗，在超声波传播过程中会引起不同程度的反射的原理，来检测混凝土结构中可能存在的异常介质。

一、阵列式检测原理：

超声波检测（UT）是利用超声波探头发出的超声波，在工件中以一定方向和速度向前传播，当遇到材料内部两侧声阻抗有差异的界面时，声能会部分或全部反射回探头（穿透法时接收探头不能接收或接收部分超声波信号）从而被超声检测设备接收和显示，通过分析声波信号的波幅、主频、传输时间等声学参数，评定缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。

相关物理参数:

声阻抗：Z＝ρc（Z表示声阻抗，ρ表示介质密度，c表示介质声速）

R（能量反射率）=

T（能量透射率）=1-R

超声波反射示意图

技术特点：

1） 阵列式系统

A 1040 MIRA 3D是一个阵列式的控制器，它由32个横波传感器组成，当超声波信号发出后，接受到的信号会被控制器进行处理，然后转移到电脑用合适的软件进行处理。

阵列式传感器发射示意图

2）合成孔径聚焦超声成像（SAFT）

传感器以一定步长沿线性孔径轨迹移动，在轨迹上的孔径位置向成像区域发射脉冲信号，并接收和储存检测信号，然后下一孔径位置进行相同的发射、接收和储存，直达扫描完成；接着按照重建点对相应孔径检测号的回波做时延调整、信号叠加和平均等处理，实现逐点聚焦，最终重建整个成像区域的信号反射图（见下图）。

合成孔径聚焦超声成像（SAFT）

3）干点式传感器（DPC）

 传统的传感器需要使用耦合剂才能与混凝土表面紧密接触，干耦合不使用耦合剂，通过弹簧弹力实现耦合。

 弹簧加载的天线阵单元可以在粗糙度曲率8mm的表面上工作，在粗糙和不平整的表面也有稳定的超声接触。

 使用天线阵获得高信/噪比。

干点式传感器（DPC）

4）横波检测

 信噪比提高 — 超声横波在混凝土中的散射比纵波弱，接收信号更强。

 分辨能力有所增强 — 分辨力与超声波波长有关，波长越短，分辨力越高。横波波长≈60%纵波波长（波速C=波长λ x 频率f）;

 缺陷反射更强 — 横波只能在固体中传播，当遇到空气层或空洞、裂缝时几乎全反射。

横波传感器

5）B-/C-/D-扫描及3D成像

 成像显示直观，与医学B超类似，不同的颜色表示不同强度的反射；

 采用面扫模式可现场显示3D图，更清楚直观；

 电脑端分析软件IntroView还可对3D图进行切片，详细查看不同位置的图像。

B-Scan视图

B-/C-/D-及3D视图

二、仪器参数设置

为了不同位置的信号具有可比性，同一次测试，仪器应采用一致的参数。本次测试的主要参数设置如下：

1. 波速（wave speed）：3600m/s（横波波速）

2. 模拟增益（analog gain）：15dB

3. 数字增益（digital gain）：20dB

三、实测数据分析

本次测试了几个试块，多数未发现问题。

试块1

试块1厚度200mm，我们从两面进行了测试底面反射清晰，中间未发现异常反射，说明内部质量良好。

我们也从顶部测量了一次，也能够看到底部反射，高度约500mm。

总体来说，试块1内部应该没有明显的问题。

试块2

试块2是个方形构件，厚度约420mm，左侧测出的数据较正常，能看到底部反射，靠近右侧的图形则能在距离表面60-70mm的位置看到异常反射。

我们还对试块2做了一次面扫测试（Map模式），并生成3D图，这样有利于更清晰直观的查看构件内部情况。下图右下即为测试结果的3D显示效果，在软件中或者仪器上可以自由旋转，从不同角度查看，左上图和其他结构看到的图片一样，为B扫图，即结构的纵切面图。

试块3

试块3也是个方形构件，比试件2稍小，厚度约320mm，高度约500mm，从顶面和侧面都能测试到底部反射，试件内部未发现明显问题。

试块4

试块4是之前用单探头超声对测自测过的，发现声速变化，怀疑内部有问题。阵列式超声测试结果未发现明显异常，底部反射清晰，误差很小，变化基本在5mm之内。

试块5

试块5是另一个场地的构件，横截面边长400mm左右，从几个侧面测试的数据，底面反射都很清晰，未发现异常情况。该构件也保存了雷达测试数据，400mm以内也没有发现异常。试块4也做了雷达测试，情况与试块5基本相同，由于尺寸太小，测试距离太短，没有保存。