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KJTD USG-X鋼筋連接部檢測(cè)儀：超聲相控陣技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間： 2026-01-07　　點(diǎn)擊次數(shù)： 47次

　　一、引言

　　鋼筋機(jī)械連接是現(xiàn)代裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵傳力節(jié)點(diǎn)，其質(zhì)量直接決定結(jié)構(gòu)整體安全與服役壽命。傳統(tǒng)超聲脈沖回波法雖能實(shí)現(xiàn)“非破損”抽檢，但受限于單晶片聲束固定、盲區(qū)大、分辨率低，難以在密布鋼筋、復(fù)雜幾何或深埋條件下給出可靠結(jié)論。KJTD 公司推出的 USG-X 便攜式鋼筋連接部檢測(cè)儀，將相控陣(Phased Array, PA)超聲架構(gòu)微型化并移植到土木工程場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了“單面掃查、全截面成像、定量評(píng)價(jià)”的突破，為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)提供了全新的數(shù)據(jù)入口。

　　二、相控陣超聲核心原理

　　電子偏轉(zhuǎn)與動(dòng)態(tài)聚焦

　　USG-X 采用 32～64 陣元的復(fù)合壓電晶片線陣，通過納秒級(jí)延時(shí)激勵(lì)，在空間合成可控波陣面。利用“惠更斯-菲涅爾”干涉原理，可在 0°–70° 范圍內(nèi)連續(xù)偏轉(zhuǎn)，并在 5–80 mm 深度處形成 0.3 mm 級(jí)聚焦光斑，兼顧近場(chǎng)盲區(qū)與遠(yuǎn)場(chǎng)分辨率。

　　多模式成像

　　系統(tǒng)支持 A-Scan、B-Scan、C-Scan、D-Scan(展開圖)及 S-Scan(扇掃)五種顯示模式。對(duì)于鋼筋連接套筒，可實(shí)時(shí)生成“展開 360°”內(nèi)壁圖，將螺紋、灌漿缺陷、裂縫投影到二維平面，方便現(xiàn)場(chǎng)快速判讀。

　　自適應(yīng)材質(zhì)校準(zhǔn)

　　內(nèi)置 Q-Beta 算法，可自動(dòng)識(shí)別鋼筋/灌漿料界面反射系數(shù)，修正聲速(5900→6300 m/s)與衰減(1.2→3.8 dB/cm)，消除因灌漿飽滿度差異導(dǎo)致的誤判。

　　三、KJTD USG-X 系統(tǒng)架構(gòu)

　　硬件

　　主機(jī)：ARM-FPGA 異構(gòu)計(jì)算，12-bit 250 MHz 采樣，重量 1.1 kg

　　陣列探頭：5 MHz 32 晶片，接觸面 10 × 18 mm，可進(jìn)入 16 mm 密筋排距

　　楔塊：小 footprint 60° 剪切波楔塊，單面接觸即可覆蓋 12–40 mm 直徑套筒

　　無線模塊：Wi-Fi 6 實(shí)時(shí)投屏，支持 BIM 坐標(biāo)自動(dòng)關(guān)聯(lián)

　　軟件

　　鋼筋連接專用向?qū)В狠斎胩淄残吞?hào)→自動(dòng)加載延時(shí)法則與判據(jù)曲線

　　AI-Assist 缺陷識(shí)別：基于 12 萬組實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)樣本，裂縫、空洞、未灌滿識(shí)別準(zhǔn)確率 92.3%

　　SHM 數(shù)據(jù)接口：可輸出 HDF5/JSON 格式，直接接入橋梁、地鐵監(jiān)測(cè)云平臺(tái)

　　四、典型應(yīng)用案例

　　高鐵橋梁預(yù)制墩柱

　　環(huán)帶套筒 Φ32 mm，灌漿后 24 h 內(nèi)檢測(cè)。USG-X 發(fā)現(xiàn) 6 點(diǎn)鐘方向深度 28 mm 處存在 3.2 mm 連續(xù)未飽滿區(qū)；經(jīng)開孔驗(yàn)證，實(shí)際缺陷面積 32 mm²，相對(duì)誤差 < 8%。

　　城市地鐵車站裝配頂板

　　雙排 Φ25 mm 鋼筋，凈距 18 mm。傳統(tǒng)單探頭需 4 面 16 點(diǎn)掃查，耗時(shí) 25 min；USG-X 單面 2 次擺放，2 min 完成，且檢出 0.5 mm 橫向微裂，為后續(xù)碳纖維加固提供準(zhǔn)確坐標(biāo) 。

　　跨海橋塔錨固區(qū)長期監(jiān)測(cè)

　　在運(yùn)營狀態(tài)下，采用可拆卸陣列夾具，每季度對(duì) 120 個(gè)關(guān)鍵套筒實(shí)施跟蹤檢測(cè)。兩年后數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，3 處原 0.3 mm 裂縫擴(kuò)展至 0.8 mm，及時(shí)啟動(dòng)限載與注漿封閉，避免事態(tài)擴(kuò)大。

　　五、與傳統(tǒng)方法對(duì)比

　　檢測(cè)效率：提升 8–10 倍

　　缺陷定位精度：±0.5 mm(傳統(tǒng) ±2 mm)

　　最小可檢裂縫：0.2 mm(傳統(tǒng) 0.5 mm)

　　數(shù)據(jù)可追溯：100% 原始 A-Scan 保存，滿足 ISO 17640-2018 可追溯要求

　　六、技術(shù)挑戰(zhàn)與展望

　　深層衰減

　　對(duì)于 C60 以上高強(qiáng)混凝土，聲衰減 > 4 dB/cm，需開發(fā) 2.5 MHz 低頻相控陣，兼顧穿透與分辨率。

　　鋼筋影區(qū)

　　當(dāng)套筒與主筋間距 < 8 mm 時(shí)，鋼筋繞射波易掩蓋缺陷回波。下一步引入 Full Matrix Capture(FMC)+ Total Focusing Method(TFM)，通過反向散射模型抑制偽影。

　　數(shù)字孿生融合

　　將 USG-X 獲取的缺陷參數(shù)(位置、尺寸、取向)自動(dòng)寫入 BIM 構(gòu)件屬性，結(jié)合應(yīng)變傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“缺陷-應(yīng)力”耦合分析，為預(yù)測(cè)性維護(hù)提供閉環(huán)依據(jù)。

　　七、結(jié)論

　　KJTD USG-X 把相控陣超聲從工業(yè)探傷級(jí)提升到土木工程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，其高分辨率成像、AI 輔助識(shí)別與 SHM 數(shù)據(jù)鏈能力，為鋼筋連接部質(zhì)量驗(yàn)收與運(yùn)營期健康監(jiān)測(cè)提供了可靠、高效、可追溯的解決方案。隨著 FMC/TFM、數(shù)字孿生和 5G 云診斷技術(shù)的深入融合，相控陣超聲將在裝配式基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理中扮演愈發(fā)關(guān)鍵的角色。

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