冲击弹性波检测技术基本原理
冲击弹性波检测技术基本原理
冲击弹性波检测技术基本原理
3.3.1 噪声的种类 ........................................................................................................48 3.3.2 硬件降噪技术 ...................................................................................................49 3.3.3 软件降噪技术（一）移动平滑滤波 ..............................................................49 3.3.4 软件降噪技术（二）带通滤波 ......................................................................51 3.3.5 软件降噪技术（三）经验模态分解法（EMD） .........................................51 3.3.6 软件降噪方法的效果比较 ...............................................................................55 3.4 频谱分析技术 ......................................................................................................57 3.4.1 FFT 解析（高速傅立叶变换） ........................................................................57 3.4.2 MEM（最大熵法）频谱分析方法 .................................................................58 3.4.3 FFT 与 MEM 的对比 ..........................................................................................60 3.4.4 相关分析 ............................................................................................................63 3.5 数据分析及判断 .................................................................................................64 3.5.1 基本统计方法 ...................................................................................................64 3.5.2 异常数据识别方法 ...........................................................................................65
冲击回波法检测
七 总结
冲击-回波法是一种新的无损检测方法，可用来测量结构混 凝土厚度。特别适合于单面结构，如路面、机场跑道、底板、 护坡、挡土墙、筏型基础、隧道衬砌、大坝等混凝土结构的 厚度检测。冲击-回波法应用于砼构筑物无损检测，具有简 便、快速、设备轻便、干扰小、可重复测试等特点。因此， 它在无损检测中必定将更为广泛的得到应用。
图8 左上角为IES系统，采用滚动接收传感器； 右下角为传统IE系统，只有一个接收传感器
图9 图9和图10均为IES扫描式冲击回波系统仪器。
图10
（2）IES技术规格和参数： 1、测试厚度范围：9～50cm； 2、测试精度：2％（在已知厚度处标定后）； 3、英制或公制显示； 4、测试时不需要耦合剂； 5、测试时只需一个测试面； 6、测试速度是慢速步行的速率； 7、滚动传感器，每隔1 英寸（2.54cm ）进行一次测量； 8、对表面有油漆或粘结良好的瓷片，同样可以测试； 9、对板厚度或内部缺陷可进行三维成像，更直观显示缺陷。
4）声速的测量 在冲击回波法测厚时，声速的测量也是至关重要的--声速越 精确，所得的测厚结果就越精确。在实际应用中，声速的测 量有几种可行方法：回波法确定混凝土的波速，然后用该波 速检测结构的其它部位。 直接用冲击回波法测量P波波速来确定，此方法允许测量结 构上任一点的波速。用超声平测法测量混凝土的声速（如图 3所示）。在混凝土结构中不同部位的波速往往是变化的， 或者在某些情况下其厚度未知，还得进行取芯，所以第一种 方法不太可取；用第二、三种方法测得的声速值比较接近， 一般测试时优先采用第二种方法，除非条件不具备，再考虑 采用其他两种方法。
图15 PIES 便携 式冲 击回 波仪
其产品特点： （1）首次真正意义上的便携式冲击回波系统，能用带电池 的掌上电脑进行数据选择和存储； （2）首次在一个便携式系统内综合实施冲击回波技术； （3）首创具有带压力和频率控制实用电子触发多冲击头压 力波生成装置； （4）运用数学运算法则判断表面裂缝长度 （5）频率范围广：1Hz~100Hz，设计了一个体积小、成本 低、信号数字化丰富的全新数字转换器，传输率1G样本/秒， 它是唯一一个适合膝上和掌上电脑的信号转换器； （6）首次能用回波技术测量到10米内厚的混凝土或其它增 益结构的设备。
冲击回波法检测教学讲义
接收器
接收器
用于接收并响应被测结构中的应力波，将信号转换为可测量 的电信号。
接收器类型
常用的接收器有压电式、磁电式和电动式等，根据检测需求 选择合适的接收器。
数据采集系统
数据采集系统
用于采集、记录和显示接收器输出的电信号，以便进行分析和处理。
数据采集系统组成
包括信号放大器、滤波器、模数转换器和计算机等，确保数据采集的准确性和稳 定性。
在冲击回波法中，使用超声探头 接收反射回来的回波信号。回波 信号的强度和波形反映了界面的 性质和状态。
回波的处理
接收到的回波信号需要进行处理 ，包括信号放大、滤波、数字化 等步骤，以便后续的分析和处理 。
信号的分析与解释
信号的分析
对处理后的回波信号进行分析，提取 有关界面性质和状态的信息，如反射 系数、折射系数、声速等。
。
数据处理
根据实验目的对数据进行处理 ，如滤波、去噪等，以提高数
据质量。
结果分析
根据处理后的数据，分析材料 性能，如弹性模量、阻尼比等
，并得出结论。
结果评估与报告
对实验结果进行评估，撰写详 细的实验报告，包括实验目的
、方法、结果和结论等。
05
冲击回波法的实验结果与解释
实验结果展示
实验数据记录
详细记录每次实验的输入参数、实验步骤、实验环 境和实验数据，确保数据的完整性和准确性。
信号发生与采集
调整参数
通过信号发生器产生冲击信 号，并使用采集设备记录材
料对冲击信号的响应。
根据实验需求，调整信号发 生器和采集设备的参数，以
获取最佳的测试效果。
重复实验
为了确保数据的准确性 和可靠性，需要进行多
冲击回波法原理-韩锋
冲击回波法实验报告一工程概况北京铁路某段隧道二次衬砌混凝土厚度采用冲击-回波法实验检测，该隧道结构为一次喷护30cm 厚混凝土和二次模注20cm 厚混凝土复合衬砌形式，两次混凝土之间有一柔性防水层。
用冲击—回波法来检测该隧道二次衬砌混凝土厚度。
二实验依据(1)混凝土无损检测技术手册(2)铁路隧道工程质量检验评定标准；三实验目的和适用范围冲击-回波法是一种新的无损检测方法，用来测量结构混凝土厚度。
根据频谱图中最高峰值处的频率值来计算被测结构混凝土厚度，特别适合于单面结构，隧道衬砌、大坝等结构的检测。
四实验仪器冲击回波测试系统一般由冲击器（为可更换系列）、接收器、采样分析系统（主机、可与计算机连接）等组成。
实验采用同济大学自制U- Sonic 型超声检测仪, 该仪器具有数据波形采集、频谱分析功能. 设备有小钢球、宽带换能器、加速度计、信号采集系统( A/ D) 和微机等( 图4) .冲击回波法采集数据过程采用的传感器是YD 系列压电式加速度计( 电荷灵敏度: 0. 3 mV/ ( m #s- 2 ) ;频率范围: 0~20 kHz) , 它具有工作频带宽、体积小、质量轻、安装方便等特点, 适合于本实验选用.五实验前准备仪器准备：仪器的检查试测，避免仪器损坏，实验进行不畅通或结果不准确。
测点准备：测点选择及表面处理，表面无裂缝，被测点表面用砂轮将周围打磨。
六测试步骤1 冲击源冲击源应满足以下要求:①冲击接触时间必须是瞬态的,②冲击力有一定的能量能够激振起结构厚度的应力反射波;③避免干扰振动信号混入, 特别是与反射回波相近的频率成分。
2 信号接收冲击源冲击混凝土表面产生的振动由压缩波( P波) 、剪切波( S 波) 和瑞利波(R 波) 组成。
瑞利波沿表面传播; 压缩波、剪切波则向试体内传播, 当遇到试体与其他介质的界面时反射, 并在表面与界面之间形成多次反射。
冲击回波试验接收的主要是压缩波的反射回波信号。
冲击弹性波检测混凝土质量的基本原理
冲击弹性波检测混凝土质量的基本原理一.引言在混凝土、岩土、金属等固体物质中，通过力或应变发振产生的扰动波叫弹性波。
由于冲击弹性波用锤或其他激振使固体物质变形产生，因此其能够直接反映材料的力学特性，具有激振能量大、操作简单、便于频谱分析等特点，同时，对固体激振后，固体粒子的振动方向与弹性波传播方向不同，会形成不同的弹性波。
根据波动的传播方向与粒子的振动方向的关系分类如下：1）P 波（纵波、又叫疏密波）：波的传播方向与粒子运动方向平行；2）S 波（又叫横波）：波的传播方向与粒子运动方向垂直（粒子的运动方向与结构物表面平行的S 波也称为SH 波，与表面垂直的S 波为SV 波）。
P 波和S 波存在于物体的内部，因此也叫体波。
另一方面，在边界面附近，由于边界条件的约束则产生表面波（Rayleigh 波、Love、Lame 波等）：1）R 波（Rayleigh 波、瑞利波、雷利波）：由P 波和SV 波合成。
R 波的大部分能量集中在约1 个波长深度范围内，是代表性的表面波。
由于它的衰减比其他的体波少，在结构物表面激振和传播的信号主要是R 波。
2）Love（洛夫）波：当下层材料坚硬，上层结构松软时，由SH 波合成产生。
3）Lame 波：又叫板波。
在板厚度较薄的板状体，由上下两面反射的波合成。
二.弹性波特性弹性波产生后，在固体中传播过程中，具有多种特性（如传播特性、衰减特性、反射特性等），利用这些特性可以测试结构物的各种病害。
传播特性前面已经叙述，弹性波中各有成分波，其传播速度也各有不同。
弹性波中，P波的传播速度最快。
而P波在固体中传播时，其传播速度与结构尺寸有关系。
当固体的3维尺寸大于P波波长时，P波的传播速度为三维波速；当固体为平板，而P波波长较长的场合，P波速度为2维速度；当固体为桩、立柱等细长物体而P波波长较长时，其P波波速为1维速度。
根据相关研究，容易得出V P1:V P2:V P1=1:1.021:1.054(泊松比取为0.20)的关系。
冲击试验机的工作原理 冲击试验机工作原理
冲击试验机的工作原理冲击试验机工作原理冲击试验机是指对试样施加冲击试验力，进行冲击试验的材料试验机，紧要用于测定金属材料在动负荷下防范冲击的性能，被广泛用于多个领域中。
紧要来介绍一下冲击试验机的工作原理。
冲击试验机的工作原理：冲击试验机被冲击的试样在受锤冲击的瞬间，分为手动摆锤式冲击试验机，半自动冲击试验机，非金属冲击试验机，数显半自动冲击试验机，微机掌控冲击试验机。
数显全自动冲击试验机通过高速负荷测量传感器产生信号，经高速放大器放大后，由A/D快速转换成数字信号送给计算机进行数据处理，同时通过检测角位移信号送给计算机进行数据处理，精准明确度高。
加装高速角位移监控系统和力检测传感器和放大器，经计算机高速采样，数据处理，可显示N—T和J—T曲线，数据存盘，数据报告打印等，能瞬时测定和记录材料在受冲击过程中的特性曲线，通过更换摆锤和试样底座，可实现简支梁和悬臂梁两种形式的试验。
高处与低处温冲击试验机的故障排出是怎么做的高处与低处温冲击试验机是金属、塑料、橡胶、电子等材料行业必备的测试设备，；用于测试材料结构或复合材料，在瞬间下经极高温及极低温的连续环境下所能忍受的程度，得以在最短时间内检测试样因热胀冷缩所引起的化学变化或物理损害。
分为两厢式和三厢式，区分在于试验方式和内部结构不同，产品符合标准为：GB/T2423.1—2023试验 A 、GB/T2423.2—2023试验B、GB—T10592—2023、GJB150.3—198、GJB360A—96方法107温度冲击试验的要求。
故障排出1.在高温试验中，如温度变化达不到试验温度值时，可以检查电器系统，逐一排出故障。
如温度升得很慢，就要查看风循环系统，看一下风循环的调整挡板是否开启正常，反之，就检查风循环的电机运转是否正常。
如温度过冲厉害那么就需要整定PID的设置参数。
假如温度直接上升，过温保护，那么，掌控器出故障，须更换掌控仪表。
2.在试验运行过程中蓦地显现故障时，掌控仪表上显现对应的故障显示提示并有声讯报警提示。
冲击试验 a类
冲击试验 a类
冲击试验A类是一种常见的实验方法，用于评估材料或结构在冲击力下的性能表现。
本文将介绍冲击试验A类的基本原理和应用领域，以及该试验的步骤和注意事项。
冲击试验A类是一种通过施加冲击负荷来测试材料或结构的抗冲击性能的实验方法。
它广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。
冲击试验A类的基本原理是利用冲击装置施加冲击负荷到被测试材料或结构上，然后通过测量其变形、破坏或其他性能参数来评估其抗冲击性能。
这一实验方法可以模拟真实工作条件下的冲击载荷，从而帮助工程师评估和改进产品的设计和材料选择。
冲击试验A类的步骤通常包括以下几个方面：首先，确定试验目的和要求，并选择合适的冲击装置和测试设备。
然后，准备被测试材料或结构，并确保其符合试验要求。
接下来，根据试验要求设置冲击负荷的参数，如质量、速度和形状等。
然后，将冲击负荷施加到被测试材料或结构上，并记录其变形、破坏或其他性能参数。
最后，根据试验结果进行数据分析和评估，并提出改进建议。
在进行冲击试验A类时，需要注意以下几个方面：首先，确保试验设备和仪器的准确性和可靠性。
其次，遵循安全操作规程，保护试验人员和设备的安全。
此外，应注意选择适当的试验条件，以保证
试验结果的可靠性和可比性。
最后，对试验结果进行合理解释，并根据需要进行进一步的试验和分析。
冲击试验A类是一种常用的实验方法，用于评估材料或结构的抗冲击性能。
通过理解冲击试验A类的基本原理和步骤，以及注意事项，我们可以更好地应用这一方法，并为产品的设计和改进提供有力的支持。
冲击试验的实验目的原理及步骤方法
四、冲击试件
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工程上常用金属材料的冲击试件一般 在带缺口槽的矩形试件，做成制品的目的 是为了便于揭露各因素对材料在高速变形 时的冲击抗力的影响。缺口形状和试件尺 寸对材料的冲击韧度值αk的影响极大，要 保证实验结果能进行比较，试件必须严格 按照冶金工业部的部颁布标准制作。故测 定αk值的冲击实验实质上是一种比较性实 验，其冲击试件形状如图所示。
实验三
冲 击 实 验
z
在实际工程机械中，有许多 构件常受到冲击载荷的作用,机器 设计中应力求避免冲击波负荷,但 由于结构或运行的特点,冲击负荷 难以完全避免，为了了解材料在冲 击载荷下的性能，我们必须作冲击 实验。
一、实验目的
1. 了解冲击实验的意义，材料在冲击 载荷作用下所表现的性能。 z 2. 测定低碳钢和铸铁的冲击韧度值 αk 。
z
二、实验设备和仪器
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摆式冲击试验机 游标卡尺
三、基本原理
z
z
பைடு நூலகம்
冲击实验是研究材料对于动荷抗力的一种 实验，和静载荷作用不同，由于加载速度快， 使材料内的应力骤然提高，变形速度影响了材 料的机构性质，所以材料对动载荷作用表现出 另一种反应。往往在静荷下具有很好塑性性能 的材料，在冲击载荷下会呈现出脆性的性质。 此外在金属材料的冲击实验中，还可以揭 示了静载荷时，不易发现的某结构特点和工作 条件对机械性能的影响（如应力集中，材料内 部缺陷，化学成分和加荷时温度，受力状态以 及热处理情况等），因此它在工艺分析比较和 科学研究中都具有一定的意义。
55±2 10±0.1
10±0.1
1±0.1
40±0.5
图 3-1
五、实验方法与步骤
1．测量试件尺寸，要测量缺口处的试件 尺寸。 z 2. 调整冲击试验机指针调到“零点”根据试 件材料估计所需破坏能量，先空打一次， 测定机件间的摩擦消耗功。 z 3. 将试件装入在冲击试验机上，应使没 有缺口的面朝向摆锤冲击的一边，缺口的 位置应在两支座中间，要使缺口和摆锤冲 刃对准。将摆锤举起同空打时的位置，打 开锁杆。
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冲击弹性波检测技术基本原理
（宁波升拓检测技术服务有限公司浙江宁波）
摘要：
弹性波：是在固体材料中传播的物质粒子的微小振动传播形成的波，也曾被称为“机械波”、“应力波”、“地震波”等。
由于变形微小，物体处于弹性状态，因此被称为弹性波；冲击弹性波：通过人工锤击、电磁激振等物理方式激发的弹性波；
无损检测技术，又称非破坏检查技术，就是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，利用物质中因有缺陷或组织结构上的差异存在而会使其某些物理性质的物理量发生变化的现象，以不使被检查物使用性能和形态受到损伤为前提，通过一定的检测手段来测试、显示和评估这些变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件等被测物的性质、状态或内部结构等所采用的检查方法
随着现代工业的迅速发展，对产品质量、结构安全性和使用可靠性提出了更高的要求，由于无损检测技术具有不破坏试件，检测快捷简便、精度高等优点，所以其应用日益广泛。
至今，无损检测技术在国内许多行业和部门，例如机械、粉末冶金、建筑、公路、铁道、隧道、桥梁、石油天然气、石化、化工、航空航天、船舶、电力、核工业、兵器、煤炭、有色金属、医疗机构、核工业、海关等，都得到广泛应用。
冲击弹性波无损检测技术的发展历程
早在1960年代，弹性波（Elastic wave）的概念即被提出，并在物探等领域得到了广泛的应用。
1980年代开始，包括“Impact Echo”法在内的弹性波无损检测方法，在ASTM的多个规程中得到了体现（C597、C1383、D2845等） 2000年，日本土木学会设立了“弾性波法の非破壊検査研究小委員会”，提出了冲击弹性波“Impact Elastic Wave”的概念。
2009年，日本无损检测协会（日本非破壊検査協会、JSNDI）颁布了基于弹性波的技术标准（NDIS 2426，コンクリート構造物の弾性波による試験方法，Non-destructive testing of concrete-elastic wave method），并将超声波、打声法等均归为弹性波的范畴。
标准的第1、2、3部分别为超声波、冲击弹性波（Impact elastic wave method）和打声法。
本公司开发的各类检测和监测设备，均以振动和冲击弹性波为检测媒介，并正逐步形成相应的技术体系。
冲击弹性波的基本概念
振动和波的概念
首先，要分清楚两个容易混淆而又相互关联的概念，即振动和波。
振动表示局部粒子的运动，其粒子在平衡位置做往复运动。
而波动则是全体粒子的运动的合成。
在振源开始发振产生的扰动，以波动的形式向远方向传播，而在波动范围内的各粒子都会产生振动。
换句话说，在微观看主要体现为振动，而在宏观来看则容易体现为波动。
在土木、交通工程中所用的无损检测技术里，也会用到各种波动和振动作为测试媒介。
常用的有光波、电磁波、弹性波（包括冲击弹性波、超声波、声波）等。
其中，冲击弹性波用锤或其他激振装置冲击产生，能够直接反映材料的力学特性，具有激振能量大、操作简单、便于频谱分析等特点，是一种非常适合无损检测的媒介，基桩完整性小应变检测技术就是其最广泛的应用领域之一。
弹性波的基本方程
1）一维状态
对象物体满足如下条件时，可以认为其符合一维状态
式中，：波长；：桩的直径；：桩长。
取一维杆的轴线作为X 轴，设一维杆为等截面，截面面积为，弹性模量为，密度为，且材质均匀连续。
在任意截面处的微单元受纵向外力扰动而自由振动，振动位移表示为。
D L A E x dxp ),(txu
2）三维状态
更一般地，在三维体中的弹性波的基本方程可以根据弹性体的运动方程导出：
上述弹性波基本方程，可以得到两种解。
其一为3 维膨胀的波（非旋转波），另一则为纯旋转波（等体积的波）。
将（2-1-10）中的三个方程的左右两端分别对，，微分后相加，即可得到关于膨胀波的波动方程式：。