冲击回波法原理介绍
冲击回波法是一种无损评估混凝土和砌体的方法，其原理是利用冲击产生应力(声)波，该应力波会在结构上传播从而被内部缺陷和外部表面反射。冲击回波法可用于精确地、非破损的、经 ASTM 认可的测量混凝土板块和路面的厚度(ASTM C 1383-98a)。也可用于探测素混凝土、钢筋混凝土和后张钢筋混凝土中缺陷的位置和大小，如裂缝、分层、孔洞、蜂窝和脱粘。它可以测定板层或路面下的基层中孔洞的位置。可用于测定用砂浆粘结的砖石砌体结构的厚度或结构中裂缝、孔洞和其他缺陷的位置。冲击回波法不受钢筋存在的影响。
用一个小钢球冲击混凝土或砌体的表面即对其有一个短时机械冲击，产生低频应力波(可达到 80KHz)传入结构内部，遇到缺陷和/或外表面时便发生反射。这种应力波的波长通常在 50-2000mm 之间，要比混凝土中自然的不均一区域(骨料、气泡、微裂缝等)的尺度大得多。因此应力波在混凝土中的传播只是略有衰减，可视作在均匀的弹性介质中传播。这些波在结构中的多重反射激起了局部区域的振动，当反射波到达冲击表面，引起表面位移，可通过邻近冲击位置的换能器记录下来。传感器中的压电晶体产生与位移成比例的电压信号，该电压一时间信号(称作波形)传到数据采集系统经数字化后保存到计算机的内存中，经计算处理转换成振幅与频率对应的频谱。在计算机的屏幕上可绘出波形图与频谱图。主频，即频谱中以峰值出现的频率与应力波在结构中的多重反射或与浅层、分离层中的弯曲振动相关。
冲击回波的基本公式是 a=C/(2f)，其中 d 是应力波受到反射的深度(缺陷到冲击表面的距离或密实结构的厚度)，c 是波速，f 是信号主频所对应的频率。频率 f 是通过测试得到的。要得到厚度或缺陷的深度，波速 C 必须已知。可以通过测混凝土表面两个固定距离的传感器之间应力波的传播时间来计算波速(请见下一页)，或者测出已知厚度混凝土板密实处的频率来计算波速。后者计算公式变为C=2df(其中 d 是已知的厚度)。
仪器组成
下图中的图片和数字描述了 Impact-echo 的所有组件。给仪器做配置时包括选择组件的编码数字和传感器的类型(第 2-3 项)。这些描述见下页，和建议的仪器配置一起。
1.冲击器：一套 10 个硬钢球弹簧棒上的，用于产生应力波，在结构中传播并被缺陷或外部界面反射。
2.手持式传感器：柱型传感器和枪型传感器用于探测结构中应力波的多次反射信号。
3．双端传感器：通过记录波在置于结构表面两个固定距离(300mm)的传感器之间的传播时间来检测波速。
4.模拟/数字数据采集系统：对传感器的电压一时间信号进行接收和数字化，并将结果传输到计算机(14 位分辨率，2 个通道每个ZD采样速度均为 2MHz )。
5.笔记本电脑：任何带 Windows 操作系统的标准笔记本电脑均可(见下页)。
6.计算机软件：用户友好界面，Windows 版 Impact-E 软件(CD)用于分析信号，进行计算和在电脑屏幕上显示测试结果。
7.2 根 BNC 连接线：连接传感器和数据采集系统。
8.串口/USB 接口连接线：连接数据采集系统到计算机的串口或 USB 接口。购买仪器时可将电脑一起购买，也可分开购买。
9.电池充电器：输入 90-264V 交流，输出 12V 直流，用于对数据采集系统的电池充电。
10.直流电源:输入 6-24V 直流，输出 12V 直流，用于对数据采集系统的电池充电(连接到汽车或卡车的点烟器)。
11. 印 刷 材 料 ： 由 M.J.Sansalone 和 W.B.Streett 编 写 的 书 ， "Impact-Echo:NondestructiveEvaluation of Concrete and Masonry"，Bullbrier Press, Ithaca, NY, 1997, 339pp；操作手册；其它材料，包括装箱单和质保书。
12.滚轮式/手提式携带箱：(见第 5 页)。
传感器
柱型传感器(左下)和枪型传感器(中间)用于冲击回波测试。柱型模式适用于检测狭窄和局限的地方；枪型模式更简单易用，适合于平整的表面。一套测试仪必须至少有一个传感器。右边的双端传感器仅用于单独测量波速 ( 按 ASTM C1381-98a 规定，测定楼板或板层厚度时要求测量波速)。它不能用于冲击回波测试。如果在将要进行测试的结构区域，能够在已知准确厚度的板层上进行测试，使用单个柱型或枪型传感器也能测得波速(ASTM C 1381-98a 检测波速和楼板厚度不接受该种测量波速的方法)。
仪器配置
根据测试类型，冲击回波测试系统有三种推荐配置，如下：
系统 A：
该系统含 3 个传感器，包括 2 个柱型传感器，或 2 个枪型传感器，或各 1 个，加 1 个双端传感器。柱型传感器和枪型传感器能用于冲击回波测试，当其中 1 个丢失或损坏时，有另 1 个备份。测定表面开口裂缝的深度需要 2 个传感器，使用 2 个柱型传感器，或 2 个枪型传感器，或各 1 个很方便。双端传感器用于测定波速。
系统 B：
该系统含 1 个传感器用于冲击回波测试，可以是柱型传感器或枪型传感器，及 1 个双端传感器。这涵盖了所有可能的测试需求。为测定表面裂缝的深度，双端传感器的 1 端可和柱型传感器或枪型传感器一起使用，然而有时这会很麻烦。双端传感器单独可用于测定波速。
系统 C：
该系统仅含 1 个传感器用于冲击回波测试，可以是柱型传感器或枪型传感器。该系统适合常规的例行测试。仅当被测区域的板层厚度已知时，可以测量波速。下图显示了进行常规冲击回波测试(左图)和独立波速测量(右图)的主要组件。
滚轮式/手提式携带箱
滚轮式/手提式携带箱(见上图)装满物体后的尺寸约为 46x38x28cm，重量约为10kg，不含电脑。该携带箱符合航空运输箱的要求。耐用的帆布箱有一个可拆卸的、有衬垫的电脑箱，以及零散附件袋、文件袋、伸长杆和滑轮。
电源要求：由笔记本和数据采集系统的内部电池供电。现场操作时无需外部电源。充满电后笔记本通常能工作 2-4 小时，而且还有外部电池可选。充满电后数据采集系统能工作 5-6 小时。
测试仪的电脑推荐配置
从Impact-Echo 公司购买测试系统时，可同时购买电脑也可不购买。IMPACT-E软件可用于任何旧 M 兼容计算机，只要是基于 Windows 95 或更高版本操作系统的，带1 个串口或 USB 接口(基本上所有计算机上都有)，在“区域设置”和“键盘语言”( Windows 操作系统的控制面板中找到)有“英语(美国)”选项。IBM 兼容机的ZD推荐配置如下：
● 100MHz 或更快的处理器
● 16MB RAM
● 10.3”TFT彩色显示器
● 3.5”软驱
● 800MB 硬盘
事实上，当前所有的旧 M 兼容机都超过了上述要求。许多公司都有适合的笔记本，包括 Compaq, Gateway, Dell, HP, Panasonic, Toshiba，等等。Panasonic公司的 Touook 是一款“加固”过的笔记本，具有防潮和防灰的镁合金外壳，防震硬盘，防溅键盘，阳光下可读显示及其它是适合于户外使用的特点。
Impact-echo 冲击回波测试系统的技术参数
该仪器在全世界都可以并正在广泛使用。它具有 CE 标志，符合欧盟标准。它能测量尸波速度和混凝土楼板和板层的厚度，符合 ASTM C 1383-98a 标准。
电源要求：仪器由笔记本电脑和数据采集系统内部的可充电电池，或者外部电源供电。充满电的笔记本电脑电池通常能使用 2-4 小时，也有备用电池。数据采集系统中的电池充满电后能工作 5-6 小时。当一定时间(缺省为 2 分钟)内没有接收到测试信号时，节能系统会自动将数据采集系统转为“休眠”模式。该模式下，耗电量减少了 90%多。还提供适配器将直流(汽车或卡车电池)或 110V 交流转为 240V 交流，以对系统供电或对电池充电。
尺寸和重量：滚轮式/手提式携带箱(见上页的图)尺寸约 46x38x28cm。当除电脑外装满其它所有部件时，重量约 10kg，符合航空旅行箱要求。它含有 1 个可拆卸，内置衬垫的箱子(带手柄)，用于放置和保护笔记本电脑。
传感器单元：(见上图)
● 主要部件：每个单元端部为压电晶体;柱型和枪型单元带电池供电的前置放大器。
● 电源要求：柱型和枪型单元，9V 内部电池;双端单元，无需电源(自供电)。
● 控制：由按压手柄(柱型和双端型)或触发开关(枪型)控制，柱型和枪型单元有低电量警示灯。
● 电缆连接：BNC 连接头用于连接数据采集系统。
● 尺寸和重量：
● 柱型：长 29cm，柱直径 5cm，重量 lkg
● 枪型：高 16.5cm，长 20cm，宽 7.6cm，重量 0.7kg 双端型：16.5cm，长 38cm，宽 7.6cm，重量 lkg
模拟/数字数据采集系统：14 位模拟擞字转换器，2 通道每通道ZD采样速度2MHz。
● 电源要求：内部可充电电池(5V 直流)，充满电时能工作 5-6 小时。
● 软件：专门的主板软件功能，仅能和 Impact-E 操作软件一起使用(见下页)。控制：开/关，指示灯。
● 电缆连接：2 根 BNC 连接线接头用于连接传感器单元；双芯连接头用于连接电池充电器；1 个 9 针串口连接器连接电脑(含USB/串口适配器，用于连接 USB 端口)。
● 尺寸&重量：26x16x4cm，1kg。
Impact-E: Windows 版的冲击回波软件
Impact-E 是 Windows 版的交互式用户友好界面软件系统，用于冲击回波的测试及其结果的分析。它是由编写冲击回波书籍的作者两个人用了两年时间编出来的软件(见该书的第 8 页)。该软件引入了冲击回波理论中的物理及数学原理。 Impact-E 可以装在任何一台电脑上用于任何用途，但不能用于测试，因为想要进行测试得有与该软件兼容的 Impact-Echo Instruments 公司的数据采集系统。
Impact-E 软件主要优点
● 用户友好：在测试过程中引导用户。
● 交互式：测试的每一步尽在用户的掌握之中。
● 说明详尽：详尽的操作手册和详细的在线帮助系统。
● 全面的：适用于所有已知的冲击回波应用。
主要特点
● 易于使用：用户通过有清晰文字的命令按钮和文本框交互式地录入数据。通过鼠标或键盘或两者同时使用可灵活地控制。通过各个屏幕的组合引导用户进行测试、数据检索和数据分析。每次测试的日期和时间自动记录并同测试结果一起保存。
● 快速：两分钟内便可设置完毕开始测试。在冲击完毕后 2 秒内即将测试结果显示在电脑屏幕上。15-20 秒即可完成一次测试并将结果保存到测试文件。
● 灵活：屏幕可以彩色或黑白的方式显示(后者在户外的光线下有时更便于读取)。测试结果文件可存放在硬盘上、软件盘上或其他的介质上，便于稍后的检索和分析。测试记录和测试文件的总结可以打印或导入到 Excel 中。文件系统更方便于打印，在文件间拷贝测试记录，直接导入 Excel，将测试结果写成 ASCII 码。文件以便于导出等等。
● 软件保护：未经授权不得使用 Impact-E 软件，该软件通过加密的代码以得到保护，只有有了与该软件相兼容的 Impact-Echo Instruments,LLC 公司的数据采集系统才能进行测试。
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