《超声波桩基检测》由会员分享可在线阅读，更多相关《超声波桩基检测（144页珍藏版）》请在人人文库网上搜索

1、基 桩 检 测 的 常 用 方 法 之 一基 桩 检 测 的 常 用 方 法 之 一 超声波法： 是在桩身预埋一定数量的声测管，通过 水的耦合超声波从一根声测管中发射，在 另一根声测管中接收或单孔中发射，可以 測出被测混凝土介质的参数由于超声波在 混凝土中遇到缺陷时会波产生绕射、反射和 折射，因而达到接收换能器时根据声时、 高波幅θ波及主频等特征参数的变化来判别桩身的 完整性。鉴于目前公路桥梁工程大量使用大 直径桩和超长桩该方法将越来越多的使用 在基桩嘚检测中。 l声学理论 l检测技术 l测试方法 l工程实例 l声学基础 l声波在介质中的传播速度 l声波在介质界面上的反射与透射 l声波在传

2、播过程中嘚衰减 l混凝土中的声波特性 一、声学基础 1、波动 波动是物质的一种运动形式，波动 可分为两大类：一类是机械波机械波它由于 机械振动茬弹性介质中引起的波动过程 ，例如；水波、声波、超声波等；另一 类是电磁波电磁波它是由于电磁振荡所产生 的变化电场和变化磁场茬空间的转播过 程，例如无线电波、红外线、紫外线、 可见光、雷达波等 声波声波: : 是弹性介质的机械波。人们所能听到声 波频率范围是2020KHz即可闻声波。 当声波频率超过2020KHz时人耳就听 不到了，这种声波就叫超声波超声波，其频率范 围是20K20K100MHz 100MHz ；当频率低于20Hz的叫 次声波

3、，人耳吔听不到各种声波的频率 范围见下表。 次 声波 可闻 声波 超 声波 特超 声波 K 100M 100M 2、谐振动 物体在一定位置附近作来回重复运动称为 振动振动例洳摆的运动、汽缸中活塞的运动、弹 簧振子的运动等，这些是可以直接看到的振动 又例如一切发声体的运动、在高频电压激励下 压电晶體的运动，这些是不易或不能直接看到 的振动 相互间由弹性力联系着的质点所组成的物 质，称为弹性介质弹性介质需要进行超声检验嘚大量 固体构件都是弹性介质。弹性介质是由相互间 用小弹簧联系着的质点所组成如图1-1所示。 若这种介质中任何一个质点离开了平衡位置 则会产生使它恢。

4、复到平衡位置的力这就是弹弹 性力性力。 进一步来说明谐振动 可以用弹簧振子来说明谐振动如图1-2所示，弹 簧咗端固定右端系一物体。为使讨论较为简单设弹 簧振子穿在光滑的水平玻璃棒上，以避免重力对运动的 影响设物体在位置0时，弹簧莋用在物体上的力是零 这个位置就是物体的平衡位置，若把物体向右移动到位 置B这时弹簧被拉长，相应地有指向左方即向平衡位 置的彈性力作用在物体上使物体返回平衡位置。当物 体回到平衡位置时弹簧的弹力等于零，但物体在返回 时获得了速度由于惯性，它将繼续向左移动当物体 在平衡位置左边时，弹簧被压缩物体所受弹性力是指 向右方，即平衡位置这时弹性力作用是阻。

5、碍物体运动 直至物体停止在位置C。在这以后物体在弹性力的作 用下向右移动，情况和上述向左移动相似这样，在弹 簧的弹性力作用下物体在岼衡位置的左右作重复运动， 即振动 取平衡位置0为X轴的原点，并设X轴的正向向右 根据胡克定律物体所受的弹性力F与物体位移x （即弹簧嘚变形量）的关系为： F=-kx (1.1) 式中：k弹簧的弹性系数； -力和位移的方向相反。 设物体的质量为m根据牛顿第二定律（ ） 它的速度为： (1.2) x m k m F a maF 因为k和质量m嘟是常数，所以它们的比值 可以用一恒量F表示,即： (1.3) 式中：角频率或圆频率 代入上式，得： a=-a=

6、-2 2x x (1.4) 从上式看出，上述振动的特征是：物体的粅体的 加速度和位移成正比且方向相反这种振动称加速度和位移成正比且方向相反，这种振动称 为谐振动为谐振动。物体在弹性力作鼡下发生的运动是 谐振动谐振动是最简单最基本的振动。任何复 杂振动都是由许多不同频率的谐振动许多不同频率的谐振动所合成的 2 /mk 洇为 = ,又得： +2x=0 (1.5) 根据微分方程理论，上式的解为： x=Acos(t+x=Acos(t+ ) ) (1.6) 式中 A,两个恒量； A振幅它是质点离开平衡位置的最大 位移； t+振动的相位。 这是谐振动中位移x囷时间t的关系式称 为谐振动的运动方。

7、程式简称谐振动方程式谐振动方程式。 2 2 dt xd a 2 2 dt xd 3、波的产生与传播 在弹性介质中任何一个质点机械振动时，因 为这个质点与其邻近的质点间有相互作用的弹性力 联系着所以它的振动将传递给与之相邻近的质点， 使邻近的质点也同样地發生振动然后振动又传给 下一个质点，依次类推这样，振动就由近及远向 各个方向以一定速度传播出去从而形成了机械波。 从上述鈳知机械波的产生，首先要有做机械振动机械波的产生首先要有做机械振动 的波（声）源，其次要有传播这种机械振动的介质的波（声）源，其次要有传播这种机械振动的介质 例如，把石子投入平静的水中在水面上可以看到 一圈。

8、圈向外扩展的水波 4、波的种類 波的种类是根据介质质点的振动方向和波的传播方 向的关系来区分的。它主要分为纵波、横波、表面波纵波、横波、表面波等 (1) 纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向一致，这 种波称为纵波例如空气、水中传播的声波就是纵波， 如图1-5所示纵波又常称“ P”波。 纵波嘚传播是依靠介质时疏时密（即时而拉伸时 而压缩）使介质的容积发生变形引起压强的变化而传播 的，因此和介质的容变弹性有关任哬弹性介质（固体、 液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力，所以纵波 可以在任何固体、液体、气体中传播在任何固体、液体、气体Φ传播 （3）表面波：固体介质表面受到交替变化的表。

9、面张力 使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动，结 果使质点作这兩种振动的合成振动即绕其平衡位置作 椭圆振动。椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面 传播这种波称表面波，常以“ R”表示 圖1-7为表面波传播示意图。图中示出了瞬时的质 点位移状态右侧的椭圆表示质点振动的轨迹。由图可 知质点只在xy平面内作椭圆振动而波茬体表面（xz平 面）沿x方向传播。振动的长轴垂直于波的传播方向 短轴平行于波的传播方向。表面波传播时质点振动的 振幅随深度的增加而迅速减小。当深度等于2倍的波长 时振幅已经很小了，因此表面波多用于探测构件表 面的情况。 5、波的形式 波的形式是根据波阵面

10、的形状来划分的。如图1-8 所示声源在无限大且各向同性的介质中振动时，振动 向各方面传播传播的方向称为波线；在某一时刻振动 所传到各点的轨迹称为波前；介质中振动相应相同的所 有质点的轨迹称为波阵面。在任一确定的时刻波前的 位置总是确定的，只有一个波前而波阵面的数目则是 任意多的。 按波阵面的形状可以把波分成平面波、球面波和 柱面波 （1）平面波：波阵面为平面的波称为平面波，其 振源是一个作谐振动的无限大的平面另外，从无穷 远的点状声源（点源）传来的波其波阵面可视为平 面，也可称为平面波 （2）球面波：波振面为球面的波称为球面波，其 振源是一个点状声源 （3）柱面波：波阵面为同。

11、轴圆柱面的波称为柱面 波其振源是一無限长的直柱形。 6、波动方程 用数学方程式来描述一个前进中的波动即描述 介质中某质点相对于平衡位置的位移随时间的变化， 该数学方程式为波动方程由于谐振动是最简单的 振动，所以由它产生的余弦波是最简单、最基本的 波因此，先讨论余弦振动在均匀介质中传播过程 所形成的余弦波波动方程 如1-9所示，设一平面余弦波在无吸收的无限均 匀介质中沿x轴的正向传播波速为0、设0为波线 上任意一点，並取其为坐标原点y轴为振动位移若 0点处质点作谐振动，从（1.6）式可知其振动方 程为： (1.7) 式中：A振幅；角频率； y0质点在时间t时离开平衡位置的位移。

12、tAycos 0 若是横波，则位移方向与X轴垂直；如是纵 波则位移方向沿着X轴。设B为波线上另一任 意点离开原0的距离为x。因为振动从0點传播 到B点需要的时间为x/所以B点处质点在时 间t的位置等于0点处质点在时间(t-x)的位 移，即 （1.8） )(cos v x tAy (18)式表示在波线上任意一点（距原 点距离为x）處的质点在任一瞬时的位移，即沿x 轴方向前进的平面余弦的波动方程 波在一个周期T内（或者说质点完成一次振动） 所传播的路程为波长，用表示根据周期和波 速的定义，三者关系为： =T (1.9) 因为周期T与频率f互为倒数所以(4.1.9)式 也可写为： (1。

13、.10) 这是波速、波长、频率间的基本关系 f 不同类型的波在传播过程中速度各不 相同，且其声速还取决于固体介质的性质 （密度、弹性模量、泊松比）所以声速 是表征介质声学特性的一个参数。另外 声通的大小还与固体介质的边界条件有关。 1、纵波声速 在无限大固体介质中传播的纵波声速： (1.11) 式中：E 杨氏弹性模量； 泊松比； 密度 在有限固体介质中传播时，则形成制导波 其速度变小。 )21)(1 ( 1 E vp )1 (2 1 2 EG vs 3、材料的弹性参数与声速值 下表列出了部分材料的弹性参数與声速值 p s p s p s 通过对固体介质声速的讨论可以看出： （1）介。

14、质的弹性性能愈强即E或G愈大密度愈 小，则声速愈高 （2）把（1.11）、（1.12）两式相除，得到纵、横 波速度之比： (1.13) 对于一般固体介质大约在0.33左右故p s 2。混凝土的泊松比介于0.20、0.30之间因此 ps介于1.631.87之间，即在混凝土中纵波速在混凝土中，纵波速 度为横波速度的度为横波速度的1.631.631.871.87倍倍。 21 )1 (2 s p 声波在无限大介质中传播只是在理论上成立实 际上任何介质总有一个边堺。当声波在传播中从一种 介质到达另一种介质时在两种介质的分界面上，一 部分声波被反射仍然回到原来介质中，称为反射波反射波；

15、另一部分声波则透过界面进入另一种介质中继续传播， 称为折射波折射波（透射波）声波透过界面时，其方向、 强度、波型均產生变化这种变化取决于两种介质的 特性阻抗特性阻抗和入射波的方向入射波的方向。现分垂直入射和倾斜入射 两种情况来讨论 1、垂矗入射 （1）单一的平面界面 当平面波垂直入射到一个光滑平面界面时， 将产生一个与入射波方向相反的反射波和一个与 入射波方向相同的透射波（图1-10）这是波入 射到界面上时最简单的情况。 先讨论入射波、反射波和透射波声压之间的关系 在界面上，用反射波声压pr与入射波声压p0的比值表示 声压反射率R即： (1.14) 用透射波声压Pd与入射波声压p0。

16、的比值表示声压透 射率D即： (1.15) 界面两侧两种介质的特性阻抗分别为Z1和Z2 0 p p R r o d p p D 2、倾斜入射 当声波在一种介质中倾斜入射到另一介质界 面时，将产生方向、角度及波形的变化和光的 传播类似，声波在界面上方向和角喥的变化服从 反射定律和折射定律如图1-11。 2 1 v v Sin Sini 以上情况可以在流体（气体、液体）的分界面看 到在这种情况下，介质中只有单一的波-纵波絀现 在固体介质分界面的情况则复杂一些。当一种波 （例如纵波）入射到固体分界面时不仅波方向发生 变化且波型也发生变化，分离為反射纵波、反射横波反射纵波、反射横波， 折

17、射纵波折射纵波和折射横波折射横波。各类波的传播方向（即反射角 与折射角）各鈈相同如图1-12所示。 各种类型波的传播方向的变化亦符合几何光学中 的反射定律和折射定律其数学表达式如下： (1.17) 1p,2p纵波在第一、二介质中嘚传播速度； ip,p， p 纵波入射角、反射角、折射角； SS横波反射角、折射角。 s s p p s s p p p p Sin v Sin v Sin v Sin v Sini v 2 2 1 11 增大入射波的入射角则折射波的折射角亦随之 增大。如果入射波是纵波且1pip,即折射角大于入射角。当ip增大 p也增大，当p90时此时的入射角叫第一临第一。

18、临 界角界角用符号i 1；表示。显然当入射角大于第一 临界角时，第二种介质中只有折射横波存在如图 1-13。这是一种获得横波的方法 第一临界角 (1.18) 当=90时，此时的入射角叫第二临界角苐二临界角用符 号i 2表示，如图1-14 第二临界角 (1.19) p p v v Sini 2 11 1 s p v v Sini 2 11 2 声波在介质中传播过程中其振幅将随传播距 离的增大而逐渐减小的现象为衰减衰减。声波衰減的 大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传 播距离也取决于被检测材料的内部结构内部结构及性能性能。 因此研究声波在介质Φ的衰减情况将有助于探测 介质的内部

19、结构及性能。 致密、强度高的混凝土声衰减系数小相对 接收高波幅θ波大；强度低或存在缺陷混凝土衰减系数 大，相对接收高波幅θ波小。当混凝土质量差或存在缺 陷时接收到的声信号中高频已损失，频率变低。 （2）脉冲超声波鈈具有单一频率而是所谓复频波 也就是说，这一组超声波由许多不同频率的余弦 波组成当然，它也有其固有的主频率这就是换能 器仩的标称频率。这种复频超声波复频超声波在有频散现象的介 质中传播时各种频率成分的波将以不同速度传播， 这就使得脉冲波形将随傳播距离的增大而发生畸弯 变成如图1-16所示，脉冲开始部分的频率比后面部分 要高后面愈来愈平坦变宽。 由于声波的衰减与频率有关頻率越高衰减越。

20、大 因此在脉冲超声波传播时由于衰减将引起主频率向低 步侧的漂移，即所谓频漂 l超声波检测混凝土缺陷的基本原悝 l超声波检测混凝土灌注桩完整性方 法的适用范围 l超声波检测仪器与设备 采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是， 利用脉冲波在技术條件相同（指混凝土的原材料、 配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播传播 的的时间时间（或速度）、接收波的振幅振幅和频率頻率等声学 参数的相对变化来判定混凝土的缺陷混凝土的缺陷 超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混 凝土的密实度密实度有直接關系对于原材料、配合比、 龄期及测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝声速高则混凝 土密实土密实相反则。

21、混凝土不密实當有空洞或裂缝存 在时，便破坏了混凝土的整体性超声脉冲波只能 绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路 程增大测得的声時必然偏长或声速降低。另外 由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉 冲波在混凝土中传播时遇到蜂窝、空洞或裂缝等 缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射声能被衰减， 其中频率较高的成分衰减更快因此接收信号的波 幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明 显减少再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲 波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加 后互相干扰致使接收信號的波形发生畸变。 根据上述原理可以利用混凝土声学参数声学参数 测量值测量值和相对。

22、变化相对变化综合分析判别其缺陷的位位 置置和范围范围，或估算缺陷的尺寸尺寸 在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦 合超声波从一根声测管中发射，在另一根声测 管中接收或单孔中发射并接收，可以测出被测 混凝土介质的声学参数由于超声波在混凝土中 遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因洏到达 接收换能器的声时、高波幅θ波及主频发生改变。超声 波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完桩身的完 整性整性。 对跨孔透射法跨孔透射法当桩径较小时，声测管间 距也较小其测试误差相对较大，同时预埋声测 管可能引起附加的灌注桩施工质量问题洇此， 超声波检测方法适用于检测直径不小于直径不小于800mm80

23、0mm的 混凝土灌注桩的完整性，它包括跨孔透射法跨孔透射法和 单孔折射法单孔折射法单孔折射波法是根据上部结构对 基桩的质量要求，检测钻芯孔孔壁周围的混凝土 质量 用超声波法检测钻孔灌注桩完整性的优点 茬于结果准确可靠，不受桩长、桩径限制无结果准确可靠，不受桩长、桩径限制无 盲区盲区（声测管范围内都可检测），（声测管范圍内都可检测）可测桩顶低可测桩顶低 强区强区和和桩底沉渣厚度，桩顶不露出地面桩底沉渣厚度桩顶不露出地面即可检即可检 测，方便施工也可测，方便施工也可粗略估测混凝土强度。粗略估测混凝土强度 1、超声波仪 超声波仪是混凝土灌注桩缺陷检测的基本 装置。它的作用是产生重复

24、的电脉冲并激励发射 换能器。发射换能器发射的超声波经耦合进入混 凝土在混凝土中传播后被接收换能器接收并转 换为电信号，电信号送至超声仪经放大后显示 在示波屏上。自60年代开始生产第一代电子管超 声仪至今已发展为第四代智能数字式超声仪见 下表： 超声波仪的发展概况 表3.2-1 超声波仪的发展概况 表3.2-1 超声检测系统应包括三大部分：即接收信号接收信号 放大器，数据采集忣处理存储器放大器数据采集及处理存储器和径向振动换能径向振动换能 器器等。为了提高现场检测及室内数据处理的工作 效率保证檢测结果的准确性和科学性，声波测 试仪器必须具有实时显示波形、分析功能实时显示波形、分析功能及

25、一发一发 双收等功能双收等功能。声波发射应采用高压阶跃脉冲或矩 形脉冲其电压最大值不应小于1000V，且分档 可调数字式超声波仪的基本工作原理框图见图 2-1所示。 (1)儀器接收放大器频率响应范围（频带）应有足够 宽度一般为5200kHz，其下限不宜降低否则不利 于滤去因换能器绝缘性能降低而产生的低频信號，造 成自动判读时丢波和错判现象增益不应小于100dB， 放大器的噪声有效值不大于 2 s高波幅θ波测量范围不 小于 80 dB，测量误差小于1 dB (2) 为满足朂大测距的要求，仪器的计时显示范围 应大于2000s保证有足够的扫描延迟时间及声时显 示位数，并应具有良好的稳定性

26、，声时显示调节茬 2030s范围内2小时内声时显示的漂移应不大于 0.2s ，且不允许发生间隔跳动 (3) 仪器应有较好的接收灵敏度（即对微弱信号的 接收分辨能力）。一般要求接收灵敏度50该 参数取决于仪器的放大能力和信噪比水平，提高灵敏 度可以加大穿透距离提高对微弱信号的识别能力。 为满足混凝土试件声速测量精度的要求测时最小分 辨度为0.5，计时误差不大于2 (4) 采集器模数转换精度不应低于8bit，采样频率 不应小于10MHz最大采样长度鈈应小于32kB。 (5) 仪器宜具有示波屏显示波形和游标测读功能 以便较准确的测读声时、振幅及频率等参数。若采用 整形自动测读时检测。

27、混凝土测距不宜超过lm（以软 件判别方法自动测读的智能超声仪除外） (6) 为了提高现场测试效率，仪器应有自动测读、 信号采集、存储和处悝系统适于一般现场测试情况 下的温度、电源变化条件。 常用换能器按波型不同分为纵波换能器与 横波换能器分别用于纵波与横波的測量。目 前一般检测中所用的多是纵波换能器。以发 射和接收纵波为目的的换能器又分为平面换 能器、径向换能器以及一发多收技能器，见图 2-2 换能器的种类需根据被测结构物的测试要求和 测试条件确定。测桩所用的换能器应是柱状径向换 能器其主频宜为2550kHZ，长度宜为20cm收、 发换能器的导线均应有长度标注，其标注允许偏差

28、不应大于10mm。为提高接收换能器的灵敏度可在 换能器中安装前置放大器。前置放大器的频带宽度 宜为550kHz由于换能器在深水中工作，其水密 性应满足在1MPa水压下不漏水 换能器频率的选择需综合考虑测距、声波 的衰减程度、测试精度等。测距越大衰减越大， 选用换能器的频率越低；混凝土质量越差强度 越低，龄期越短对声波的衰减越大，使用频率 越低；在满足首高波幅θ波度测读精度的条件下，宜选 用较高频率换能器。对于一般的正常混凝土换 能器频率选择可参见表2-2。 单孔检测采用一发双收一体型换能器其 发射换能器至接收换能器的最近距离不应小于 300mm，两接收换能器的间距宜为200mm 3。

29、、声测管 声测管是进行超聲脉冲法检测时换能器进入 桩体的通道它是灌注桩超声脉冲检测系统的重 要组成部分。它在桩内的预埋方式及其在桩的横 截面上的布置形式将直接影响检测结果。因此 需检测的桩应在设计时将声测管的布置和埋置方 式标入图纸，在施工时应严格控制埋置的质量 以确保检测工作顺利进行。 （1）声测管的选择以透声率较大、便于安装 及费用较低为原则。考虑到公路基桩大多数是大 桩、长桩加上混凝汢的水化热作用及钢筋笼安 放和混凝土浇注过程中存在较大的作用力，容易 造成检测管变形、断裂从而影响检测工作的顺 利进行。因此声测管应采用强度较高的金属管。 （2）声测管常用的内径规格是5060

30、mm。为了 便于换能器在管中上下移动声测管的内径通常 比径向换能器的外径大10mm；当对换能器加设定 位器时，声测管内径应比换能器外径大20mm （3）在声波透射法检测中，超声波特征值仅与收、 发检测管间连線两边窄带区域 （声测剖面）的混凝土 质量密切相关当灌注桩的直径增大时，每组声测管 间超声波的混凝土检测范围占桩截面积比例减尛不 能反映桩身截面混凝土的整体质量状况，因此声测 管的数量及布置方法决定了桩身混凝土实际的检测面 积和检测范围，对直径大嘚桩必须增加声测管的数量 一般桩径小于800mm时，沿直径布置两根声测管构成 一个声测剖面；桩径为 8001500mm时，应按等边三

31、角形均匀布置三根声测管，构成三个声测剖面；桩径 大于1500mm时应按正方形均匀布置四根声测管，构 成六个声测剖面如图2-3图中的阴影区为检测的控制 面积。 （4）由于声测管间距随深度的变化难以确定 各深度处的声速只能采用桩顶二根声测管的距离来 计算，因此为减少偏差必须将声测管牢固焊接或 绑扎在钢筋笼的内侧，并在相邻声测管之间焊接等 长水平撑杆保持管与管之前互相平行且定位准确。 为避免产生漏浆、漏水囷因焊渣造成管内堵塞问题 声测管不应采用对焊方法连接，而应采用螺纹连接 声测管埋设至桩底并封闭，管口高出桩顶面300mm 以上并加盖 （5）根据公路工程的特点和便于了解桩身缺陷 存在。

32、的方位声测管埋设时宜将其中一根对准线路 前行方向。以路线前进方向的顶点為起始点按顺 时针旋转方向进行编号和分组，每二根编为一组 l测试方法 l检测数据分析与评定 l桩身混凝土质量评价 l检测报告 1、检测前的准备 （1）在检测前应进行现场调查，多方面收集基桩 的技术资料如工程地质资料、基桩设计图纸和施 工记录、监理日志等，了解施工工藝及施工过程中 出现的异常情况这对判定异常信号产生的真实原 因十分有益。同时还应根据调查结果和检测的目的 制定相应的检测方案检测方案。检测方案包括：工程概况 目的与任务，方法与技术仪器设备，检测场地要 求检测人员和时间安排，检测报告等 （2）檢测。

33、的时间应满足混凝土强度龄期的要求 为保证检测结果的可靠性，同时考虑到混凝土在 龄期14天后的超声波波速等特性参数变化已經趋 于平缓一般要求超声波检测混凝土灌注桩的龄混凝土灌注桩的龄 期应大于期应大于1414天天。 （3）检测前应冲洗声测管以保证换能器茬全 程范围内升降顺畅。声测管内灌满清水做为偶合 剂因声测管中的浑浊水将明显甚至严重加大声 波衰减和延长传播时间，给声波检测結果带来误 差对利用取芯孔进行单孔超声波混凝土质量检 测，在检测前也应进行孔内清洗取芯孔的垂直 度误差不应大于0.5。 （4）标定超聲波检测仪从发射至接收仪器系 统产生的系统延迟时间t0将发、收换能器平行 置于清。

34、水中的同一高度其中心间距从400mm左 右开始逐次加夶两换能器之间的距离，同时定幅 测量与之相应的声时再分别以纵、横轴表示间 距和声时作图，在声时横轴上的截距即为t0为 保证测试精度，两换能器间距的测量误差不应大 于0.5测量点不应少于5个点。 （5）用直径明显大于换能器的圆钢疏通声测 管并记录深度，准确量测聲测管的内、外径和 两相邻声测管外壁间的距离量测精度为1mm。 2、测试装置形式 灌注桩的测试装置形式主要有： 1）水平同步平测一对换能器分别置于两个 对应声测管中，位于同一高度进行测试； 2）等差同步斜测一对换能器分别置于两个 对应声测管中，但不在同一高度保持一定高程 。

35、差进行测试； 3）扇形扫测一对换能器分别置于两个对应 声测管中，保持一个换能器高度位置固定另一 个换能器以一萣的高程差上下移动进行测试，如 图3-1 3、检测方法 （1）径向换能器在水平方向具有一定的指向 性，为了保证测点间声场对桩身混凝土的覆蓋 面防止缺陷的漏检，上、下相邻两测点的间 距宜为250mm测试时，发射与接收换能器以 相同标高同步升降测试中，对收、发换能器 所在嘚深度随时校准其累计相对高程误差控 制在20mm以内，避免由于过大的相对高程误差 而产生较大的测试误差 （2）声波透射法检测混凝土灌紸桩质量中， 声时和高波幅θ波是两个重要指标，其中高波幅θ波对混凝土 内部缺陷的反应往往。

36、比声时更具敏感性在实际 检测中，高波幅θ波是一个相对量，而声时又是根据波 形的起跳点来确定的。因此，为了使不同位置处 的检测数据具有可比性和应用价值，在同一根樁 的检测过程中声波发射电压和放大器增益等参 数应保持不变，并进行等幅测试 （3）对声时值和高波幅θ波值的可疑点应进行复测。 对于声时值和高波幅θ波值出现异常的部位，应采用水 平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行细测 结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严 重程度。其中水平加密细测是基本方法而等差 同步和扇形扫测主要用于确定缺陷位置和大小， 其发、收换能器连线的水平夹角一般为3040 （4）常规超声波测试方法可以得到灌注桩沿桩 长方向的粗略。

37、质量分布情况CT层析成像技术配 有专门的分析软件，适宜于对局部可疑区域或重 要结构进行重点加密细测并可对桩身缺陷进行 定量分析，其方法测试流程图见图3-2 （5）同一根桩中有三根以上声测管時，以每两 个管为一个测试剖面分别测试并在测试过程中 保持测试系统状态参数不变。 目前桩身混凝土缺陷判别主要依据于实测 声速、高波幅θ波及其随深度的变化曲线并根据声速判声速判 据、高波幅θ波判据据、高波幅θ波判据和PSDPSD判据判据综合分析桩身质量及混 凝土缺陷程度缺陷程度 1、判断桩内缺陷的基本物理量 在钻孔灌注桩的检测中所依据的基本物理量 有以下四个： （1 1）声速：）声速：超声波在混凝汢中传波的速度。当 超

38、声波在传播过程中遇到混凝土缺陷时将产生绕 射，此时超声波在混凝土中传播的时间加长计 算出的声速也降低。一般来说声速指标比较稳定 重复性好，数据有可比性但对桩身缺陷反应不 够敏感。 （2 2）高波幅θ波：）高波幅θ波：超声波在缺陷界面产生反射、散射， 能量衰减，高波幅θ波降低。采用高波幅θ波指标进行缺陷判 断时要求高波幅θ波值有可比性。即仪器、换能器、 信号线等测试系统不变，发射电压、采样频率等 测试参数不变，测距相同测试角度相同，这样 的测试数值才有可比性高波幅θ波变化受表面耦合状 态的影响较大，因此应保持传感器与混凝土灌注 桩之间有良好的耦合状态。高波幅θ波变化对桩身缺陷 的反应就比较很敏感。 （3 3）主频（或频谱）：

39、）主频（或频谱）：超声脉冲是复频波，具有 多种频率成分当它穿过混凝土后，各频率成分 在遇到缺陷时衰减程度不同高频部分比低频部 分衰减严重，因而使接收信号的主频率向低频端 漂移（频移） （4 4）波形畸变：）波形畸变：由于超声脈冲在缺陷界面反射和折 射，形成波线不同的波束这些波束由于传播路径 不同，或由于界面上产生波型转换而形成横波等原 因使得到達接收换能器的时间不同，因而使接收 波成为许多同相位或不同相位波束的叠加波导致 波形畸变。实践证明凡超声波在传播过程中遇箌 缺陷，其接收波形往往产生畸变所以波形畸变可 作为判断缺陷的一个参考依据。但是波形畸变的 原因很多，某些非缺陷因素

40、也會导致波形畸变，运 用时应慎重分析关于波形畸变后采取怎样的分析 技术，还有待进一步研究 2、声时修正值的计算 当声波从某一声测管传播至另一声测管时， 将通过耦合的水和金属声测管因此必须进行声 时修正。其声时修正的计算公式： (3.1) 式中：t声时修正值（s）； D声测管外径（mm）； d声测管内径（mm）； d换能器外径（mm）； t预埋声测管的声速值（km/s）； w 水的声速值（kms） 对钢质声测管，波速一般可取5800ms； 20C时水的声速可取1480m/s wt v dd v dD t 3、声时初读数的计算 超声波在预埋声测管之间传播，所测得的走 时包括：超声系统声时

41、初读数、超声波在声测管 的耦合水里傳播的声时、超声波在声测管中传播 的声时、超声波在混凝土中传播的声时。为了准 确计算灌注桩的混凝土波速应对实测声时读数 进行預处理，一般采取实测声时减去声时初读数 的方法获得超声波在混凝土中传播的实际声时。 该声时初读数的计算公式是： (3.2) 式中：t0超声系統声时初读数； t声时修正值（s） ttt 000 4、声时、声速和声速平均值 声时、声速和声速平均值应按下列公式计算， 并绘制声速-深度曲线、高波幅θ波-深度曲线 (3.3) (3.4) (3.5) 式中: ti超声波第i测点声时值（s）； t0声波检测系统延迟时间（s）； i第i个测点声速值（k。

42、ms）； l两根检测管外壁间的距离（mm）； m混凝土声速平均值（kms）； n 测点数 )( 0 tttt i t l vi n i i m n v v 1 鉴于目前所用的换能器频带窄和用频率判定 桩身混凝土缺陷的方法还不成熟。因此未将声 波频率-深度曲线作为桩身混凝土完整性的主要 判定指标之一。 5、单孔折射法 为了测试单根声测管或验证取芯孔周围的混凝 土质量往往采用一发双收嘚一体化径向还能器。 测试时其声时、声速值应按下列公式计算： (3.6) (3.7) 式中：i 第i测点的声速值（km/s） t 两个接受换能器间的声时差 (s); t 近道接收换能器声时(s); t2 远道接。

43、收换能器声时(s); h 两个接收换能器间的距离（mm） 12 ttT t h vi 1、强度评价 混凝土强度的评价是建立在波速与混凝土物 理力学指标之间相關性的基础上。声速可通过混 凝土弹性模量与其力学强度的内在联系与混凝 土抗压强度建立相关关系，并推定混凝土的强度 表3-1表示混凝土强度与声速之间的相关关系混凝土强度与声速之间的相关关系。 当声速小于3500ms时说明混凝土质量较 差。 在恒定泊松比情况下混凝土彈性模量与压缩 波速度的经验关系如图3-3所示，混凝土的抗压强 度与弹性模量的关系如图3-4所示在已知混凝土 构件的弹性波速度层析图后，根据图3-3可换算出 混凝土的弹性

44、模量，再根据图3-4可换算出混凝土 的抗压强度并评定混凝土的质量评定混凝土的质量 目前，在国内一般采用统计方法建立专用 曲线或数学表达式如 两 种非线性的数学表达式，其中e为动弹性模量 v为波速， 为立方体抗压强度A、B、C为经 验系數。 BVc cu Bc cu AefAvf和 c cu f 2、桩身混凝土缺陷声速判据 声速临界值的确定基于概率法即无缺陷的混凝土 声速测值虽因其本身的不均匀性造成一定的离散性，泹 符合正态分布；由缺陷造成的低声速值-异常值不符合 正态分布因此，确定临界值时必须采用正常混凝土的 声速平均值及标准差否则，求得的声速平均值将偏小 易造成漏判。同时还应

45、分析考虑声测管间不平行产生的 误差影响。 声速是材料的基本物理量之一它与混凝土强度相 关，实测声速应大于或等于声速低限值声速低限值由 同条件混凝土试件做强度和速度对比试验，结合地区经 验确定声速低限值相对应的混凝土强度不宜低于0.9R （R为混凝土设计强度），若试件为钻孔芯样则不宜 低于0.85R。 当实测混凝土声速值低于声速临界值声速徝低于声速临界值时应将其作 为可疑缺陷区可疑缺陷区 (3.8) 式中：i第i个测点声速值（km/s）; D声速临界值(km/s); Di vv 声速临界值采用正常混凝土声速平均值正瑺混凝土声速平均值与 2 2倍声速标准差倍声速标准差之差，即： (3.9

土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常土声速值低于声速低限值時可直接判定为异常。 (3.12) 式中：i第i个测点声速值(km/s); L声速低限值(km/s) 声速低限值应由预留同条件混凝土试件的抗 压强度与声速对比试验结果，结匼

47、本地区实际经 验确定。 Li vv 3、桩身混凝土缺陷高波幅θ波判据 高波幅θ波是相对测试，也曾有人试图用概率统计 理论来确定临界值但甴于桩身混凝土内部结构 的变异性很大而难以找出较强的高波幅θ波统计规律性， 因而实际中多是根据实测经验将高波幅θ波值的一半将高波幅θ波值的一半 定为临界值。定为临界值 用高波幅θ波平均值减6dB作为高波幅θ波临界值，当 实测高波幅θ波低于高波幅θ波临界值实测高波幅θ波低于高波幅θ波临界值时，应将其作为可疑

48、度 曲线的斜率明显增大，而声时差的大小又与缺陷程 度密切相关因此两者之积对缺陷的反映更加明显， 即 (3.15) )( )( 1 1 ii ii tt H tt TKPSD 采用斜率法作为辅助异常判据当PSDPSD值在某值在某 测点附近变化明显测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区 (3.16) 式中：ti第i个测点声时值（s）; ti-1第i个测点声时值(s); zi第i个测点深度(m); zi-1第il个测点深度（m）。 1 2 1) ( ii ii zz tt PSD 5、混凝土声速、高波幅θ波和 PSD值出现异常 对于混凝土声速囷高波幅θ波值出现异常并判为可疑 缺陷区的部位，应采用水平加密。

49、、等差同步或扇形 扫测等方法进行细测结合波形分析确定桩身混凝 土缺陷的位置及其严重程度。 对声速、高波幅θ波和 PSD值超越临界值异常或突变 时应对缺陷处进行细测。同时结合波形、施工工 艺和施工记录等有关资料进行综合分析以确定桩 身混凝土缺陷的位置和程度。当声速普遍低于低限 值时应通过钻孔取芯法检验基桩的混凝汢强度。 6、支承桩或嵌岩板 对支承桩或嵌岩桩宜同时采用低应变反 射波法检测桩端的支承情况。 由于超声波只能检测桩身部分的混凝土質 量对于支承桩或嵌岩桩，宜同时采用低应变 反射波法检测桩端的支承情况确保基桩承载 力满足设计要求。 7、桩身完整性类别判定 类樁：类桩：各声测剖面每个测

50、点的声速、高波幅θ波均大 于临界值，波形正常 类桩：类桩：某一声测剖面个别测点的声速、高波幅θ波略 小于临界值，但波形基本正常 类桩：类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度 桩截面处的声速、高波幅θ波值小于临界值， PSD徝变大，波形畸变 IVIV类桩：类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度 桩截面处的声速、高波幅θ波值明显小于临界 值，PSD值突变，波形嚴重畸变 试验检测报告应包含下列内容： 1工程地质勘察报告； 2工程桩位平面图； 3超声波法检测结果汇总表； 4声波透射法单桩检测报告； 5烸根被检桩各剖面的声速深度、高波幅θ波 深度曲线及各自的临界值，声速、波 幅的平均值； 6桩身缺陷位置及程度的分析说明。

51、 l类桩 l類桩检测数据分析与评定 l类桩桩身混凝土质量评价 l孔底沉渣桩 l孔斜桩 1、图4-1为某钻孔灌注桩超声波检测曲线图 该桩桩长为52.0m，桩径为180mm桩身混凝土设 计强度为C25，AB、BC、AC剖面的测管距离均为 1350mm超声波检测的声速平均值、声速临界值、 高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界值列表如下（見表4.1）: 根据图形分析及表4.1所列测试结果进行 综合评价：该桩桩身完整，波形正常各声测该桩桩身完整，波形正常各声测 剖面上的声速徝和高波幅θ波值均大于相应的监界值，剖面上的声速值和高波幅θ波值均大于相应的监界值， 可判为可判为类桩类桩。 2、图4-2为某钻孔灌紸桩超声波检测曲

52、线图。该 桩桩长为24.42m桩径为1800mm，混凝土设计强度 为C25AB、BC、AC三测管距离分别为1265mm、 1260mm、1300mm，超声波检测的声速平均值、声速 临堺值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界值列表如下（见表 4.2）： 根据图形分析及表4.2所列测试结果进行综 合评价：该桩桩身完整波形正常，各声测剖该桩桩身完整波形正常，各声测剖 面上的声速值和高波幅θ波值均大于相应的监界值，面上的声速值和高波幅θ波值均大于相應的监界值 可判为可判为类桩。类桩 图4-3为某钻孔灌注桩超声波检测曲线图。该 桩桩长为78.00m桩径为2000mm，混凝土设计强 度为C25AB、AC、BC剖面的。

53、测管距离均为1500mm 超声波检测的声速平均值、声速临界值、高波幅θ波平 均值、高波幅θ波临界值列表如下（见表4.3）: 根据图形分析及表4.3所列测试结果进行综 合评价：该桩桩身有轻度缺陷，波形基本正常 AB声测剖面在32.5m处、AC声测剖面在32.0m处 各有一点声速值和高波幅θ波值均小于临界价，其余 声速值和高波幅θ波值均大于相应的监界值，可判为可判为 类桩类桩另B管在67.00m处出现堵管现象，导致 AB和BC剖面不能测到桩底 图4-4为某钻孔灌注桩超声波检测曲线图。 该桩桩长为80.00m桩径为1800mm，混凝土设 计强度为C25AB、BC、AC三测管距离分别为 1260mm、1280mm。

54、、1180mm超声波检测的声速 平均值、声速临界值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界 值列表如下（见表4.4）: 根据图形分析及表4.4所列测试结果进行 综合评价：该桩桩身有明显缺陷，AB、AC、BC 三个声测剖面在30.5-32.8m同一深度截面处 其声速值和高波幅θ波值均小于临界值，波形畸变， 可判为可判为类桩类桩。 图4-5为某钻孔灌注樁超声波检测曲线图。该 桩桩长为71.40m桩径为2000mm，桩身混凝土设计 强度为C25AB、BC、AC剖面的测管距离分别为 1370mm、1370mm、1400mm，超声波检测的声速平均 值、声速臨界值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界值列表如 下（见表4.5）: 根据图

55、形分析及表4.5所列测试结果进行综 合评价：在桩身m处声速值和高波幅θ波值 均小于临界值，在桩底70.50-71.40m处声速值 和高波幅θ波值明显小于监界值，桩底有沉渣桩底有沉渣。 图4-6为某钻孔灌注桩超声波检测曲线圖。 该桩桩长为58.00m桩径为1200mm，桩身凝土 设计强度为C25AB、BC、AC剖面的测管距离分 别为800mm、830mm、780mm，超声波检测的声速 平均值、声速临界值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界 值列表如下（见表4.6）: 根据图形分析及表4.5所列测试结果进行 综合评价：该桩桩身完整波形正常，各声测 剖面上的声速值和高波幅θ波值均大于相应的临界值， BC剖面测管距在在18.00-30.00m18.00-30.00m处距离偏小处距离偏小引 起 值偏大。 p v

《短波调幅发射机设计》由会员汾享可在线阅读，更多相关《短波调幅发射机设计（27页珍藏版）》请在人人文库网上搜索

1、桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 摘 要从模拟调幅广播发展为数字调幅广播的必然性入手，分析了数字调幅广播的系统结构；通过比较三种初具雏形的数字调幅广播系统的實现方案及其优缺点提出了适合我国国情的数字AM实现途径。关键词：数字调幅广播单载波模式多载波模式AbstractThis paper discusses the necessity of analog AM

3、成21.2 发射机的构成31.3 发射机的分類41.4 数字AM分类 52 短波广播信号特征62.1 信号特征62.2 场强测量62.3 短波场强测量82.4 中短波广播场强仪的要求92.5 短波广播场强仪93 发射机调制器及故障处理103.1 无线电发射机输出的射频信号功率 113.2 调制器与电视发射机的故障修理 113.3 调制器输出图像和伴音有干扰的故障排除 123.4 从模拟升级至数字的发射机 124 模拟和数字嘚区别124.1 模拟和数字的分析 134.2 不同的放大方法 144.3 模拟发射机向数字升级的简便方案 144.4 模拟和数字工作用的激励器 154.5电源和RF功放的考

结论19谢辞21参考文獻22附录23引言社会进步的发展，随着电子技术的进展我国无线电广播始于20世纪20年代，板调发射机一直居主导地位直至80年代，我国先后引進脉宽调制和脉阶调制发射机到了90年代，先后引进了数字调制幅相调制和数字直接驱动发射机。我国广播电视工业部门对引进设备进荇消化吸收和研制后，现己批量生产为我国70年代以前使用的板调发射机的更新改造奠定了基础。目前我国板调发射机正处于新老。

5、交替的时期老式板调机还没有完全被更新，仍在正常运行即使更新成为新型发射机，它们仍属于板调范畴这说明板调作为一种调淛方式还没有废除。另外新型发射机己经基本实现了固态化，惟独在大功率短波发射机的高末级仍使用电子管或陶瓷四极管鉴于目前嘚实际情况，本论文系统地讲述了新技术基础理论的同时也讲述了有关板调及电子管方面的基础理论。考虑到作为论文尽量避开繁琐嘚数学推导，通俗易懂同时介绍了丰富的实际维护经验有利于提高广播发射台维护技术人员的维护测试和处理故障能力，增强技术安全意识此处，还介绍了地面短波调频发射机和调波段的数字音频广播对了解国内外声音广播的发展方向有所帮助。

6、展世界上约有26亿台镓用收音机收音机之所以如此普及，是由于模拟调幅广播具有下列优点：（1）接收机结构简单、价格便宜；（2）是一种高效、经济地获嘚大面积广播覆盖的手段特别是可实现远距离的覆盖；（3）150kHz30MHz的AM频段是一个宝贵的频率资源。然而随着电子技术的日新月异，人们的视線逐渐地从收音机转向电视机等媒体这不仅是因为后者能比前者获得更多的信息量和更强的感官刺激，还在于模拟调幅广播本身存在某些固有的缺陷：（1）音质不如调频、有线电视、卫星等传播媒体；（2）短波主要依靠电离层传播传输不稳定，而且有较严重的衰落和失嫃中波夜间也受电离层的影响，产生衰落失真区；（3）受太阳黑子数

7、、季节、早晚等因素影响，在某一路的传播路径中可用的频段、时段均受到限制；（4）随着电台数目的日益增加，各台之间的相互干扰十分严重频段拥挤，发射机功率不断提高；（5）发射台的运荇费用随功率增大而提高；（6）模拟双边带调幅方式工作占用的频带宽。由于模拟调幅广播质量较差（尤其是短波广播）在与FM，DABCATV，衛星广播和因特网以及其它媒介和新的广播制式的竞争中处于明显的劣势地位，听众越来越少甚至在世界一些地方出现减少使用短波囷全国性中波广播的趋势。对此广播机构和研究机构十分关注，努力寻求新的途径使AM频段的广播获得新生。为了克服模拟调幅的缺点充分利用中短波频段，实现对全球极为有

8、效而经济的覆盖，采用数字调幅广播是必由之路相比模拟调幅广播而言，数字调幅广播具有以下优点：（1）显著地改进AM频段信号传送的总体可靠性和音质；（2）大幅度降低AM广播的发射功率需求量；（3）能够提供附加业务和数據传输1.1 数字调幅广播的构成目前，世界范围内存在着三个还处于试验阶段的数字调幅广播系统：（1）德国电信局和德律风根公司联合开發的TTM(TelefunkenTelekom Multicast System)系统；（2）法国Thomcast公司研制的天波2000(Skywave 2000)系统；（3）美国之音和喷气推进实验室的VOAJPL系统B按传输模式分，数字调幅广播可分为单载

9、波模式（串行数字调制、串行传输）和多载波模式（并行数字调制、并行传输）。在以上三种系统中（1）和（3）属于单载波模式，（2）属于多載波模式图1单载波模式和多载波模式的数字结构比较串行传输时符号切换的速度是并行传输的N倍，或者说符号的持续期是并行传输的1N。即并行传输每个窄的子信道的数据率为串行传输的1N,而全部子信道的数据率等于串行传输方式的数据率在串行传输中，周期性地插入测試序列而在并行传输中周期性地插入保护间隔。测试序列具有下列功能：（1）同步、频率控制、相位控制和定时；（2）电平控制、信道估计、自适应均衡、载波抑制、信道带宽设定、比特差错测量、（分级）调制电平的确定、模拟和数字

10、传输的切换。保护间隔主要用於抗多径传播引起的误码失真以下分别以TTM系统和天波2000系统作为这两种模式的代表，介绍数字调幅广播的系统结构1.2 发射机的构成图2所示昰TTM系统试验所使用的数字大功率发射机框图。在原有AM发射机的基础上增加的设备主要是数字调制器。数据信号经调制后分离成振幅信號（包络信号）和相位信号。振幅信号对脉冲宽度信号进行调制（PDM）PDM信号经放大、滤波与高频相位信号合成。相位信号分成一对正交的楿位信号cos（t）和sin（t）再分别与振荡器输出的正交的载波（0和90）相乘（调制），得到两个正交的I分量和Q分量I与Q相加，形成高频相位信号放大后与PDM信。

11、号一起进入高频通道进行变频、放大、滤波，经天线发射出去图2TTM系统发射机框图通过上述方式，可以很容易使模拟AM發射机的所有AF和RF部分都保持不变必要时，还可以重新退回到模拟AM传输图3是天波2000系统的发射机框图。音频数据源可以是激光唱盘CD也可鉯是数字录音机DAT，以一定的传输速率送至信源编码器按MPEG2 layer3标准进行压缩编码。编码后的数字信号通过数字调制器和模拟信号混合再经激勵器和天线发射出去。在模拟调幅广播向数字调幅广播的过渡时期结束后可以精简掉混合器，直接发送数字信号图3天波2000系统发射机框圖由于中、短波频段带宽窄，可用载波数目少为了适应现在和将。

12、来对带宽、比特率和保护等级的不同要求（接收机可以不必跟着改變就能适应这种变化）天波2000系统对信道编码采用了增量结构：规定一个核心组(KernelGroup)，传输基本信息（包括音频和控制信号）；另带若干个附加组 （AdditionalGroup）传输附加的音频信息和数据信息。附加组的数目可视频道带宽而定发射机及其相关设备方框，节目传送机房可以通过卫星微波，短波等方式接收广播节目信号，送往调度室调度室的任务是统一控制发射台节目种类，各发射机的使用频率天线方位，并进荇监测监听广播发射机安装在发射机房内，每个机房可能有几部发射机一个发射台可能有几个发射机房。发射天线将射频电流变

13、荿电磁波，并向空间辐射一部发射机可以切换使用多个方向的天线。为了提高天线的发射效率在天线场区要埋设辐射状地网。电源系統包括交流电源和直流电源交流电源主要供给各整流器，动力设备电控系统，照明直流电源主要供给节目传送机房，广播发射机微机控制，调度室通过微机控制实现发射机及其相关设备的自动开关机，工作状态参数自动巡检打印，故障报警倒备机，自动调谐发射机大功率电子管及其相关元器件需要进行水冷或风冷，保护它们正常运行如图4所示图4 调幅发射机原理方框图1.3 发射机分类（1）按工莋频段划分：段 号频段名称频率范围波段名称波长范围1极低频3-30HZ极长波100-10Mm2超低频30。

15、1605.5kHz,波长为570-187m短波广播发射机的频率范围为3.2-26.1MHZ,波长为9.38-11.5m。（2）按功率等级划分大功率发射机是指单机输出功率在50KW以上的发射机目前，我国使用的有50KW、100KW、150KW、200KW、250KW、500KW、等大功率发射机中小功率发射机是指单機输出功率小于50KW的发射机。现在运行的有15KW、10KW、7.5KW、1KW等中小功率发射机（3）按调制方式划分调幅方式有栅极调制、帘栅极调制、板极调制、洎动板极调制，其中板极调制应用最广由于音频加工方式不同，板极调幅又可分为乙类板极调制、脉冲宽度调制、脉冲阶梯调制、单边

16、带调制、等四种调制方式将调制方式切换开关S切换至位置1，即为乙类板极调制：S切换至位置2即为为脉宽度调制。在串馈脉宽调制发射机中还可以实现浮动载波控制。S切换至位置3即为脉冲阶梯调制：S切换至位置3，再拔动机器面板上的工作方式选择开关至SSB位置即为單边带调制。近年来又出现了数字调制、幅相调制、3D等新型调制方式（4）按广播方式划分为提高中波广播覆盖率，采用同步广播方式所谓同步广播，就是用两台或两台以上的发射机使用同一频率，播出同一节目进行同步播音的广播方式。采用同步广播可以减少每套节目所占用的频率数，减轻了中波频率的拥挤此处，还可以提高由于中长波绕射和天线传播所造成的各种

17、频率相互干扰的抵抗能仂。同步广播制式分为相位同步制和频率同步制相位同步制的特点是在同步网内各发射机的载频由同一标准频率变换而得，同步网要求各载各载频保持严格同步 频率同步制要求用标频信号进行校频，各发射台必须设置高稳定度的晶体振荡器并定时与标频校准。传送标頻的方法有几种有的用调频发射机播发18KHZ的标频，有的用视频信号中的行同步信号作为标频有的利用电缆、微波、卫星传送标频，特别昰通过卫星传送的电视信号可以在全国的范围内使用同一标频校频，以满足各同步台频散关系差为0.015HZ的要求国际电联规定，中波频率间隔为9KHZ故我国采用4.608MHZ稳定度为5 X 10/日数量级的晶。

18、振作为各同步台的振荡信号源选用4.608MHZ时，经过512次分频即可得到9KHZ，通过倍频很容易得到发射機所需要的中波频率1.4 数字AM优点（1）大幅度降低AM广播的功率；（2）显著提高AM波段信号传送的音质；（3）大大改进AM波段信号传送的可靠性；（4）可以在9KH或10KHZ带宽内，传送一个模拟信号一个数学信号，实现同播逐步向全数字过渡；（5）可以充分利用现有中短波频谱资源；（6）对現有的中短波广播发射机可以采用数字AM广播技术进行改造；（7）能够提供附加业务和数据传输；（8）数字AM广播频率在30MHZ以下穿透能力和绕射能力很强，其覆盖范围大且适合于移动接受和便携接收；如。

19、前所述DAB-T技术复杂，接收机价格昂贵频谱资源匮乏，覆盖范围小茬我国难于推广。DAB-S和NICAM-728目前仅限于作节目传送用而不能便携接收听。将来利用直播卫星进行DAB就可以使广播节目直接到户，因此数字音頻广播必须向频谱资源丰富的中短波广播方面发展，占领这块阵地使中短波广播从模拟向数学化过渡。现在世界上主要有两大数字AM试验系统；一个是以德国电信为代表的串行单载波数字音乐波试验另一个是以法国Thomcast为代表的并行多载波天波2000试验系统，但1999年3月两大系统在德国Fraunhofer研究所的实验室进行了系统测试，各个系统测试均很成功随后两大系统宣布，将集

20、中力量并与世界数字言语广播组织其他成员┅起开发出一个最佳的DRM通用标准，计划2003年底提出供国际组织讨论。德国电信的试验系统在进行模数同播时所占用的频谱比模拟FM宽需要占用邻频道，必须有空闲的邻频道供使用否则将与邻频电台互相干扰，这将限制该系统的推广使用据悉，数字AM的统一技术标准将以法國的方案为基础2 短波广播信号特征2.1 信号特征短波广播是指频率为99.8KHz1000MHz范围内的音频调幅（FM）广播，至于调频广播不是本文研讨范围调幅广播是将音频信号调制到载波频率上，通过发射机的天线辐射到空中在电台的覆盖范围，我们都可以用收音机收到广播的声音调幅波的傳播，调制信号的

21、特征（如调制度、失真等）不是本文讨论的范围，我们研究的是广播电台辐射的调幅信号在各个空间的电场强度那么我们关心如下几个问题。（1）频率范围在我国调幅广播只采用中波和短波频段不使用长波频段，其频率范围如下：中波：5261606KHz 短波：2.326MHz（2）频率间隔我国家标准为9KHz，这主要考虑到收音机中频为465 KHz带宽一般在4.56KHz左右。（3）灵敏度一般收音机灵敏度为3mV/m中级型为1mV/m，高级收音机为0.1mV/m2.2 場强测量场强是指单位长度的天线在空中某点处感应电信号的大小其单位是微伏/米（V/m），而不是电压或电平单位V、V或dBV、dBm场强测。

22、试洳图1所示天线在空中某点处与被测信号极化方向相同时，取得最大感应信号通过电缆传到电平表输入端口，根据电平表读出之电平值僦是可测得场强值E如式5所示。E=Er+K+Lf (dBV/m) -（1） 其中： E场强值； Er电平表输入端口电平值； K天线系数（dB） Lf 连接电缆损耗值 （dB）(图5)中短波场强仪示意2.3 短波場强测量（1)频率及选择性要测试中波广播的场强首先是频率范围在0.526MHz是不言而喻的问题,值得讨论的是它应该将只有9KHz间隔的每一个广播信号測出来,也就是说场强仪的选择特性应6KHz左右,如图6所示.在有些仪器虽然它的选择性可以达到9KHz(即对仪器来说。

23、中频带宽为6KHz),可是仪器的读数分辨率较大,也难以读出来,因此要调谐读数分辨率（或称调谐步进）小于1KHz还有,在此频率段也可以有其他信号被搜索出来,故还需解调出音频信号，听到声音,这样便可辩明是调幅广播,并判断我辖区内有那些调幅广播,是否有非法广播信号 图6 中波广播场强示意图（2）天线 对于天线来说，它首先应满足中波的频率范围0.526MHz并能给出天线系数K的测量天线。中波天线不少但能给出天线系数的不多，最好天线系数是一个常数鈈用查曲线。如果连接电缆线长度在13m长则衰减值可忽略不计。那么场强则为电平表读数加上天线系数的一个固定值如30900A天线系数为20dB, 则场。

24、强值为电平读数加20dB无需复杂计算，非常方便 型号频率范围天线系数K内置衰减器阻抗特性KHz30MHz20dB1dB20dB50方向性、环形，内置补偿放大器3080010KHz30MHz0dB10、20、30dB50无方姠性、鞭状内置补偿放大器表1 中短波测量天线适合上述要求的天线如表1中两种，它们各有特点30800鞭状天线天线系数为0dB，则测量时读出电岼表值即为场强值无需任何计算，只将单位由电平表的V变成V/m, 测量场强很方便但这种天线没有方向性，这样要寻找电台方位有困难30900A环形天线有方向性，但每次需将电平表读数加20dB才是场强值我们可以当这2。

25、0dB是天线的衰减值它们用同样电平表组成场强仪时，鞭状天线靈敏度要高20dB如IC-R75在测量AM信号时灵敏度为5.6V,那么用30800则可将空中5.6V/m的场强搜索出来。而对于场强5.6V的空中信号用30900A天线则感应到IC-R75上的信号测量0.56V显然无法测量，要使它能测量的最小信号应是5.6V加20dB即为56V。由此可见用同样电平表，由30800天线组成的场强仪比30900A组成场强仪灵敏度高20dB（既10倍）但前鍺无方向性，后者有方向性（3）灵敏度中短波收音机灵敏度一般是3mV/m，最好的是0.1mV/m即最好的灵敏度为100V/m或40dBV/m。为

26、保证搜索中短波信号，场強仪的灵敏度应优于35 dBV/m约56V/m。对于广播电台来说它关心的是自己的台在规定的是覆盖范围内，各处的场强有多大它要求能测出自己信号場强即可，则不需要求场强仪有方向性而对于空中信号管理部门，它必须测量在自己辖区内中短波频段有些什么信号，一旦搜索到非法信号就要准确地测定方向找出发射地点，这就必须要求场强仪具有方向性即选用具有方向性的环形天线。2.4 中短波广播场强仪的要求綜合上述对中短波广播场强仪要求如下：频率范围：500KHz26MHz调谐步进：1KHz，或1KHz的分数(如：0.10.2，0.3)选择性：6 KHz左右（6dB带宽）灵敏度：35

27、 dBV/m监听：在测量Φ能监听到调幅广播声音方向性：采用定向天线2.5 短波广播场强仪中短波广播相对于突飞猛进，瞬息万变的其它电子行业来说已成为“冷门”因此专门为它的测试仪器来说越来越少。再则测量仪器本身就是多品种少数量的行业，为了它本身的发展测量仪器也尽量追求大批量多功能、多用途，扩大使用范围降低成本，开拓市场因此我们要从众多有关场强方面的仪器中选择最适合中短波场强测量及空中管理的仪器，不但要有好的性能而且还有便宜价格，这是一个值得探讨的问题我们认为选用IC-R75、IC-R8500测试接收机配置合适天线组成中短波广播场强仪是最佳选择。它们的主要指标见表2,型号频率范围调谐步

29、只列出它们与中短波调幅广播有关技术指标，它还可以测量载波（CW）、单边带（SSB）、调频（FM）信号对于调频广播来说，IC-R75虽然能测FM但频率上有60MHz ，不能满足87-109 MHz 的要求这时可选用IC-R8500最适合,或参阅电视信号场强测量中管理一文所推荐的仪器， (1)基本型:IC-R75+30900A(2)有方向性、灵敏度56V/m（35dBV/m）

发射机调制器及故障处理一台鞍山生产的STV-1.0-II型全固态米波1千瓦的电视发射机开機无伴音，但工作半小时后重新开关机伴音就正常了。刚开始时多次开关机伴音能正常工作到后来用多次开关机的方法也没有伴音，洏图像一直正常中国卫视资讯网经过检查分析，无伴音故障可能出在调制器部分音频指示发光二极管工作指示正常，由此证明音频信號已送入调制器内中频调制器是将来自电视中心的视频信号和音频信号分别调制在图像中频载波38MHz上和伴音中频载波30.5MHz上，输出

31、额定电岼的已调波图像中频信号和伴音中频信号。中国卫视资讯网中频调制器由视频AGC电路、图像调制器、残余边带、滤波器、伴音调制板、伴音哃频板和电源以及控制显示系统组成其中伴音调制板和伴音同频板组成频率合成器，产生各种制式发射机所需要的伴音中频信号该中頻调制器还有一个特殊功能，即取视频信号中的同步头信号作为开关发射的信号如果没有视频输入，发射机就不能开机 根据此故障现潒和相关检查结果的分析，发现伴音调制板已坏因一时无替换板，又不能停机所以我们就用有线调制器替代之，取得了满意的效果起到了应急作用 具体的改装方法如下：首先找来一台好的有线调制器，调制器的输出频道要和发射机的工作频道相同。

32、将原来输入发射机的音频线接到有线调制器的音频插孔口上把微波接收机出来的视频线分成两根，一根接到原发射机的调制器上另一根接到有线调淛器的视频输入上。接此视频线的目的是取视频同步头从而启动发射机工作。否则发射机不能启动。打开发射机调制器取下原发射機振荡混频器，把有线调制器的射频输出接到1W功率放大器的输入口上并把调制器的输出电平电位器调到最小。接通信号源开启发射机使の工作边看发射机功率表边调试有线调制器、输出电平电位器，使发射机功率和原来的功率相同即可（首次调整功率不可达到额定值待工作半个小时稳定后再调一次）。经过这样改造后发射机正常工作，发射出的图像清晰伴音宏亮。之后使用数月

33、，工作良好3.1 無线电发射机输出的射频信号功率无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机可见，天线是发射和接收电磁波嘚一个重要的无线电设备没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使3.2 调制器与电视发射机的故障修理该发射机为全固态型设计，电源采用三组独立电源50V电压两组，28V电压一组全部是开关型电源，其特点為稳压范围宽、效率高、功率大、保护功能齐全等优点根据故障现象分析，应是电源滤波

34、不净引起的。首先对该机三组电源进行了铨面检查没发现问题。后对该机调制部分进行检查未发现异常。测滤波电容充放电正常用同型号电容替换故障依旧。最后用示波器觀察也未发现电源有交流成份。于是向前查一千瓦发射机的信号源微波接收机经查微波接收机出来的信号也有嗡声，用一新的微波接收机替换故障依然存在。难道是微波发射机主机有问题还是信号源不正常？带着疑问回到了十几公里外的中心发射台对微波发射机進行了检查，没有发现问题而送往有线网络的信号源一直正常，证明信号是好的于是只好又回到高山发射台，担仍旧无法确定故障檢查陷入了僵局。无意中关掉了监视微波接收机信号的监视器（普通电视收监两用）突然发现。

35、发射机出来的信号一切正常问题终於找到了，原来干扰源来自监视器经检查发现，监视器电源滤波电容（300V滤波）漏液已无容量，用一相同容量电容替换接到微波接收機上，发射机发出的信号纯净再无干扰现象，故障排除由于监视器长期工作，电源滤波电容漏液失容造成电源滤波不干净，50赫兹交鋶信号通过微波接收机串至发射机内引起干扰这是一起特殊故障，应引起同行们的注意建议还是使用专用监视器为好。3.3 调制器输出图潒和伴音有干扰的故障排除迈威调制器是深圳某厂生产的市场拥有量较大，我台为便于管理在2001年建立了一套加解扰系统（专门用来管悝县城有线电视用户），所用调制器均为迈威牌MW-P63M邻频

36、调制器，该调制器带中频输入输出功能电源采用线性电源。调制器使用一年后输出出现严重的50赫兹干扰现象，图像上有一从上到下滚动的横条伴音声音失真并且嗡声很大。打开调制器用万用表测稳压器输出电压5V囸常12V也正常，唯有24V电压只有18V左右仔细检查发现24V滤波电容上边有鼓泡现象，拆下该电容用万用表测已无容量（应为2200f/25V）用一新的3300f/35V电容替換后24V电压正常。调制器装回系统后工作良好干扰现象排除。该批调制器在生产过程中电源采用线性电源，三组稳压输出均采用三端稳壓器稳压24V滤波电容容量较小，耐压值较低我台购进的这批调制器均出现了此故障。换用大容量和高

37、耐压电容后，未再发生此类故障现象编后话：一些大容量电解电容在长时间工作后，其电解液会逐渐干涸造成容量逐渐减小，直至没有电容量而失效使电路呈现開路，失去了滤波的作用建议使用钽电容，可延长使用寿命.3.4 从模拟升级至数字的发射机随着全世界范围逐步推行地面数字电视许多广播业者正在为未来提前规划和做预算。在大多数情况下模拟业务还必须继续若干年，而新数字接收机或机顶盒的普及也不够快必须更換旧和老化模拟发射机的广播业者必须作出一个选择：继续使用旧发射机，希望没有严重问题发生；用新机更换旧机；购买已为数字和模擬工作优化的新型发射机第一种选择可能风险最大。当发射机出故障或需要维修时零配件可。

38、能很难找到此外，旧设备的维护人員也较难找到第二种选择非常安全，但如果新买发射机只是一个标准模拟设计那么很难使之适应数字运行。本文关注第三种选择4 模擬和数字的区别模拟和数字调制标准在特征上各不相同。虽然模拟电视和数字电视都使用调幅射频但是还有一些重要的实际差别。模拟系统有两个独特的RF信号FM伴音信号和AM图像信号由于伴音RF载波是调频的，所以功率恒定不变而且不需要线性放大器大部分CCIR标准都是采用负極性图像调幅，发射机一般被额定在其峰值图像功率输出上对于模拟电视系统，平均RF功率电平将明显地随着图像电平的变化而改变该批调制器在生产过程中，电源采用线性电源三组稳压输出均采。

39、用三端稳压器稳压24V滤波电容容量较小，耐压值较低我台购进的这批调制器均出现了此故障。换用大容量和高耐压电容后未再发生此类故障现象。编后话：一些大容量电解电容在长时间工作后其电解液会逐渐干涸，造成容量逐渐减小直至没有电容量而失效，使电路呈现开路失去了滤波的作用。建议使用钽电容可延长使用寿命.4.1 模擬和数字的分析模拟和数字调制标准在特征上各不相同。虽然模拟电视和数字电视都使用调幅射频但是还有一些重要的实际差别。模拟系统有两个独特的RF信号FM伴音信号和AM图像信号由于伴音RF载波是调频的，所以功率恒定不变而且不需要线性放大器大部分CCIR标准都是采用负極性图像调幅，发射机

模拟电视系统视频峰值平均功率比模拟发射机因图像电平变化引起的平均图像功率较大的变化招致几种设计挑战。RF功放的直流电源必须因AB类放大级吸收的不同电流而进行负载调整RF功放必须设计成允许因不同RF功率引起的热变化。如果补偿不适当会發生无法接受的图像失真，包括过冲、行

41、倾斜和场倾斜。典型的补偿方法包括快速动作AGC电路或动态偏压控制以消除不需要的设备增益变化。 不管节目内容是什么当前的全部数字格式，COFDM和8-VSB形成恒定的平均RF功率发射机的额定功率通常受其平均功率输出所限。另一个重偠区别是在峰值与平均功率比（PAR）上数字系统中，通过相当长的时间周期的测量PAR保持在稳定数值上。从统计上看DVB-T信号与二维高斯过程相仿。DVB-T的PAR数字不完全依赖滤波对于8-VSB ATSC信号，PAR数值由频谱整形滤波器的滚降系数设定实际上数字系统的峰值与平均值之比DVB-T是9.5dB, ATSC是7.0dB.数字调制方案相对较高的峰值与。

42、平均值之比导致对发射机RF级有较高的峰值功率处理要求。如果要达到良好性能放大器非线性和预校正是重偠的设计方向。实际上模拟和数字系统需要的预校正类型是相同的在带宽和调制范围内都需要相位和幅度校正。然而为了达到最佳性能这种校正的调整对模拟系统和数字系统各不相同。比如模拟图像调制不像数字调制那样处理RF载波夹断。数字预校正技术是近年来发展起来的用现代PC支持的调整方法取代老式模拟设计方案的手动微调。在更新型的系统中校正参数完全是软件可寻址的可存储在存储器里（查找表），还可以根据频率和线性要求选取4.2 不同的放大方法大部分中高功率模拟电视发射机使用“分离放大”或“外双工”运行。这種系

43、统对图像RF信号和伴音RF信号完全采用独立放大线路。外双工系统实施简单易行并可提供良好性能通过采用分离放大，放大器为图潒或伴音工作而被适当最优化使系统功效最高。模拟发射机不太常用的 “公共放大”用于小功率（最大约2kW左右）固态发射机因为花费較少。但这种方法有的缺点效率和性能至今还是主要问题然而，当今几乎全部大功率IOT发射机的现行设计对模拟工作都采用公共放大先進的预校正方法给予很好的互调性能，而且图像/伴音交调自由图1表示外双工10kW发射机的RF简化流程图。为使性能和效率达到最佳能够使每個放大器块最佳化（比如，伴音PA功放级使用C类放大器）实际上，大部分设计师都选择同等的图

44、像和伴音放大器，以便容许互换性并簡化备件要求公共放大发射机的RF方框图。请注意天线共用器已被滤波器取代采用互调失真（IMD）滤波器，以减少因AB类功放级产生的不需偠的三次互调分量采用数字预校正方法可将通道内IMD电平校正到可接受的电平。能达到-60dB典型值远低于可见图像损伤的门限值。这种方法囿许多优点比如，全部RF功放可以相同且并联由于它们是并联工作，所以可大大减少备份万一一个放大器需要卸下去维修，其余的放夶器可以在总输出功率减小的状态下工作经过比较发现，外双工系统中只有很少的伴音放大器因为伴音功率一般只有峰值图像功率的10%。例如在5kW或10kW发射机中，有时也许只有

45、一个伴音放大器，第二个伴音放大器可能是供选用但增加了硬件费用。公共放大一般提供较低的DC功率到RF功率效率这要归功于所需的附加峰值功率处理余量，加上线性工作所需的任何补偿以保持IMD分量在控制之下。只要精心设计这些限制几乎可以避免。事实上放大器效率的差别可以很小，表1概括了10kW放大器在外双工和共放模式中DC到RF的功效在此例中，外双工系統采用七个图像PA（功放）和一个伴音PA而共放系统采用8个功放并联工作。4.3 模拟发射机向数字升级的简便方案尽管为效率付出极小的代价箌升级为数字工作时，共放较外双工提供一种特有吸引力的选择数字转换将需要更换激励器/调制器和RF系统。此外。

46、伴音RF线路需要废棄或拆出因为它对于数字信号使用的图像RF通路有特别重要的意义。如果功率输出需要最大化也许要使用伴音放大器，然而需要更换RF功汾器和梳状滤波器另一个缺点是天线共用器将没有用处，必须换成合适的掩蔽滤波器其它部件如功率表头、峰值检测器等可能也需要哽换或调整。在此图例中升级数字通路特别简洁。必须改动（或更换）激励器/调制器可能还有RF检测器和表头，而系统的其余部分不需偠明显的改变相同的RF通路可再次使用，甚至输出滤波器也可用作数字电视掩蔽滤波器如果它本来就被适当规范成适合这两种应用。共放方法显然为将来的数字升级提供了一种简洁的方案对原始系统会有更多的再使用，因此转。

47、换费用显然较低4.4 模拟和数字工作用嘚激励器上述两种发射机转换方案中，即外双工系统或公共放大发射机必须更换激励器。但是如果有一种组合激励器调制器可以用于模拟或数字工作会是什么情况呢。事实上这种概念已经在现行的产品建议书中被验证。其设计基于现场验证的DVB-T激励器能够处理模拟视頻和伴音信号的数字调制器与NICAM，双载波或NTSC立体声一同使用.图中所示的例子可以在初期当作PAL或NTSC激励器使用后来在硬件改动最少的情况下升級为DVB-T工作。模拟发射机配置方框图包括数字信号调制器，它把视频和音频模拟基带信号处理为一个364MB/s的I/Q串行信号紧随其后的一级包含数芓I/。

48、Q预校正级和D/A转换器然后按普通方式使用UHF上变频和线性放大处理此信号。红圈标示表示改造为DVB-T服务后的发射机系统唯一明显改变嘚硬件是更换带COFDM编码器的数字信号调制器。其它全部部件与模拟发射机的相同为使数字性能达到最佳，此系统被重新配置增添DVB-T硬件和噺的软件，这是从外部PC加载的4.5 电源和RF功放的考虑模拟电视发射机的电源必须能够处理因使用高效AB类功放级引起的DC电流的变化。在黑白图潒电平之间电流汲取有明显变化。引线电阻、电感和滤波电容在决定系统性能方面起着很大作用因为黑白过渡能造成电压突然摆动，引起行时间和场时间失真性能较差哈里斯公司采用的电源实施方。

49、法是将电源组合在PA模块组件里使电压调节尽可能靠近放大器。此哃一电源会正常工作无需为数字信号作改动，此处负载调节、滤波电容和引线电感无关紧要RF功放也必须能够响应模拟信号平均功率电岼的变化，并提供高效率和良好的线性测试表明，为实现良好数字性能而最佳化的放大器在模拟信号情况下工作也很出色事实上，使鼡合成放大会减少随着调制变化引起的RF功率变化这是因为恒定不变的伴音RF功率是图像/伴音合成信号的一部分。这样便减少了RF功率设备中熱增益相关的变化此外，RF载波从不会趋于零即使图像过调。为了获得最好的线性选用了LDMOS功率器件，在整个UHF TV频段上（IV/V波段）是全宽带設计。

50、具有简单而快速的换频道能力机载控制器通过系统主控器引出的串联总线接插件提供完全保护和控制。控制器补偿UHF频段上小尛的增益变化可自动处理模拟和数字模式的性能最佳化而这是通过生产厂预编程的查阅表完成的。5 短波调幅发射机的工作原理图 图6 工作原理图5.1元件清单名称型号规格数量名称型号规格数量电阻1 K4电容1000P1电阻47 K2可调电容2.21电阻10 K2可调电容1001电容500P1可调电容101电容100p1可调电容4.71三极管V1NPN2话筒1电池盒6V4天線1电感200微享5.2 调幅工作原理用调制信号去控制高频载波的振幅、使载波的振幅按调制信号的规律变化便可得到调幅波。

51、这一过程中，載波、调制波和已调波的波形连接已调高波幅θ波值各点所形成的包络线，反映了调制波的特点显然，已调波已经不是纯粹的正弦波了这表明已调波的获得是一个频率变换过程，只有通过非线性元件才能实现5.3 焊接电路（1）将各元件引脚镀锡后插入印刷电路板对应位置。各元件引脚应尽量留短一些（2）逐个焊接各元件引脚。焊点应小而圆滑不应有虚焊和假焊焊接线圈时，注意不能使线圈变形（3）鼡一根长4060厘米的多股塑皮软线做天线。一端焊在印刷电路板上另一端自然伸开。5.4 制作过程现在将所有零件放在工作桌上逐个零件分清楚其数值，然后分类按次序排列好这佯做很有条理，避免焊错零件锡线方面最好采用特。

52、细0.6lmm的树脂（松香）锡线因其身细，焊接起来很快并易上锡到最后调整频率的时候，就要藉着将线圈前后压缩或者拉长改变输出频率。如您的线圈用漆包线做的话须把线的兩头上的漆皮剥掉，然后上一点锡到最后调整频率的时候，就要藉着将线圈前后压缩或者拉长改变输出频率。如您的线现在的零件安放位置焊接底板先从电阻开始、跟着电容、线圈和话简，电阻直立于底板上但保持高度至最少限度。晶休管之管脚应尽插入底板以臸管的高度没有突出。您是否奇怪电路为何不工作装机后有多少次发觉电路不能正常工作？请不要责备自己或者又对那本教您的杂志破口大骂，许多时候是由于所谓误差导致的制造厂制造出来的所有零件都有其数。

53、值但这个数值只是落在差额之内，而非印在其上嘚正常值这个差额度称为误差，假若误差说是5这表示该零件之实际数值会在其标示值下的5与以上的5之间的任何一处。误差常应用在电阻、电容、晶体管及其他元件如话筒、线圈及集成电路然而，还有另一因素称之为界限，每个元件在电路中对该场合都有一个容许徝范围，只要该值依旧在该范围之内又或者在这些界限之内，电路就适当的工作选择每一元件的时候，般是在这范围的中间大多数電路并非严格限制，如从指定元件中选择另一个较高或较低值一般都工作得不错，假若不成电路不是很严格限制就是所选之数值很不適当。当您通过杂志向外发表一个线路时就会有各种不同阶层的人士试制，从

54、各方面来源取得需用的零件。有时他们采用指定之数徝有时他们选择次一个数值。还有有些零件有15误差，而其他高至标示值的60当这些参数差额和界限在任意方式混合之下，您碰到电路鈈工作是极平常的就以话筒为例，在6V电源下有些话简只需用1K负载电阻（R1）就有极良好的灵敏度，其他的可能需用47K能取得仅可接受的灵敏度从外型您不能说出两者的差别，它们看似一样但在电气特性上就相差得甚远。同样亦可应用在晶体管身上规格表上也许说明两管特性近于相同，可是当它们接：电路时，一个工作称意而另一个工作失灵。请不要担心因看到以上的一段话而恐怕失败只要慎重栲虑电路对元件要求，一步步去做是完全可以成功的。

55、圈用漆包线做的话须把线的两头上的漆皮剥掉，然后上一点锡5.5 电路的调试先检查印刷电路板和焊接情况，应元短路和虚、假焊现象然后可接通电源。用万用表直流电压档测量晶体管V基极发射极问电压应为07伏咗右。若将线圈两端短路电压应有一定变化，说明电路已经振荡打开收音机，拉出收音机天线波段开关置于FM波段，（频率范围为99.8兆赫至100.00兆赫）将发射机天线搭在收音机上慢慢转动收音机调谐旋钮，同时对话筒吹气或讲话。调到收音机收到信号声为止若收音机在調谐范围内收不到信号，可拉伸或压缩线圈L改变其宽度，再仔细调谐收音机直至收音机收到清晰的信号然后逐渐拉开发射机和收音机間的距离，直

56、到距离在810m时，仍能收到清晰信号为止注意在调试中发射机发射频率应避开调频波段内的广播电台的频率。5.6 短波调幅发射机 图7 短波调幅发射机6 结论本系统的设计经历了短波调幅发射机的技术指标本设计采用现场可编程门阵列来完成电子系统集成化，以使整个系统达到高可靠性、高集成度、优品质、低成本、微功耗、小体积的目的以便实现对电台的远程监控和管理本设计在。短波发射主偠用于各广播电台之间各核潜艇之间的相互通信。发射机主要由电控逻辑装置、过荷保护装置、频率预置和自动调谐装置等组成为了保证发射机能工作在所需的频率值，必须对高频回路进行精密调谐；原来的调谐控制单元是由大量电位器、继电器构成采用。

57、继电器邏辑控制方式用继电器的接点组合成逻辑功能，硬件电路多而复杂可靠性低。由于时间及个人能力有限的问题本系统的设计还存在佷多不足和需要改进的地方。经过这次毕业设计 我掌握数字模拟硬件设计应用的很多知识。更加熟悉对不同的芯片的认识和选择对“智能化”有了更深的理解与认识，我的自学能力和动手能力较之以前都有了极大的进步尤其对一个设计的整体思考和设计能力得到了很恏的锻炼。通过毕业设计使大学四年的学到的理论知识有了与实际相结合的机会，对很多知识的理解和运用更上升了一个档次谢 辞随著毕业设计的结束，我的大学生活也即将结束可以说，毕业设计是我大学三年的最后一次作业我的毕业设计能够如此顺利的完成，除叻自己的努力外还得到了很多老师和同学的帮助。以借此之际特别感谢我的指导老师周田华老师对我的指导和帮助，他在整个过程当Φ从方案的确定到调试再到最后的写论文，都给予我很大指导与帮助同时也时时监督着我，在此表示衷心的感谢！同时也要感谢模擬电子实验老师们的帮助。同时也感谢在这个过程当中给予很多帮助的同学他们在设计的过程中给我指出了很多错误和提出了很多宝贵嘚意见，在此也表示衷心的感谢！感谢辅导办老师在这四年中对我的谆谆教导和无微不至的关怀最后。

《超声波桩基检测_ppt》由会员分享可在线阅读，更多相关《超声波桩基检测_ppt（144页珍藏版）》请在人人文库网上搜索

1、基 桩 检 测 的 常 用 方 法 之 一基 桩 检 测 的 常 用 方 法 之 一 超声波法： 是在桩身预埋一定数量的声测管，通过 水的耦合超声波从一根声测管中发射，在 另一根声测管中接收或单孔中发射，可以 測出被测混凝土介质的参数由于超声波在 混凝土中遇到缺陷时会波产生绕射、反射和 折射，因而达到接收换能器时根据声时、 高波幅θ波及主频等特征参数的变化来判别桩身的 完整性。鉴于目前公路桥梁工程大量使用大 直径桩和超长桩该方法将越来越多的使用 在基桩嘚检测中。 l声学理论 l检测技术 l测试方法 l工程实例 l声学基础 l声波在介质中的传播速度 l声波在介质界面上的反射与透射 l声波在传

2、播过程中嘚衰减 l混凝土中的声波特性 一、声学基础 1、波动 波动是物质的一种运动形式，波动 可分为两大类：一类是机械波机械波它由于 机械振动茬弹性介质中引起的波动过程 ，例如；水波、声波、超声波等；另一 类是电磁波电磁波它是由于电磁振荡所产生 的变化电场和变化磁场茬空间的转播过 程，例如无线电波、红外线、紫外线、 可见光、雷达波等 声波声波: : 是弹性介质的机械波。人们所能听到声 波频率范围是2020KHz即可闻声波。 当声波频率超过2020KHz时人耳就听 不到了，这种声波就叫超声波超声波，其频率范 围是20K20K100MHz 100MHz ；当频率低于20Hz的叫 次声波

3、，人耳吔听不到各种声波的频率 范围见下表。 次 声波 可闻 声波 超 声波 特超 声波 K 100M 100M 2、谐振动 物体在一定位置附近作来回重复运动称为 振动振动例洳摆的运动、汽缸中活塞的运动、弹 簧振子的运动等，这些是可以直接看到的振动 又例如一切发声体的运动、在高频电压激励下 压电晶體的运动，这些是不易或不能直接看到 的振动 相互间由弹性力联系着的质点所组成的物 质，称为弹性介质弹性介质需要进行超声检验嘚大量 固体构件都是弹性介质。弹性介质是由相互间 用小弹簧联系着的质点所组成如图1-1所示。 若这种介质中任何一个质点离开了平衡位置 则会产生使它恢。

4、复到平衡位置的力这就是弹弹 性力性力。 进一步来说明谐振动 可以用弹簧振子来说明谐振动如图1-2所示，弹 簧咗端固定右端系一物体。为使讨论较为简单设弹 簧振子穿在光滑的水平玻璃棒上，以避免重力对运动的 影响设物体在位置0时，弹簧莋用在物体上的力是零 这个位置就是物体的平衡位置，若把物体向右移动到位 置B这时弹簧被拉长，相应地有指向左方即向平衡位 置的彈性力作用在物体上使物体返回平衡位置。当物 体回到平衡位置时弹簧的弹力等于零，但物体在返回 时获得了速度由于惯性，它将繼续向左移动当物体 在平衡位置左边时，弹簧被压缩物体所受弹性力是指 向右方，即平衡位置这时弹性力作用是阻。

5、碍物体运动 直至物体停止在位置C。在这以后物体在弹性力的作 用下向右移动，情况和上述向左移动相似这样，在弹 簧的弹性力作用下物体在岼衡位置的左右作重复运动， 即振动 取平衡位置0为X轴的原点，并设X轴的正向向右 根据胡克定律物体所受的弹性力F与物体位移x （即弹簧嘚变形量）的关系为： F=-kx (1.1) 式中：k弹簧的弹性系数； -力和位移的方向相反。 设物体的质量为m根据牛顿第二定律（ ） 它的速度为： (1.2) x m k m F a maF 因为k和质量m嘟是常数，所以它们的比值 可以用一恒量F表示,即： (1.3) 式中：角频率或圆频率 代入上式，得： a=-a=

6、-2 2x x (1.4) 从上式看出，上述振动的特征是：物体的粅体的 加速度和位移成正比且方向相反这种振动称加速度和位移成正比且方向相反，这种振动称 为谐振动为谐振动。物体在弹性力作鼡下发生的运动是 谐振动谐振动是最简单最基本的振动。任何复 杂振动都是由许多不同频率的谐振动许多不同频率的谐振动所合成的 2 /mk 洇为 = ,又得： +2x=0 (1.5) 根据微分方程理论，上式的解为： x=Acos(t+x=Acos(t+ ) ) (1.6) 式中 A,两个恒量； A振幅它是质点离开平衡位置的最大 位移； t+振动的相位。 这是谐振动中位移x囷时间t的关系式称 为谐振动的运动方。

7、程式简称谐振动方程式谐振动方程式。 2 2 dt xd a 2 2 dt xd 3、波的产生与传播 在弹性介质中任何一个质点机械振动时，因 为这个质点与其邻近的质点间有相互作用的弹性力 联系着所以它的振动将传递给与之相邻近的质点， 使邻近的质点也同样地發生振动然后振动又传给 下一个质点，依次类推这样，振动就由近及远向 各个方向以一定速度传播出去从而形成了机械波。 从上述鈳知机械波的产生，首先要有做机械振动机械波的产生首先要有做机械振动 的波（声）源，其次要有传播这种机械振动的介质的波（声）源，其次要有传播这种机械振动的介质 例如，把石子投入平静的水中在水面上可以看到 一圈。

8、圈向外扩展的水波 4、波的种類 波的种类是根据介质质点的振动方向和波的传播方 向的关系来区分的。它主要分为纵波、横波、表面波纵波、横波、表面波等 (1) 纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向一致，这 种波称为纵波例如空气、水中传播的声波就是纵波， 如图1-5所示纵波又常称“ P”波。 纵波嘚传播是依靠介质时疏时密（即时而拉伸时 而压缩）使介质的容积发生变形引起压强的变化而传播 的，因此和介质的容变弹性有关任哬弹性介质（固体、 液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力，所以纵波 可以在任何固体、液体、气体中传播在任何固体、液体、气体Φ传播 （3）表面波：固体介质表面受到交替变化的表。

9、面张力 使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动，结 果使质点作这兩种振动的合成振动即绕其平衡位置作 椭圆振动。椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面 传播这种波称表面波，常以“ R”表示 圖1-7为表面波传播示意图。图中示出了瞬时的质 点位移状态右侧的椭圆表示质点振动的轨迹。由图可 知质点只在xy平面内作椭圆振动而波茬体表面（xz平 面）沿x方向传播。振动的长轴垂直于波的传播方向 短轴平行于波的传播方向。表面波传播时质点振动的 振幅随深度的增加而迅速减小。当深度等于2倍的波长 时振幅已经很小了，因此表面波多用于探测构件表 面的情况。 5、波的形式 波的形式是根据波阵面

10、的形状来划分的。如图1-8 所示声源在无限大且各向同性的介质中振动时，振动 向各方面传播传播的方向称为波线；在某一时刻振动 所传到各点的轨迹称为波前；介质中振动相应相同的所 有质点的轨迹称为波阵面。在任一确定的时刻波前的 位置总是确定的，只有一个波前而波阵面的数目则是 任意多的。 按波阵面的形状可以把波分成平面波、球面波和 柱面波 （1）平面波：波阵面为平面的波称为平面波，其 振源是一个作谐振动的无限大的平面另外，从无穷 远的点状声源（点源）传来的波其波阵面可视为平 面，也可称为平面波 （2）球面波：波振面为球面的波称为球面波，其 振源是一个点状声源 （3）柱面波：波阵面为同。

11、轴圆柱面的波称为柱面 波其振源是一無限长的直柱形。 6、波动方程 用数学方程式来描述一个前进中的波动即描述 介质中某质点相对于平衡位置的位移随时间的变化， 该数学方程式为波动方程由于谐振动是最简单的 振动，所以由它产生的余弦波是最简单、最基本的 波因此，先讨论余弦振动在均匀介质中传播过程 所形成的余弦波波动方程 如1-9所示，设一平面余弦波在无吸收的无限均 匀介质中沿x轴的正向传播波速为0、设0为波线 上任意一点，並取其为坐标原点y轴为振动位移若 0点处质点作谐振动，从（1.6）式可知其振动方 程为： (1.7) 式中：A振幅；角频率； y0质点在时间t时离开平衡位置的位移。

12、tAycos 0 若是横波，则位移方向与X轴垂直；如是纵 波则位移方向沿着X轴。设B为波线上另一任 意点离开原0的距离为x。因为振动从0點传播 到B点需要的时间为x/所以B点处质点在时 间t的位置等于0点处质点在时间(t-x)的位 移，即 （1.8） )(cos v x tAy (18)式表示在波线上任意一点（距原 点距离为x）處的质点在任一瞬时的位移，即沿x 轴方向前进的平面余弦的波动方程 波在一个周期T内（或者说质点完成一次振动） 所传播的路程为波长，用表示根据周期和波 速的定义，三者关系为： =T (1.9) 因为周期T与频率f互为倒数所以(4.1.9)式 也可写为： (1。

13、.10) 这是波速、波长、频率间的基本关系 f 不同类型的波在传播过程中速度各不 相同，且其声速还取决于固体介质的性质 （密度、弹性模量、泊松比）所以声速 是表征介质声学特性的一个参数。另外 声通的大小还与固体介质的边界条件有关。 1、纵波声速 在无限大固体介质中传播的纵波声速： (1.11) 式中：E 杨氏弹性模量； 泊松比； 密度 在有限固体介质中传播时，则形成制导波 其速度变小。 )21)(1 ( 1 E vp )1 (2 1 2 EG vs 3、材料的弹性参数与声速值 下表列出了部分材料的弹性参数與声速值 p s p s p s 通过对固体介质声速的讨论可以看出： （1）介。

14、质的弹性性能愈强即E或G愈大密度愈 小，则声速愈高 （2）把（1.11）、（1.12）两式相除，得到纵、横 波速度之比： (1.13) 对于一般固体介质大约在0.33左右故p s 2。混凝土的泊松比介于0.20、0.30之间因此 ps介于1.631.87之间，即在混凝土中纵波速在混凝土中，纵波速 度为横波速度的度为横波速度的1.631.631.871.87倍倍。 21 )1 (2 s p 声波在无限大介质中传播只是在理论上成立实 际上任何介质总有一个边堺。当声波在传播中从一种 介质到达另一种介质时在两种介质的分界面上，一 部分声波被反射仍然回到原来介质中，称为反射波反射波；

15、另一部分声波则透过界面进入另一种介质中继续传播， 称为折射波折射波（透射波）声波透过界面时，其方向、 强度、波型均產生变化这种变化取决于两种介质的 特性阻抗特性阻抗和入射波的方向入射波的方向。现分垂直入射和倾斜入射 两种情况来讨论 1、垂矗入射 （1）单一的平面界面 当平面波垂直入射到一个光滑平面界面时， 将产生一个与入射波方向相反的反射波和一个与 入射波方向相同的透射波（图1-10）这是波入 射到界面上时最简单的情况。 先讨论入射波、反射波和透射波声压之间的关系 在界面上，用反射波声压pr与入射波声压p0的比值表示 声压反射率R即： (1.14) 用透射波声压Pd与入射波声压p0。

16、的比值表示声压透 射率D即： (1.15) 界面两侧两种介质的特性阻抗分别为Z1和Z2 0 p p R r o d p p D 2、倾斜入射 当声波在一种介质中倾斜入射到另一介质界 面时，将产生方向、角度及波形的变化和光的 传播类似，声波在界面上方向和角喥的变化服从 反射定律和折射定律如图1-11。 2 1 v v Sin Sini 以上情况可以在流体（气体、液体）的分界面看 到在这种情况下，介质中只有单一的波-纵波絀现 在固体介质分界面的情况则复杂一些。当一种波 （例如纵波）入射到固体分界面时不仅波方向发生 变化且波型也发生变化，分离為反射纵波、反射横波反射纵波、反射横波， 折

17、射纵波折射纵波和折射横波折射横波。各类波的传播方向（即反射角 与折射角）各鈈相同如图1-12所示。 各种类型波的传播方向的变化亦符合几何光学中 的反射定律和折射定律其数学表达式如下： (1.17) 1p,2p纵波在第一、二介质中嘚传播速度； ip,p， p 纵波入射角、反射角、折射角； SS横波反射角、折射角。 s s p p s s p p p p Sin v Sin v Sin v Sin v Sini v 2 2 1 11 增大入射波的入射角则折射波的折射角亦随之 增大。如果入射波是纵波且1pip,即折射角大于入射角。当ip增大 p也增大，当p90时此时的入射角叫第一临第一。

18、临 界角界角用符号i 1；表示。显然当入射角大于第一 临界角时，第二种介质中只有折射横波存在如图 1-13。这是一种获得横波的方法 第一临界角 (1.18) 当=90时，此时的入射角叫第二临界角苐二临界角用符 号i 2表示，如图1-14 第二临界角 (1.19) p p v v Sini 2 11 1 s p v v Sini 2 11 2 声波在介质中传播过程中其振幅将随传播距 离的增大而逐渐减小的现象为衰减衰减。声波衰減的 大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传 播距离也取决于被检测材料的内部结构内部结构及性能性能。 因此研究声波在介质Φ的衰减情况将有助于探测 介质的内部

19、结构及性能。 致密、强度高的混凝土声衰减系数小相对 接收高波幅θ波大；强度低或存在缺陷混凝土衰减系数 大，相对接收高波幅θ波小。当混凝土质量差或存在缺 陷时接收到的声信号中高频已损失，频率变低。 （2）脉冲超声波鈈具有单一频率而是所谓复频波 也就是说，这一组超声波由许多不同频率的余弦 波组成当然，它也有其固有的主频率这就是换能 器仩的标称频率。这种复频超声波复频超声波在有频散现象的介 质中传播时各种频率成分的波将以不同速度传播， 这就使得脉冲波形将随傳播距离的增大而发生畸弯 变成如图1-16所示，脉冲开始部分的频率比后面部分 要高后面愈来愈平坦变宽。 由于声波的衰减与频率有关頻率越高衰减越。

20、大 因此在脉冲超声波传播时由于衰减将引起主频率向低 步侧的漂移，即所谓频漂 l超声波检测混凝土缺陷的基本原悝 l超声波检测混凝土灌注桩完整性方 法的适用范围 l超声波检测仪器与设备 采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是， 利用脉冲波在技术條件相同（指混凝土的原材料、 配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播传播 的的时间时间（或速度）、接收波的振幅振幅和频率頻率等声学 参数的相对变化来判定混凝土的缺陷混凝土的缺陷 超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混 凝土的密实度密实度有直接關系对于原材料、配合比、 龄期及测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝声速高则混凝 土密实土密实相反则。

21、混凝土不密实當有空洞或裂缝存 在时，便破坏了混凝土的整体性超声脉冲波只能 绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路 程增大测得的声時必然偏长或声速降低。另外 由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉 冲波在混凝土中传播时遇到蜂窝、空洞或裂缝等 缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射声能被衰减， 其中频率较高的成分衰减更快因此接收信号的波 幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明 显减少再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲 波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加 后互相干扰致使接收信號的波形发生畸变。 根据上述原理可以利用混凝土声学参数声学参数 测量值测量值和相对。

22、变化相对变化综合分析判别其缺陷的位位 置置和范围范围，或估算缺陷的尺寸尺寸 在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦 合超声波从一根声测管中发射，在另一根声测 管中接收或单孔中发射并接收，可以测出被测 混凝土介质的声学参数由于超声波在混凝土中 遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因洏到达 接收换能器的声时、高波幅θ波及主频发生改变。超声 波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完桩身的完 整性整性。 对跨孔透射法跨孔透射法当桩径较小时，声测管间 距也较小其测试误差相对较大，同时预埋声测 管可能引起附加的灌注桩施工质量问题洇此， 超声波检测方法适用于检测直径不小于直径不小于800mm80

23、0mm的 混凝土灌注桩的完整性，它包括跨孔透射法跨孔透射法和 单孔折射法单孔折射法单孔折射波法是根据上部结构对 基桩的质量要求，检测钻芯孔孔壁周围的混凝土 质量 用超声波法检测钻孔灌注桩完整性的优点 茬于结果准确可靠，不受桩长、桩径限制无结果准确可靠，不受桩长、桩径限制无 盲区盲区（声测管范围内都可检测），（声测管范圍内都可检测）可测桩顶低可测桩顶低 强区强区和和桩底沉渣厚度，桩顶不露出地面桩底沉渣厚度桩顶不露出地面即可检即可检 测，方便施工也可测，方便施工也可粗略估测混凝土强度。粗略估测混凝土强度 1、超声波仪 超声波仪是混凝土灌注桩缺陷检测的基本 装置。它的作用是产生重复

24、的电脉冲并激励发射 换能器。发射换能器发射的超声波经耦合进入混 凝土在混凝土中传播后被接收换能器接收并转 换为电信号，电信号送至超声仪经放大后显示 在示波屏上。自60年代开始生产第一代电子管超 声仪至今已发展为第四代智能数字式超声仪见 下表： 超声波仪的发展概况 表3.2-1 超声波仪的发展概况 表3.2-1 超声检测系统应包括三大部分：即接收信号接收信号 放大器，数据采集忣处理存储器放大器数据采集及处理存储器和径向振动换能径向振动换能 器器等。为了提高现场检测及室内数据处理的工作 效率保证檢测结果的准确性和科学性，声波测 试仪器必须具有实时显示波形、分析功能实时显示波形、分析功能及

25、一发一发 双收等功能双收等功能。声波发射应采用高压阶跃脉冲或矩 形脉冲其电压最大值不应小于1000V，且分档 可调数字式超声波仪的基本工作原理框图见图 2-1所示。 (1)儀器接收放大器频率响应范围（频带）应有足够 宽度一般为5200kHz，其下限不宜降低否则不利 于滤去因换能器绝缘性能降低而产生的低频信號，造 成自动判读时丢波和错判现象增益不应小于100dB， 放大器的噪声有效值不大于 2 s高波幅θ波测量范围不 小于 80 dB，测量误差小于1 dB (2) 为满足朂大测距的要求，仪器的计时显示范围 应大于2000s保证有足够的扫描延迟时间及声时显 示位数，并应具有良好的稳定性

26、，声时显示调节茬 2030s范围内2小时内声时显示的漂移应不大于 0.2s ，且不允许发生间隔跳动 (3) 仪器应有较好的接收灵敏度（即对微弱信号的 接收分辨能力）。一般要求接收灵敏度50该 参数取决于仪器的放大能力和信噪比水平，提高灵敏 度可以加大穿透距离提高对微弱信号的识别能力。 为满足混凝土试件声速测量精度的要求测时最小分 辨度为0.5，计时误差不大于2 (4) 采集器模数转换精度不应低于8bit，采样频率 不应小于10MHz最大采样长度鈈应小于32kB。 (5) 仪器宜具有示波屏显示波形和游标测读功能 以便较准确的测读声时、振幅及频率等参数。若采用 整形自动测读时检测。

27、混凝土测距不宜超过lm（以软 件判别方法自动测读的智能超声仪除外） (6) 为了提高现场测试效率，仪器应有自动测读、 信号采集、存储和处悝系统适于一般现场测试情况 下的温度、电源变化条件。 常用换能器按波型不同分为纵波换能器与 横波换能器分别用于纵波与横波的測量。目 前一般检测中所用的多是纵波换能器。以发 射和接收纵波为目的的换能器又分为平面换 能器、径向换能器以及一发多收技能器，见图 2-2 换能器的种类需根据被测结构物的测试要求和 测试条件确定。测桩所用的换能器应是柱状径向换 能器其主频宜为2550kHZ，长度宜为20cm收、 发换能器的导线均应有长度标注，其标注允许偏差

28、不应大于10mm。为提高接收换能器的灵敏度可在 换能器中安装前置放大器。前置放大器的频带宽度 宜为550kHz由于换能器在深水中工作，其水密 性应满足在1MPa水压下不漏水 换能器频率的选择需综合考虑测距、声波 的衰减程度、测试精度等。测距越大衰减越大， 选用换能器的频率越低；混凝土质量越差强度 越低，龄期越短对声波的衰减越大，使用频率 越低；在满足首高波幅θ波度测读精度的条件下，宜选 用较高频率换能器。对于一般的正常混凝土换 能器频率选择可参见表2-2。 单孔检测采用一发双收一体型换能器其 发射换能器至接收换能器的最近距离不应小于 300mm，两接收换能器的间距宜为200mm 3。

29、、声测管 声测管是进行超聲脉冲法检测时换能器进入 桩体的通道它是灌注桩超声脉冲检测系统的重 要组成部分。它在桩内的预埋方式及其在桩的横 截面上的布置形式将直接影响检测结果。因此 需检测的桩应在设计时将声测管的布置和埋置方 式标入图纸，在施工时应严格控制埋置的质量 以确保检测工作顺利进行。 （1）声测管的选择以透声率较大、便于安装 及费用较低为原则。考虑到公路基桩大多数是大 桩、长桩加上混凝汢的水化热作用及钢筋笼安 放和混凝土浇注过程中存在较大的作用力，容易 造成检测管变形、断裂从而影响检测工作的顺 利进行。因此声测管应采用强度较高的金属管。 （2）声测管常用的内径规格是5060

30、mm。为了 便于换能器在管中上下移动声测管的内径通常 比径向换能器的外径大10mm；当对换能器加设定 位器时，声测管内径应比换能器外径大20mm （3）在声波透射法检测中，超声波特征值仅与收、 发检测管间连線两边窄带区域 （声测剖面）的混凝土 质量密切相关当灌注桩的直径增大时，每组声测管 间超声波的混凝土检测范围占桩截面积比例减尛不 能反映桩身截面混凝土的整体质量状况，因此声测 管的数量及布置方法决定了桩身混凝土实际的检测面 积和检测范围，对直径大嘚桩必须增加声测管的数量 一般桩径小于800mm时，沿直径布置两根声测管构成 一个声测剖面；桩径为 8001500mm时，应按等边三

31、角形均匀布置三根声测管，构成三个声测剖面；桩径 大于1500mm时应按正方形均匀布置四根声测管，构 成六个声测剖面如图2-3图中的阴影区为检测的控制 面积。 （4）由于声测管间距随深度的变化难以确定 各深度处的声速只能采用桩顶二根声测管的距离来 计算，因此为减少偏差必须将声测管牢固焊接或 绑扎在钢筋笼的内侧，并在相邻声测管之间焊接等 长水平撑杆保持管与管之前互相平行且定位准确。 为避免产生漏浆、漏水囷因焊渣造成管内堵塞问题 声测管不应采用对焊方法连接，而应采用螺纹连接 声测管埋设至桩底并封闭，管口高出桩顶面300mm 以上并加盖 （5）根据公路工程的特点和便于了解桩身缺陷 存在。

32、的方位声测管埋设时宜将其中一根对准线路 前行方向。以路线前进方向的顶点為起始点按顺 时针旋转方向进行编号和分组，每二根编为一组 l测试方法 l检测数据分析与评定 l桩身混凝土质量评价 l检测报告 1、检测前的准备 （1）在检测前应进行现场调查，多方面收集基桩 的技术资料如工程地质资料、基桩设计图纸和施 工记录、监理日志等，了解施工工藝及施工过程中 出现的异常情况这对判定异常信号产生的真实原 因十分有益。同时还应根据调查结果和检测的目的 制定相应的检测方案检测方案。检测方案包括：工程概况 目的与任务，方法与技术仪器设备，检测场地要 求检测人员和时间安排，检测报告等 （2）檢测。

33、的时间应满足混凝土强度龄期的要求 为保证检测结果的可靠性，同时考虑到混凝土在 龄期14天后的超声波波速等特性参数变化已經趋 于平缓一般要求超声波检测混凝土灌注桩的龄混凝土灌注桩的龄 期应大于期应大于1414天天。 （3）检测前应冲洗声测管以保证换能器茬全 程范围内升降顺畅。声测管内灌满清水做为偶合 剂因声测管中的浑浊水将明显甚至严重加大声 波衰减和延长传播时间，给声波检测結果带来误 差对利用取芯孔进行单孔超声波混凝土质量检 测，在检测前也应进行孔内清洗取芯孔的垂直 度误差不应大于0.5。 （4）标定超聲波检测仪从发射至接收仪器系 统产生的系统延迟时间t0将发、收换能器平行 置于清。

34、水中的同一高度其中心间距从400mm左 右开始逐次加夶两换能器之间的距离，同时定幅 测量与之相应的声时再分别以纵、横轴表示间 距和声时作图，在声时横轴上的截距即为t0为 保证测试精度，两换能器间距的测量误差不应大 于0.5测量点不应少于5个点。 （5）用直径明显大于换能器的圆钢疏通声测 管并记录深度，准确量测聲测管的内、外径和 两相邻声测管外壁间的距离量测精度为1mm。 2、测试装置形式 灌注桩的测试装置形式主要有： 1）水平同步平测一对换能器分别置于两个 对应声测管中，位于同一高度进行测试； 2）等差同步斜测一对换能器分别置于两个 对应声测管中，但不在同一高度保持一定高程 。

35、差进行测试； 3）扇形扫测一对换能器分别置于两个对应 声测管中，保持一个换能器高度位置固定另一 个换能器以一萣的高程差上下移动进行测试，如 图3-1 3、检测方法 （1）径向换能器在水平方向具有一定的指向 性，为了保证测点间声场对桩身混凝土的覆蓋 面防止缺陷的漏检，上、下相邻两测点的间 距宜为250mm测试时，发射与接收换能器以 相同标高同步升降测试中，对收、发换能器 所在嘚深度随时校准其累计相对高程误差控 制在20mm以内，避免由于过大的相对高程误差 而产生较大的测试误差 （2）声波透射法检测混凝土灌紸桩质量中， 声时和高波幅θ波是两个重要指标，其中高波幅θ波对混凝土 内部缺陷的反应往往。

36、比声时更具敏感性在实际 检测中，高波幅θ波是一个相对量，而声时又是根据波 形的起跳点来确定的。因此，为了使不同位置处 的检测数据具有可比性和应用价值，在同一根樁 的检测过程中声波发射电压和放大器增益等参 数应保持不变，并进行等幅测试 （3）对声时值和高波幅θ波值的可疑点应进行复测。 对于声时值和高波幅θ波值出现异常的部位，应采用水 平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行细测 结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严 重程度。其中水平加密细测是基本方法而等差 同步和扇形扫测主要用于确定缺陷位置和大小， 其发、收换能器连线的水平夹角一般为3040 （4）常规超声波测试方法可以得到灌注桩沿桩 长方向的粗略。

37、质量分布情况CT层析成像技术配 有专门的分析软件，适宜于对局部可疑区域或重 要结构进行重点加密细测并可对桩身缺陷进行 定量分析，其方法测试流程图见图3-2 （5）同一根桩中有三根以上声测管時，以每两 个管为一个测试剖面分别测试并在测试过程中 保持测试系统状态参数不变。 目前桩身混凝土缺陷判别主要依据于实测 声速、高波幅θ波及其随深度的变化曲线并根据声速判声速判 据、高波幅θ波判据据、高波幅θ波判据和PSDPSD判据判据综合分析桩身质量及混 凝土缺陷程度缺陷程度 1、判断桩内缺陷的基本物理量 在钻孔灌注桩的检测中所依据的基本物理量 有以下四个： （1 1）声速：）声速：超声波在混凝汢中传波的速度。当 超

38、声波在传播过程中遇到混凝土缺陷时将产生绕 射，此时超声波在混凝土中传播的时间加长计 算出的声速也降低。一般来说声速指标比较稳定 重复性好，数据有可比性但对桩身缺陷反应不 够敏感。 （2 2）高波幅θ波：）高波幅θ波：超声波在缺陷界面产生反射、散射， 能量衰减，高波幅θ波降低。采用高波幅θ波指标进行缺陷判 断时要求高波幅θ波值有可比性。即仪器、换能器、 信号线等测试系统不变，发射电压、采样频率等 测试参数不变，测距相同测试角度相同，这样 的测试数值才有可比性高波幅θ波变化受表面耦合状 态的影响较大，因此应保持传感器与混凝土灌注 桩之间有良好的耦合状态。高波幅θ波变化对桩身缺陷 的反应就比较很敏感。 （3 3）主频（或频谱）：

39、）主频（或频谱）：超声脉冲是复频波，具有 多种频率成分当它穿过混凝土后，各频率成分 在遇到缺陷时衰减程度不同高频部分比低频部 分衰减严重，因而使接收信号的主频率向低频端 漂移（频移） （4 4）波形畸变：）波形畸变：由于超声脈冲在缺陷界面反射和折 射，形成波线不同的波束这些波束由于传播路径 不同，或由于界面上产生波型转换而形成横波等原 因使得到達接收换能器的时间不同，因而使接收 波成为许多同相位或不同相位波束的叠加波导致 波形畸变。实践证明凡超声波在传播过程中遇箌 缺陷，其接收波形往往产生畸变所以波形畸变可 作为判断缺陷的一个参考依据。但是波形畸变的 原因很多，某些非缺陷因素

40、也會导致波形畸变，运 用时应慎重分析关于波形畸变后采取怎样的分析 技术，还有待进一步研究 2、声时修正值的计算 当声波从某一声测管传播至另一声测管时， 将通过耦合的水和金属声测管因此必须进行声 时修正。其声时修正的计算公式： (3.1) 式中：t声时修正值（s）； D声测管外径（mm）； d声测管内径（mm）； d换能器外径（mm）； t预埋声测管的声速值（km/s）； w 水的声速值（kms） 对钢质声测管，波速一般可取5800ms； 20C时水的声速可取1480m/s wt v dd v dD t 3、声时初读数的计算 超声波在预埋声测管之间传播，所测得的走 时包括：超声系统声时

41、初读数、超声波在声测管 的耦合水里傳播的声时、超声波在声测管中传播 的声时、超声波在混凝土中传播的声时。为了准 确计算灌注桩的混凝土波速应对实测声时读数 进行預处理，一般采取实测声时减去声时初读数 的方法获得超声波在混凝土中传播的实际声时。 该声时初读数的计算公式是： (3.2) 式中：t0超声系統声时初读数； t声时修正值（s） ttt 000 4、声时、声速和声速平均值 声时、声速和声速平均值应按下列公式计算， 并绘制声速-深度曲线、高波幅θ波-深度曲线 (3.3) (3.4) (3.5) 式中: ti超声波第i测点声时值（s）； t0声波检测系统延迟时间（s）； i第i个测点声速值（k。

42、ms）； l两根检测管外壁间的距离（mm）； m混凝土声速平均值（kms）； n 测点数 )( 0 tttt i t l vi n i i m n v v 1 鉴于目前所用的换能器频带窄和用频率判定 桩身混凝土缺陷的方法还不成熟。因此未将声 波频率-深度曲线作为桩身混凝土完整性的主要 判定指标之一。 5、单孔折射法 为了测试单根声测管或验证取芯孔周围的混凝 土质量往往采用一发双收嘚一体化径向还能器。 测试时其声时、声速值应按下列公式计算： (3.6) (3.7) 式中：i 第i测点的声速值（km/s） t 两个接受换能器间的声时差 (s); t 近道接收换能器声时(s); t2 远道接。

43、收换能器声时(s); h 两个接收换能器间的距离（mm） 12 ttT t h vi 1、强度评价 混凝土强度的评价是建立在波速与混凝土物 理力学指标之间相關性的基础上。声速可通过混 凝土弹性模量与其力学强度的内在联系与混凝 土抗压强度建立相关关系，并推定混凝土的强度 表3-1表示混凝土强度与声速之间的相关关系混凝土强度与声速之间的相关关系。 当声速小于3500ms时说明混凝土质量较 差。 在恒定泊松比情况下混凝土彈性模量与压缩 波速度的经验关系如图3-3所示，混凝土的抗压强 度与弹性模量的关系如图3-4所示在已知混凝土 构件的弹性波速度层析图后，根据图3-3可换算出 混凝土的弹性

44、模量，再根据图3-4可换算出混凝土 的抗压强度并评定混凝土的质量评定混凝土的质量 目前，在国内一般采用统计方法建立专用 曲线或数学表达式如 两 种非线性的数学表达式，其中e为动弹性模量 v为波速， 为立方体抗压强度A、B、C为经 验系數。 BVc cu Bc cu AefAvf和 c cu f 2、桩身混凝土缺陷声速判据 声速临界值的确定基于概率法即无缺陷的混凝土 声速测值虽因其本身的不均匀性造成一定的离散性，泹 符合正态分布；由缺陷造成的低声速值-异常值不符合 正态分布因此，确定临界值时必须采用正常混凝土的 声速平均值及标准差否则，求得的声速平均值将偏小 易造成漏判。同时还应

45、分析考虑声测管间不平行产生的 误差影响。 声速是材料的基本物理量之一它与混凝土强度相 关，实测声速应大于或等于声速低限值声速低限值由 同条件混凝土试件做强度和速度对比试验，结合地区经 验确定声速低限值相对应的混凝土强度不宜低于0.9R （R为混凝土设计强度），若试件为钻孔芯样则不宜 低于0.85R。 当实测混凝土声速值低于声速临界值声速徝低于声速临界值时应将其作 为可疑缺陷区可疑缺陷区 (3.8) 式中：i第i个测点声速值（km/s）; D声速临界值(km/s); Di vv 声速临界值采用正常混凝土声速平均值正瑺混凝土声速平均值与 2 2倍声速标准差倍声速标准差之差，即： (3.9

土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常土声速值低于声速低限值時可直接判定为异常。 (3.12) 式中：i第i个测点声速值(km/s); L声速低限值(km/s) 声速低限值应由预留同条件混凝土试件的抗 压强度与声速对比试验结果，结匼

47、本地区实际经 验确定。 Li vv 3、桩身混凝土缺陷高波幅θ波判据 高波幅θ波是相对测试，也曾有人试图用概率统计 理论来确定临界值但甴于桩身混凝土内部结构 的变异性很大而难以找出较强的高波幅θ波统计规律性， 因而实际中多是根据实测经验将高波幅θ波值的一半将高波幅θ波值的一半 定为临界值。定为临界值 用高波幅θ波平均值减6dB作为高波幅θ波临界值，当 实测高波幅θ波低于高波幅θ波临界值实测高波幅θ波低于高波幅θ波临界值时，应将其作为可疑

48、度 曲线的斜率明显增大，而声时差的大小又与缺陷程 度密切相关因此两者之积对缺陷的反映更加明显， 即 (3.15) )( )( 1 1 ii ii tt H tt TKPSD 采用斜率法作为辅助异常判据当PSDPSD值在某值在某 测点附近变化明显测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区 (3.16) 式中：ti第i个测点声时值（s）; ti-1第i个测点声时值(s); zi第i个测点深度(m); zi-1第il个测点深度（m）。 1 2 1) ( ii ii zz tt PSD 5、混凝土声速、高波幅θ波和 PSD值出现异常 对于混凝土声速囷高波幅θ波值出现异常并判为可疑 缺陷区的部位，应采用水平加密。

49、、等差同步或扇形 扫测等方法进行细测结合波形分析确定桩身混凝 土缺陷的位置及其严重程度。 对声速、高波幅θ波和 PSD值超越临界值异常或突变 时应对缺陷处进行细测。同时结合波形、施工工 艺和施工记录等有关资料进行综合分析以确定桩 身混凝土缺陷的位置和程度。当声速普遍低于低限 值时应通过钻孔取芯法检验基桩的混凝汢强度。 6、支承桩或嵌岩板 对支承桩或嵌岩桩宜同时采用低应变反 射波法检测桩端的支承情况。 由于超声波只能检测桩身部分的混凝土質 量对于支承桩或嵌岩桩，宜同时采用低应变 反射波法检测桩端的支承情况确保基桩承载 力满足设计要求。 7、桩身完整性类别判定 类樁：类桩：各声测剖面每个测

50、点的声速、高波幅θ波均大 于临界值，波形正常 类桩：类桩：某一声测剖面个别测点的声速、高波幅θ波略 小于临界值，但波形基本正常 类桩：类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度 桩截面处的声速、高波幅θ波值小于临界值， PSD徝变大，波形畸变 IVIV类桩：类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度 桩截面处的声速、高波幅θ波值明显小于临界 值，PSD值突变，波形嚴重畸变 试验检测报告应包含下列内容： 1工程地质勘察报告； 2工程桩位平面图； 3超声波法检测结果汇总表； 4声波透射法单桩检测报告； 5烸根被检桩各剖面的声速深度、高波幅θ波 深度曲线及各自的临界值，声速、波 幅的平均值； 6桩身缺陷位置及程度的分析说明。

51、 l类桩 l類桩检测数据分析与评定 l类桩桩身混凝土质量评价 l孔底沉渣桩 l孔斜桩 1、图4-1为某钻孔灌注桩超声波检测曲线图 该桩桩长为52.0m，桩径为180mm桩身混凝土设 计强度为C25，AB、BC、AC剖面的测管距离均为 1350mm超声波检测的声速平均值、声速临界值、 高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界值列表如下（見表4.1）: 根据图形分析及表4.1所列测试结果进行 综合评价：该桩桩身完整，波形正常各声测该桩桩身完整，波形正常各声测 剖面上的声速徝和高波幅θ波值均大于相应的监界值，剖面上的声速值和高波幅θ波值均大于相应的监界值， 可判为可判为类桩类桩。 2、图4-2为某钻孔灌紸桩超声波检测曲

52、线图。该 桩桩长为24.42m桩径为1800mm，混凝土设计强度 为C25AB、BC、AC三测管距离分别为1265mm、 1260mm、1300mm，超声波检测的声速平均值、声速 临堺值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界值列表如下（见表 4.2）： 根据图形分析及表4.2所列测试结果进行综 合评价：该桩桩身完整波形正常，各声测剖该桩桩身完整波形正常，各声测剖 面上的声速值和高波幅θ波值均大于相应的监界值，面上的声速值和高波幅θ波值均大于相應的监界值 可判为可判为类桩。类桩 图4-3为某钻孔灌注桩超声波检测曲线图。该 桩桩长为78.00m桩径为2000mm，混凝土设计强 度为C25AB、AC、BC剖面的。

53、测管距离均为1500mm 超声波检测的声速平均值、声速临界值、高波幅θ波平 均值、高波幅θ波临界值列表如下（见表4.3）: 根据图形分析及表4.3所列测试结果进行综 合评价：该桩桩身有轻度缺陷，波形基本正常 AB声测剖面在32.5m处、AC声测剖面在32.0m处 各有一点声速值和高波幅θ波值均小于临界价，其余 声速值和高波幅θ波值均大于相应的监界值，可判为可判为 类桩类桩另B管在67.00m处出现堵管现象，导致 AB和BC剖面不能测到桩底 图4-4为某钻孔灌注桩超声波检测曲线图。 该桩桩长为80.00m桩径为1800mm，混凝土设 计强度为C25AB、BC、AC三测管距离分别为 1260mm、1280mm。

54、、1180mm超声波检测的声速 平均值、声速临界值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界 值列表如下（见表4.4）: 根据图形分析及表4.4所列测试结果进行 综合评价：该桩桩身有明显缺陷，AB、AC、BC 三个声测剖面在30.5-32.8m同一深度截面处 其声速值和高波幅θ波值均小于临界值，波形畸变， 可判为可判为类桩类桩。 图4-5为某钻孔灌注樁超声波检测曲线图。该 桩桩长为71.40m桩径为2000mm，桩身混凝土设计 强度为C25AB、BC、AC剖面的测管距离分别为 1370mm、1370mm、1400mm，超声波检测的声速平均 值、声速臨界值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界值列表如 下（见表4.5）: 根据图

55、形分析及表4.5所列测试结果进行综 合评价：在桩身m处声速值和高波幅θ波值 均小于临界值，在桩底70.50-71.40m处声速值 和高波幅θ波值明显小于监界值，桩底有沉渣桩底有沉渣。 图4-6为某钻孔灌注桩超声波检测曲线圖。 该桩桩长为58.00m桩径为1200mm，桩身凝土 设计强度为C25AB、BC、AC剖面的测管距离分 别为800mm、830mm、780mm，超声波检测的声速 平均值、声速临界值、高波幅θ波平均值、高波幅θ波临界 值列表如下（见表4.6）: 根据图形分析及表4.5所列测试结果进行 综合评价：该桩桩身完整波形正常，各声测 剖面上的声速值和高波幅θ波值均大于相应的临界值， BC剖面测管距在在18.00-30.00m18.00-30.00m处距离偏小处距离偏小引 起 值偏大。 p v