Ультразвуковой томограф А1040М ПОЛИГОН
является многофункциональным устройством, обеспечивающим решение задач неразрушающего контроля бетона с использованием низкочастотного (20 –100 кГц) ультразвукового диапазона и томографических методов обработки сигналов.
Он предназначен для визуализации внутренней структуры изделий и конструкций из железобетона и камня при одностороннем доступе к ним сцелью поиска инородных включений, пустот и трещин внутри этихм атериалов, а также определения состояния силовой арматуры в железобетоне.
Преимущества
Визуализация внутренней структуры практически в режиме реального времени для более простой интерпретации результатов контроля.Фокусирующая антенная решетка из 40 элементов – лучшее разрешение и повышенная чувствительность системы, при этом обеспечивается фокусировка в каждой точке полупространства.
Автоматическая калибровка на объекте с 8 позиций: измерение средней скорости прохождения ультразвука и компенсация поверхностной SH-волны, что обеспечивает более чистый образ в ближней зоне.
Томографическая обработка данных (САФТ- алгорит)
Особенности
сухой акустический контакт;
контроль эхо-методом при одностороннем доступе к объекту;
адаптация антенного устройства к неровностям поверхности контроля.
Описание системы
Функционально прибор состоит из 10 измерительных блоков, объединенных в фокусирующую решетку, блока контроллера и интерфейсного блока, принимающего и обрабатывающего сигналы.
Каждый измерительный блок состоит из 4-х низкочастотных широкополосных преобразователей поперечных волн с сухим точечным контактом (СТК) икерамическими износостойкими наконечниками, что обеспечивает их продолжительное использование по грубым поверхностям.
Каждый преобразователь имеет независимый пружинный прижим, что позволяет проводить измерения по неровным поверхностям. Номинальная частота каждого преобразователя 50 кГц.
Процесс сбора данных в одной позиции антенной решетки
Массив данных собирается путем аккумуляции данных со всеx пар измерительных блоков решетки. Принимаемые томографической решеткой сигналы обрабатываются контрольным блоком и передаются на внешний компьютер, где с помощью специализированного программного обеспечения синтезируется образ сечения внутренней структуры объекта. Данный метод сбора данных обеспечивает фокусировку в каждой точке полупространства. Время сбора данных и вывода на экран образа сечения в одной позиции – 3 сек.
Рис. 3. Процесс сбора данных
Представление данных на экране ПК
Рис. 5. Отображение В, С, D-сканов
Рис. 5. Отображение В, С, D-сканов
Отображение в образе В, С, D-сканов
Координаты дефектов и уровень сигналов в любой точке реконструированного образа
Пороговая и сглаживающая фильтрация трехмерного образа и томограммы
Различные цветовые гаммы для отображения реконструируемого образа в томограммах
Наличие измерительных инструментов
Ручная и автоматическая пороговая обработка образа
Выбор образа для отображения по 3D реконструируемому объему
Сохранение исходного массива данных с параметрами контроля
Рис. 6. 3D - окно
Рис. 7. Окно "Лупа"
Рис. 8. График вдоль линии.
Режимы работы
Режим «КАЛИБРОВКА»
Режим «Калибровка» предназначен для настройки прибора на физические свойств аматериала ОК: скорость УЗ и уровень усиления. Любую работу с томографомна новом ОК всегда следует начинать с этого режима. Также в процессе калибровки происходит компенсация поверхностной SH-волны, что вдальнейшем обеспечивает более чистый образ в ближней зоне.
Режим «ОБЗОР»
Режим предназначен для оперативного просмотра внутренней структуры ОК впроизвольных местах. Работа в этом режиме состоит в том, что пользователь ставит АУ интересующее его место ОК и получает на экранерезультат в виде построенного изображения «B-среза».
Режим «СБОР»
Режим предназначен для сбора данных об ОК и их автоматического сохранения надиск, вместе с текущими настройками системы и результатами калибровки. Возможен также визуальный контроль изображений B-срезов, построенных по получаемым данным. На экран выводятся только изображения В-срезов, получаемые в текущем положении АУ. На жесткий диск ПК автоматически записываются принятые сигналы, данные калибровки и настройки системы.
Примеры применения
Толщинометрия бетона
Объект контроля
Бетонный блок, выполненный в форме лестницы, состоящий из трех ступеней:
Протяженность каждой ступени вдоль линии сканирования - 500 мм
Общая протяженность объекта – 1500 мм
Толщины ступеней – 210, 330, 450 мм
Шаг сканирования - 50 мм
Скорость, измеренная при калибровке – 2872 м/с
Глубина полосы контроля – 1000 мм
Ширина полосы контроля – 500 мм
Задача контроля:
Результат контроля
Сканирование проводилось вдоль всего объекта с постоянным шагом перестановки антенного устройства 50 мм.
На синтезированном образе D-скана (слева) хорошо видно изображениедонных поверхностей каждой из трех ступеней, при этом четко видно, где заканчивается одна ступень и начинается следующая. Также отчетливо видны второе и третье переотражения от донной поверхности, что дает нам возможность судить о том, что на бетоне подобной марки, возможно, вести контроль на глубинах порядка метра. 3D окно позволяет более подробно изучить характер полученных отражений в объеме всего объекта.
Поиск каналов внутри объекта из бетона
Объект контроля
Бетонный блок, выполненный в форме лестницы, состоящий из трех ступеней:
Протяженность каждой ступени вдоль линии сканирования - 500 мм
Общая протяженность объекта – 1500 мм
Толщины ступеней – 210, 330, 450 мм
Шаг сканирования - 50 мм
Скорость, измеренная при калибровке – 2872 м/с
Глубина полосы контроля - 1000 мм
Ширина полосы контроля – 500 мм
Задача контроля:
Результат контроля
Сканирование проводилось вдоль всего объекта с постоянным шагом перестановки антенного устройства 50 мм.
На синтезированном образе (слева) на D – скане отчетливо видны всечетыре ступени и три первых канала. Четвертый канал заметен, но неслишком ярко выражен, однако он хорошо различим на B- скане, данныйфрагмент приведен на рисунке ниже. На D – скане в местах прохожденияканалов изображение донной поверхности пропадает, таким образом можносудить о том, что это не локальный, а протяженный отражатель.
Поиск каналов внутри объекта из бетона
Объект контроля
Бетонный блок, выполненный в форме лестницы, состоящий из трех ступеней:
Протяженность каждой ступени вдоль линии сканирования - 500 мм
Общая протяженность объекта – 1500 мм
Толщины ступеней – 210, 330, 450 мм
Шаг сканирования - 50 мм
Скорость, измеренная при калибровке – 2872 м/с
Глубина полосы контроля - 1000 мм
Ширина полосы контроля – 500 мм
Задача контроля:
Результат контроля
Направлениесканирования было выбрано вдоль канала таким образом, чтобы каналрасполагался по середине относительно центра антенного устройства.
На синтезированном изображении, полученном после сканирования ступени,четко различимы канал и донная поверхность. На 3D образе можно хорошорассмотреть данный канал с разных сторон.
Поиск непроливов за тюбингами
Объект контроля
Полигон НИЦ «Тоннели и Метрополитены». По технологии строительства тоннелей за установленные тюбинги, которые являются несущей конструкцией, заливается за обделочный песчано-цементный раствор, который герметизирует тоннель. Наличие пустот в нем не допускается. Задача контроля: поиск данных пустот неразрушающим ультразвуковым методом. Описание объекта: полигон тоннеля метрополитена, железобетонные тюбинги толщина 250 мм, за тюбингами есть секторы с пустотами, песком, за обделочным раствором. Технология контроля: сканирование по окружности с вертикальным расположением антенного устройства А1040М, шаг 50 мм. Методика контроля: прозвучивание эхо-методом, получение образа сечения тюбингов в плоскости линии сканирования, определение наличия пустот и песка по наличию первого и второго донного сигнала, наличия за обделочного раствора по снижению амплитуды донных сигналов.
Результат контроля
Результат контроля: по визуальным образам на снимке и по анализу амплитуд донного сигнала можно определить места, где отсутствует за обделочный раствор. Произведенный контроль дал вероятность обнаружения пустот – 78%. Это самый лучший результат по сравнению с другими методами, которые испытывались на данном стенде.
Поиск непроливов за тюбингами
Объект контроля
Крольский тоннель. Контроль пустот за тюбингом.
Исследуемый объект представляет собой железнодорожный тоннель диаметром9 метров, рассчитанный на один ж/д путь. Стены тоннеля укреплены железобетонным тюбингом, толщина которого 400 мм. Тюбинг сделан избетона класса В45 (W12 F300). Арматурная сетка состоит из двух слоев арматуры на глубине около 50 мм с каждой стороны. Продольная силовая арматура имеет диаметр 22 мм. Арматура, направленная поперек тюбингаимеет диаметр 8 мм, и шаг 230 и 220 мм. После установки тюбингов,пустота между тюбингом и породой заполняется цементным раствором изпеска и цемента марки М200. Заполняются сразу большие объемы, поэтому возможно возникновение пустот, а также размывание незатвердевшего раствора грунтовыми водами. После основного прохода возможно дополнительное нагнетание смеси за тюбинг через специальные «пайкерные» отверстия, которые предварительно рассверливаются. Однако, если пустота не совпадает с «пайкерным» отверстием, то ликвидировать её таким образом невозможно.
Задача контроля: Контроль наличия пустот за тюбингом в результате непроливаили размывания незатвердевшего раствора грунтовыми водами
Результат, полученный на свободных плитах тюбинга
Результат, полученный на свободных плитах тюбинга
Результат контроля
Для обследования с помощью прибора А1040М «ПОЛИГОН» каждый сегмент первым делом разбивался на полосы шириной равной длине антенного устройства (АУ) равной 400 мм. Расположение полос обычно выбиралось таким, как показано на рисунке.
Теория определения наличия пустот за бетонным тюбингом заключается в том, что свободная поверхность бетона (которая бывает в случае пустот), отражает 100% ультразвука, в то время как при наличии прилегающего к бетону раствора, отражается только часть энергии. В качестве образцов с пустотой были выбраны нагретые до рабочей температуры перед установкой свободно лежащие тюбинги. На синтезированном образе четко виден донный сигнал, а так же наличие и расположение арматуры. Ниже представлен результат контроля тюбинга с заобделочным раствором. В случае плотного прилегания к обратной стороне тюбинга раствора, сигнал будет распространяться в раствор, и, в меньшей степени, отражаться. В том случае, если обратная сторона тюбинга контактирует с воздухом, весь ультразвук будет отражаться от донной поверхности. Благодаря этому, по изображению донного сигнала (а также второго донного сигнала) можно оценить степень отражения ультразвука от донной поверхности тюбинга, и,тем самым, оценить качество прилегания заобделочного раствора.
Заделанная трещина на кольце
Объект контроля
Крольский тоннель. Контроль трещин. Кроме поиска пустот (описание в предыдущем примере) по был проведен анализ нескольких колец с видимыми растрескиваниями бетона. Трещины были заделаны раствором.
Данные первой ленты фрагмента кольца
Данные второй ленты фрагмента кольца
Результат контроля
НаC-скане синтезированного образа видно, как трещина, местами отражающая ультразвук (обведена черной линией), проходит с нижней части (в левойчасти рисунка) в верхнюю часть (в правой части). Именно так и проходила трещина относительно первой полосы. Далее приводится вторая полоса, на которой видны обе трещины. По результатам сканирования о трещинах можно с уверенностью сказать то, что после заделки на их месте не получилось монолитного бетона.
Исследование бетонной плиты моста
Объект контроля
Контроль плиты моста. Толщина бетонной плиты колеблется от 5 до 10 см. Количество слоев арматуры – 5-7.
Задача контроля: Измерение толщины бетонной плиты. Поиск непроливов бетона.
Измерение толщины бетона
Поиск непроливов
Результат контроля
С помощью томографа А1040 Полигон удалось измерить толщину бетонной плиты в диапазоне до 100 мм.
На синтезированном образе наблюдается уменьшение толщины плиты со 100 мм до 50 мм.
Второй донный полностью повторяет первый, подтверждая тем самым предположение об утонении плиты.
Данный образ демонстрирует результат поиска непроливов в плите. С помощью прибора удалось получить стабильный донный сигнал (со вторым переотражением)
В около донной области присутствуют предположительно дефектные зоны: возможно плохой контакт между бетономи арматурой или непролив бетона.
Спецификация
Характеристики преобразователей
Параметр
Значение
Центральная рабочая частота
50 кГц
Рабочий тип ультразвуковых волн
поперечные
Характеристики системы
Параметр
Значение
Число каналов
10
Диапазон частот
20 - 100 кГц, средняя рабочая частота 50 кГц
Минимальная толщина объекта контроля
50 мм
минимальный диаметр обнаруживаемого дефекта типа цилиндрическое сверление
oт 12 мм
Размер синтезированного образа на экране компьютера
1 м х 2,5 м
Энергопотребление
9 - 15 В от внешнего источника
Средний потребляемый ток, не более
2,5 А
Диапазон рабочих температур
от -15°C до +45°C
Вес антенного устройства
6,5 кг
Общий вес комплекта, включая компьютер, антенное устройство, источник питания
20 кг
Базовый комплект
Переносной компьютер типа Notebook.
Адаптер питания ПК с сетевым кабелем.
Сумка для переноски ПК.
Антенное устройство А1040М.
Комплект автономной работы АУ 1040М и беспроводной связи с ПК.
Кабель для кнопки «Пуск».
Паспорт.
Руководство по эксплуатации
Руководство пользователя на ПК Диск CD с программным обеспечением.
