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第1章 检测声学的理论基础1

1.1 概述1

1.2 机械振动1

1.2.1 质点的机械振动1

1.2.2 简单机械振动系统2

1.3 超声波在流体中的传播规律4

1.3.1 超声波与超声场的基本物理量4

1.4 超声波在固体均匀介质中的传播规律5

1.4.1 应力与应变、广义胡克定律5

1.4.2 弹性介质的运动方程和波动方程9

1.4.3 超声波在界面上的反射和折射12

1.4.4 瑞利表面波17

1.4.5 有界固体中导波19

第2章 超声和声波检测仪器30

2.1 概述30

2.2 非金属超声波、声波（透射法和折射法）检测仪器30

2.2.1 非金属超声波和声波透射法检测仪器的发展概述30

2.2.2 超声波（声波）检测仪器的功能和配用的换能器31

2.2.3 模拟型超声波检测仪工作原理概述32

2.2.4 数字化超声波检测仪器的发展与现状33

2.3 声波反射法基桩完整性检测仪42

2.3.1 声波反射法检测仪的功能与基本组成42

2.3.2 声波反射法基桩完整性检测仪工作原理42

2.3.3 声波反射法检测桩身完整性的技巧与关键43

2.3.4 反射法基桩完整性检测仪的技术指标46

2.3.5 基桩完整性检测仪信号处理47

2.3.6 基桩完整性检测仪的机外处理软件功能47

2.3.7 国内外主要基桩完整性检测仪概况48

2.4 大功率振源及其应用48

2.4.1 锤击振源48

2.4.2 电火花振源49

2.5 超声波钻孔孔径、孔斜检测仪简介49

2.6 金属超声波探伤仪50

2.6.1 金属超声探伤仪的基本组成50

2.6.2 金属超声探伤仪的发射电路51

2.6.3 金属超声探伤仪的接收方式52

2.6.4 超声金属探伤仪的数据采集、存储与显示53

2.6.5 数字化金属超声探伤仪的功能及技术指标53

第3章 检测换能器55

3.1 概述55

3.2 压电超声换能器55

3.2.1 压电材料和压电效应55

3.2.2 压电方程和压电参数57

3.2.3 压电陶瓷振子的振动模式58

3.3 检测用超声换能器59

3.3.1 超声换能器的主要性能指标59

3.3.2 对超声换能器的性能控制60

3.3.3 金属探伤用超声换能器62

3.3.4 岩石、混凝土检测用超声换能器65

3.3.5 岩石、混凝土检测用宽带换能器68

3.3.6 压电复合换能器70

3.3.7 检测用横波换能器72

3.3.8 超磁致伸缩换能器74

第4章 建筑钢结构超声检测技术77

4.1 概述77

4.2 钢板的超声检测77

4.2.1 钢板中常见的缺陷类型77

4.2.2 钢板探伤方法77

4.3 钢管的超声检测81

4.3.1 管材中常见的缺陷81

4.3.2 小口径管的探伤方法82

4.3.3 厚壁钢管的探伤方法84

4.3.4 大口径焊接管的探伤方法84

4.4 锻件的超声检测方法85

4.4.1 锻件的制造工艺85

4.4.2 锻钢件中的常见缺陷85

4.4.3 轴类锻件的探伤方法86

4.4.4 锻件探伤的缺陷定量88

4.5 铸件的超声检测90

4.5.1 铸件中常见的缺陷90

4.5.2 铸件的探伤方法90

4.5.3 铸钢件的缺陷评判91

4.6 焊缝的超声检测93

4.6.1 焊接工艺特点93

4.6.2 焊接缺陷的种类93

4.6.3 平板对接焊缝的超声波探伤方法94

4.6.4 缺陷的评判100

4.6.5 其他结构焊缝的超声波探伤方法101

4.6.6 焊缝超声波探伤定位102

第5章 结构混凝土强度的非破损检测110

5.1 回弹法检测结构混凝土的抗压强度110

5.1.1 概述110

5.1.2 回弹法的基本原理110

5.1.3 回弹仪的类型111

5.1.4 回弹值的测量114

5.1.5 影响f—R关系的主要因素115

5.1.6 结构或构件混凝土强度的推定118

5.2 超声法检测混凝土强度119

5.2.1 概述119

5.2.2 超声法检测混凝土强度的主要影响因素121

5.2.3 声速换算法128

5.2.4 超声法检测与推定结构混凝土强度130

5.3 超声回弹综合法检测混凝土强度131

5.3.1 综合法和综合指标的选择131

5.3.2 超声—回弹综合法的基本依据132

5.3.3 影响f-V-R关系的主要因素132

5.3.4 超声回弹综合法检测134

5.3.5 结构或构件混凝土抗压强度的推定134

5.4 建立回弹法、超声法、超声回弹综合法检测混凝土强度的曲线136

5.4.1 综述136

5.4.2 试件回弹值、超声声速值的测试步骤136

第6章 混凝土内部缺陷超声检测技术139

6.1 概述139

6.1.1 混凝土缺陷超声波检测技术的规程139

6.1.2 超声法检测混凝土缺陷的概念139

6.1.3 超声法检测混凝土缺陷的原理140

6.1.4 混凝土缺陷检测的意义140

6.1.5 超声法检测混凝土缺陷的基本方法140

6.1.6 超声法检测混凝土缺陷的主要影响因素141

6.2 混凝土裂缝深度检测142

6.2.1 单面平测法142

6.2.2 双面斜测法145

6.2.3 钻孔对测法145

6.2.4 检测实例148

6.3 不密实区和空洞检测149

6.3.1 概念及适应范围149

6.3.2 测试方法149

6.3.3 数据处理及判断151

6.3.4 检测计算实例153

6.3.5 混凝土内部空洞尺寸估算154

6.4 混凝土结合面质量检测157

6.4.1 定义及检测前的准备157

6.4.2 测试方法158

6.4.3 数据处理及判断158

6.5 混凝土损伤层检测159

6.5.1 概念和基本原理159

6.5.2 测试方法160

6.5.3 数据处理及判断160

6.6 混凝土均质性检测161

6.6.1 概念161

6.6.2 测试方法162

6.6.3 计算和分析162

6.7 钢管混凝土质量检测163

6.7.1 概述163

6.7.2 缺陷判断164

6.7.3 适用方法165

第7章 桩基无损检测技术172

7.1 概述172

7.1.1 工程桩分类及桩的施工概述172

7.1.2 工程桩可能出现的缺陷及其类型172

7.1.3 工程桩桩身完整性检测的声学检测方法172

7.2 声波透射法检测桩身完整性173

7.2.1 声波透射法的声学检测原理173

7.2.2 检测仪器与设备概述175

7.2.3 现场检测方法与技术177

7.2.4 声波透射法判断桩身缺陷的方法与原则178

7.2.5 我国现行检测规范、规程对声波透射法检测的要求180

7.2.6 声波透射法的优势与不足181

7.2.7 桩身缺陷的分析与推断必须掌握桩制造过程的相关资料183

7.2.8 工程实例184

7.2.9 声波透射法的优点与不足186

7.3 反射波法检测工程桩完整性187

7.3.1 桩身内声波的传播理论187

7.3.2 反射波法的基本原理188

7.3.3 桩土体系内声波的传播规律190

7.3.4 检测仪器与设备194

7.3.5 反射波法的现场检测技术要点194

7.3.6 反射波的信号处理196

7.3.7 反射波法的频域解释197

7.3.8 桩身缺陷的分析与推断必须掌握桩制作过程的相关资料198

7.3.9 反射法检测基桩完整性存在的不足之处199

7.4 基桩倾斜度检测技术概述199

第8章 冲击回波法检测混凝土内部缺陷及厚度201

8.1 概述201

8.2 测试原理202

8.3 试验装置及试验流程203

8.3.1 产生冲击203

8.3.2 冲击点与接收器间的距离204

8.3.3 被测体的声速值204

8.3.4 接收信号205

8.3.5 采集波形205

8.3.6 频谱分析及计算205

8.3.7 绘图打印205

8.4 波形采集及采样参数205

8.4.1 波形采集及分析205

8.4.2 采样参数206

8.5 试验及应用207

8.5.1 南京水利科学研究院的研究及应用207

8.5.2 国外一些试验研究情况208

8.6 测试技术的最新发展——扫描式冲击回波测试系统215

8.6.1 扫描式冲击回波系统简介215

8.6.2 工程应用218

8.7 结语219

第9章 岩体声波检测技术221

9.1 概述221

9.1.1 岩体声波检测技术的进展概述221

9.1.2 岩体声波检测使用的频率221

9.2 声波在岩体中的传播规律222

9.2.1 岩体的声速222

9.2.2 岩体中声波的反射、折射及波型转换223

9.2.3 岩体中声波的传播与岩体结构关系224

9.2.4 岩体中声波的绕射及散射225

9.2.5 岩体中声波的波幅衰减规律225

9.2.6 岩体中声波发射的频率与接收信号的频率226

9.2.7 声发射现象与凯萨效应226

9.3 岩体性状与声波传播速度间的相关性227

9.3.1 声速与弹性力学参数227

9.3.2 用Vp/Vs评价岩体质量227

9.3.3 声速与岩体完整性指数228

9.3.4 声速与岩性228

9.3.5 声速与岩体风化228

9.3.6 声速与岩体的裂隙229

9.3.7 声速与岩体结构的关系229

9.3.8 声速与地应力229

9.4 岩体声波检测的发射与接收设备概述230

9.4.1 声波的发射231

9.4.2 声波的接收231

9.4.3 放大及数据采集231

9.4.4 被动式声波检测231

9.5 岩体声波的检测方法231

9.5.1 现场检测231

9.6 岩体声波检测的信号处理239

9.7 几个重大特殊工程声波检测实例239

9.7.1 长江三峡链子崖隐伏裂缝的声波检测239

9.7.2 深圳声波岩体软弱层及破碎带声波探测240

9.7.3 广和大桥跨孔声波成像岩溶探测240

9.7.4 三峡库区迁建城镇岩崩堆积体灌浆补强效果声波检测241

9.7.5 危岩锚固钻孔内裂缝及裂缝密集带声波检测242

第10章 混凝土检测中信号处理技术244

10.1 概述244

10.2 混沌优化神经网络模型在混凝土强度无损检测中的应用244

10.2.1 混沌优化神经网络244

10.2.2 网络模型构造245

10.2.3 实例计算246

10.3 用信号分析技术检测材料的声速和衰减247

10.3.1 脉冲回波信号分析技术247

10.3.2 材料超声波衰减品质因素Q的测量原理248

10.3.3 试验与结果分析249

10.4 利用模糊神经网络识别墙体材料的种类251

10.4.1 墙体材料与声学参数的关系251

10.4.2 模糊分析方法简介252

10.4.3 人工神经网络简介252

10.4.4 模糊方法和神经网络的结合253

10.4.5 数据处理254

10.4.6 试验结果255

10.5 小波变换及其在混凝土厚度检测中应用255

10.5.1 连续小波变换255

10.5.2 离散小波变换256

10.5.3 混凝土厚度的超声反射信号的小波分析258

10.6 混凝土厚度的超声反射信号的分离谱处理方法260

10.6.1 原理260

10.6.2 混凝土路面厚度检测中模型分析261

10.6.3 试验结果264

第11章 弹性波CT技术266

11.1 CT技术概述266

11.2 CT成像基本原理266

11.2.1 射线CT数学原理267

11.2.2 变换重建法267

11.2.3 级数展开法267

11.2.4 衍射及散射CT简介268

11.3 弹性波CT方法技术269

11.3.1 射线追踪技术269

11.3.2 射线波速CT271

11.3.3 衰减系数CT272

11.4 软件设计与应用实例273

11.4.1 软件设计与系统结构273

11.4.2 观测系统与成像精度274

11.4.3 应用实例274

第12章 声发射检测技术276

12.1 概述276

12.1.1 声发射检测特点276

12.1.2 声发射应用范围276

12.2 声发射检测原理277

12.2.1 声发射源277

12.2.2 凯塞效应和费利西蒂效应277

12.3 声发射检测仪器277

12.3.1 声发射检测仪器的类型277

12.3.2 单通道声发射仪279

12.3.3 多通道声发射系统279

12.3.4 声发射传感器279

12.3.5 传感器灵敏度校准方法282

12.4 声发射检测方法283

12.4.1 声发射信号的基本特征283

12.4.2 声发射信号的表征参数284

12.4.3 声发射信号的检测与处理284

12.4.4 声发射源定位技术287

12.5 声发射技术在混凝土工程检测中应用289

12.5.1 混凝土声发射技术研究综述289

12.5.2 声发射技术在混凝土损伤检测中应用291

第13章 面波检测技术294

13.1 概述294

13.2 面波检测技术原理与概念296

13.2.1 面波测深原理要点296

13.2.2 时间距离域中的面波297

13.2.3 频率波数域中的面波300

13.2.4 面波频散特征和地层结构304

13.2.5 面波震源和数据采集设备310

13.3 多道瞬态面波检测技术312

13.3.1 仪器设备312

13.3.2 现场工作方法313

13.3.3 数据处理系统319

13.4 多道瞬态面波勘察与检测技术的工程应用323

13.4.1 覆盖层层序勘察323

13.4.2 基岩风化分带勘察326

13.4.3 地下空洞与埋置物调查327

13.4.4 滑坡与边坡勘察328

13.4.5 回填地基勘察331

13.4.6 地基加固效果的检查332

13.4.7 隧道勘察334

第14章 声波测井技术335

14.1 概述335

14.2 单极子源激发的井孔声场336

14.2.1 弹性地层井中点声源激发的声场336

14.2.2 阵列声测井信号处理及应用343

14.3 多极子声源声测井345

14.3.1 多极子源激发的井孔声场345

14.3.2 信号处理及应用347

14.4 井周超声扫描成像测井349

14.4.1 井周超声扫描成像测井仪器及探头349

14.4.2 回波成像基本方法与类型350

14.4.3 径向分层介质层间缺陷检测350

第15章 公路工程的无损检测技术353

15.1 概述353

15.2 超声波检测混凝土路面厚度353

15.2.1 超声测厚原理354

15.2.2 超声测厚仪355

15.2.3 换能器设计355

15.2.4 模拟实验和现场实际检测应用356

15.3 混凝土路面抗弯强度检测357

15.3.1 检测原理357

15.3.2 检测方法357

15.3.3 应用实例359

15.4 混凝土路面弹性参数的超声检测360

15.4.1 检测原理360

15.4.2 工程应用361

15.5 冲击回波法检测路面混凝土缺陷与厚度362

15.5.1 冲击回波方法原理362

15.5.2 实验模型与仪器362

15.5.3 实验与现场应用363

15.6 瞬态瑞利波法在公路工程中应用364

15.6.1 概述364

15.6.2 瞬态瑞利波法的原理365

15.6.3 实际工程应用367

第16章 桥梁无损检测369

16.1 概述369

16.2 桥梁上部结构无损检测371

16.2.1 钢桥371

16.2.2 索结构372

16.2.3 预应力混凝土梁、钢筋混凝土梁和钢管混凝土376

16.2.4 混凝土桥面板382

16.2.5 桥梁上部结构承载能力评估384

16.3 桥梁下部结构无损检测385

16.3.1 平行地震PS（Paralle Seismic）法385

16.3.2 超声地震US（UltraSeismic）法386

第17章 隧道工程无损检测技术388

17.1 概述388

17.2 隧道围岩特性的声波检测388

17.2.1 隧道围岩无损检测概况388

17.2.2 围岩松弛带的声波检测388

17.2.3 围岩分级指标的声波检测391

17.3 隧道支护施工质量的无损检测392

17.3.1 检测内容及检测目的392

17.3.2 围岩注浆加固效果的声波检测393

17.3.3 锚杆长度和饱满度的检测395

17.3.4 锚杆长度和饱满度检测的应用实例396

17.3.5 数据分析397

17.4 隧道衬砌施工质量的无损检测398

17.4.1 检测内容398

17.4.2 衬砌混凝土厚度及背后空洞的雷达检测398

17.4.3 衬砌混凝土强度的超声回弹综合法无损检测405

第18章 弹性波无损检测在水利水电工程中的应用408

18.1 概述408

18.2 岩体动力弹性参数的测试、动静对比409

18.2.1 岩体动力弹性参数的测试及计算409

18.2.2 动静弹模对比及其若干研究成果410

18.2.3 动静对比研究应遵循的基本条件412

18.3 水利水电工程岩石质量分级及国标《工程岩体分级标准》412

18.3.1 用波速及其组合参数的岩体分类412

18.3.2 国标《工程岩体分级标准》415

18.3.3 国标《工程岩体分级标准》的工程应用实例417

18.4 大坝建基岩体质量检测，坝基验收标准422

18.4.1 大坝建基岩体质量的弹性波检测422

18.4.2 三峡工程大坝建基岩面选择验收标准的研究423

18.5 水工洞室围岩松弛圈的测定425

18.6 长江三峡高边坡开挖施工期松弛范围的声波监测425

18.6.1 监测布置425

18.6.2 松弛厚度划分依据426

18.6.3 边坡岩体开挖松弛厚度实时监测结果426

18.6.4 岩体卸荷松弛范围的声波长期观测结果427

18.7 弹性波CT层析成像及其反演技术428

18.8 爆破影响范围的声波检测430

18.8.1 预裂爆破效果的声波检测430

18.8.2 爆破对基岩影响范围的声波检测431

18.9 岩石锚杆质量声波无损检测432

18.9.1 锚杆质量检测评价参数432

18.9.2 锚杆质量声波无损检测方法432

18.9.3 锚杆质量声波无损检测数据处理433

18.9.4 应用实例［19］434

第19章 木材无损检测技术437

19.1 概述437

19.2 X射线技术在木材无损检测中应用437

19.2.1 X射线检测原理和方法438

19.2.2 X射线强度直接计数法检测木材生长轮密度438

19.2.3 X射线计算机层析成像（CT）技术440

19.3 超声检测技术在木材中应用442

19.3.1 概况442

19.3.2 超声检测木材缺陷的依据442

19.3.3 超声波检测木材力学性能443

19.3.4 声发射技术在木材中应用444

19.4 应力波法检测木材力学性能446

19.4.1 概况446

19.4.2 木材动态弹性模量检测原理447

19.4.3 应用实例448

19.5 近红外光谱分析技术在木材工业中的应用450

19.5.1 检测原理450

19.5.2 在制浆造纸中的应用450

19.5.3 在木材性质予测中应用451

19.5.4 在木材加工利用及木质复合材料中应用451

第20章 红外成像无损检测技术453

20.1 概述453

20.2 红外检测技术基本原理453

20.2.1 红外线及检测依据453

20.2.2 红外线辐射特性455

20.3 红外成像仪462

20.3.1 红外成像仪工作原理462

20.3.2 红外成像仪组成系统与特牲分析462

20.3.3 热像仪选用467

20.4 适用范围469

20.4.1 建筑节能中的应用469

20.4.2 建筑物外墙剥离层的检测470

20.4.3 饰面砖粘贴质量大面积安全扫测470

20.4.4 玻璃幕墙、门窗保温隔热性、防渗漏的检测471

20.4.5 墙面、屋面渗漏的检查471

20.4.6 结构混凝土火灾受损、冻融冻坏的红外检测技术472

20.4.7 其他方面472

20.5 红外成像影响因素与摄像条件选择472

20.5.1 红外成像影响因素472

20.5.2 摄像条件选择473

20.5.3 拍摄热像方法474

20.5.4 热像图二次处理475

20.6 建筑工程红外成像诊断的步骤476

20.6.1 调查建筑物的情况477

20.6.2 根据墙面的朝向选择最佳的拍摄时间477

20.6.3 辅以敲击法作局部复核477

20.6.4 大墙面分区拍摄和合拼等处理477

20.6.5 进行红外诊断的流程图477

第21章 工程雷达检测技术479

21.1 概述479

21.1.1 工程雷达的基本原理479

21.1.2 工程雷达检测的特点479

21.1.3 工程雷达检测技术在土木工程中的应用479

21.2 工程雷达检测原理480

21.2.1 工程介质中电磁波的传播480

21.2.2 电磁波在介质中的传播速度481

21.2.3 电磁波在介质中的吸收特性481

21.2.4 工程介质的电磁学特性481

21.2.5 电磁波在两种不同介质交界面上的传播特性482

21.3 工程雷达仪器484

21.3.1 工程雷达仪器组成与结构484

21.3.2 国内外工程雷达介绍484

21.4 工程雷达的主要技术性能486

21.4.1 雷达的分辨率486

21.4.2 雷达的探测深度487

21.5 雷达的现场检测487

21.5.1 探测目标体与环境条件487

21.5.2 雷达检测中的干扰因素与图像特征488

21.5.3 测线的布置原则489

21.5.4 测试方式490

21.5.5 测量参数的选择490

21.5.6 电磁波速的估计和标定方法491

21.6 雷达信号处理技术491

21.6.1 数字滤波492

21.6.2 反褶织492

21.6.3 偏移归位技术492

21.6.4 图像增强技术［1］492

21.7 雷达资料解释493

21.7.1 雷达资料的解释方法493

21.7.2 目标波组初始（又称初动）相位识别的基本要点493

21.7.3 雷达在工程中应用实例和雷达图像特征494

第22章 混凝土中钢筋检测技术499

22.1 概述499

22.1.1 钢筋在混凝土结构中的作用499

22.1.2 钢筋混凝土主要用钢类型499

22.1.3 混凝土结构对钢筋性能的要求500

22.1.4 混凝土中钢筋检测技术和检测仪器的发展及相关技术标准500

22.2 电磁感应法检测钢筋位置、间距、保护层厚度和钢筋直径501

22.2.1 重要性501

22.2.2 对检测误差的要求501

22.2.3 电磁感应法检测原理502

22.2.4 钢筋位置测定仪器介绍503

22.2.5 影响钢筋检测的因素和注意事项505

22.2.6 检测技术方法506

22.3 雷达法检测混凝土中的钢筋508

22.3.1 雷达法检测原理与特点508

22.3.2 检测方法509

22.4 钢筋锈蚀程度检测509

22.4.1 钢筋的锈蚀与混凝土的耐久性509

22.4.2 钢筋锈蚀的机理509

22.4.3 钢筋锈蚀的无损检测方法511

22.4.4 综合分析法511

22.4.5 物理方法检测钢筋锈蚀512

22.4.6 电化学方法检测钢筋锈蚀514