超声波检测钢管混凝土的基本原理是在钢管外径的一端利用发射换能器产生高频振动，经钢管圆心传向钢管外径另一端的接收能器。超声波在传播过程中遇到由各种缺陷形成的界面时就会改变传播方向和路径，其能量就会在缺陷处被衰减，造成超声波到达接收换能器的声时、幅值、频率的相对变化。超声波检测钢管混凝土就是根据超声波的声时、幅值、频率的相对变化，对钢管混凝土的质量进行分析判断。

    钢管混凝土超声波检测的前提条件

    1． 超声波穿过钢管混凝土到达接收换能器的时间 必须小于超声波通过钢管壁到达接收换能器的时间。只有这样，到达接收换能器的首波才能反映钢管混凝土的质量。

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    如图所示，t1是超声波经圆心穿过钢管混凝土到达接收换能器的时间，t2是超声波通过钢管壁到达接收换能器的时间。经对相同规格的空钢管和充满混凝土的钢管的超声波测试，发现超声波经圆心穿过钢管混凝土到达换能器的时间t1小于通过空钢管壁到达接收 换能器的时间t2，且满足下列公式：    

    t1=D/CP                             ①

    t2=1.57D/0.4Cp                       ②

    式①中的CP是混凝土的纵波速度，式②中的CP是钢的纵波速度，式①、②中的D是钢管外径。如果设混凝土的纵波速度为4450m／s，钢的纵波速度为5850m／s，由t1＝220Dμs，t2＝670Dμs。

    2．钢管混凝土超声波检测必须是在相同条件相对比较下进行。只有这样，才能根据声时、幅值及频率的相对变化来分析判断钢管混凝土的质量，否则，接收到的声时、幅值及频率变化信号没有可比性，无法对钢管混凝土的质量进行分析判断。所以在超声波检测钢管混凝土时，必须做到使用同一台仪器，使用同一对收发换能器，采用钢管外径为同一测距，发射同一电压，选择相同测试参数，保证换能器耦合一致。

    检测点布设及信号采集

    检测点布设是否合理与检测质量紧密相关，只有检测点布设合理才能对钢管混凝土的质量进行全面评价。布设钢管混凝土测点时，首先要布设合理的检测截面，然后在每个检测截面上布设合理的检测点。《超声波检测混凝土缺陷技术规程》CECS21：90的规定，检测混凝土均匀性时，测点间距为0.2～0.5米。总之，检测截面和检测点的布设应使最终检测结果能全面反映钢管混凝土的质量。 要全面真实地反映钢管混凝土的质量，不但测点要布设合理而且采集的信号还要有效。只有采集到有效信号才能对检测点处的钢管混凝土的质量进行有效分析和判断，否则分析判断的结果不能反映测点钢管混凝土的真实质量。所以，在采集信号时必须要保证测距一致，选择测试参数一致，换能器耦合性一致，排除干扰造成的异常信号，采集稳定的有效信号。

    检测信号分类及分析

    钢管混凝土的质量有好有坏，接收换能器接收到的信号也就随之而变，而常遇到的信号可以大致分为以下几类：

    1．声时短、幅值大、频率高 这种情况表明超声波穿过的钢管混凝土密实均匀，没有缺陷。

    2．声时长、幅值小、频率低 这种情况表明钢管混凝土中存在着缺陷，而且缺陷的位置是在有效接收声场的中心轴线上即收发换能器的连线。

    由于缺陷是在有效接收声场中心轴线上，使得超声波产生绕射改变了传播路径，其能量也在缺陷受到了散射衰减和进一步的吸收衰减，导致超声波到达接收换能的时间变长，幅值变小频率降低。而钢管混凝土的缺陷可分为两大类，一是混凝土自身的缺陷（如离析、蜂窝、裂隙、泥砂夹层、夹泥等），二是钢管内混凝土与钢管内壁接触不紧密而造成的脱空缺陷。以上二者都可以使超声波到达接收换能器的时间变长、幅值变小、频率降低，但后者的混凝土自身未必有缺陷。有时声时变长、幅值变小、 频率降低是混凝土自身缺陷与脱空缺 陷共同造成的。要具体分析使声时变 长、幅值变小、频率降低是由哪类缺陷造成的，还应结合敲击、取芯等方法加以判别。

    3．声时短、幅值小、频率低

    （1）钢管混凝土中的缺陷不在有效接收声场的中心轴线上，而是在有效接收声场覆盖的空间内，以致声线仍然通过有效接收声场的中心轴线，声时不会改变，然而有效声场空间里的缺陷使得声能受到衰减，导致幅值变小频率下降。

    （2）钢管混凝土中的缺陷虽然在有铲接收声场的中心轴线上，但是缺陷足够小。在这种情况下虽然声能受到衰减使得幅值变小频率降低，但是超声波在缺陷处产生绕射后路径改变不明显，以致声时变化很小。

    （3）钢管混凝土本身并没有缺陷，但是由于换能器与钢管外壁耦合不良，也会造成幅值变小、频率下降而声时变化很小的现象。这种现象是在检测过程中由人为因素造成的，它不能反映钢管混凝土的真实情况，因此，必须杜绝它的出现。

    结束语

    超声波法是目前检测钢管混凝土密实程度和均匀性的首先检测方法，超声波检测可以根据合理布设的检测点对钢管混凝土的密实程度和均匀性进行全面而细致的检测，它可以检测出钢管混凝土是否存在缺陷，找出缺陷位置，圈出缺陷