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KJTD USG-X鋼筋連接部檢測儀：超聲相控陣技術在結構健康監測中的應用

發布時間： 2026-01-07　　點擊次數： 15次

　　一、引言

　　鋼筋機械連接是現代裝配式混凝土結構的關鍵傳力節點，其質量直接決定結構整體安全與服役壽命。傳統超聲脈沖回波法雖能實現“非破損”抽檢，但受限于單晶片聲束固定、盲區大、分辨率低，難以在密布鋼筋、復雜幾何或深埋條件下給出可靠結論。KJTD 公司推出的 USG-X 便攜式鋼筋連接部檢測儀，將相控陣(Phased Array, PA)超聲架構微型化并移植到土木工程場景，實現了“單面掃查、全截面成像、定量評價”的突破，為結構健康監測(SHM)提供了全新的數據入口。

　　二、相控陣超聲核心原理

　　電子偏轉與動態聚焦

　　USG-X 采用 32～64 陣元的復合壓電晶片線陣，通過納秒級延時激勵，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° 范圍內連續偏轉，并在 5–80 mm 深度處形成 0.3 mm 級聚焦光斑，兼顧近場盲區與遠場分辨率。

　　多模式成像

　　系統支持 A-Scan、B-Scan、C-Scan、D-Scan(展開圖)及 S-Scan(扇掃)五種顯示模式。對于鋼筋連接套筒，可實時生成“展開 360°”內壁圖，將螺紋、灌漿缺陷、裂縫投影到二維平面，方便現場快速判讀。

　　自適應材質校準

　　內置 Q-Beta 算法，可自動識別鋼筋/灌漿料界面反射系數，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致的誤判。

　　三、KJTD USG-X 系統架構

　　硬件

　　主機：ARM-FPGA 異構計算，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 實時投屏，支持 BIM 坐標自動關聯

　　軟件

　　鋼筋連接專用向導：輸入套筒型號→自動加載延時法則與判據曲線

　　AI-Assist 缺陷識別：基于 12 萬組實驗室與現場樣本，裂縫、空洞、未灌滿識別準確率 92.3%

　　SHM 數據接口：可輸出 HDF5/JSON 格式，直接接入橋梁、地鐵監測云平臺

　　四、典型應用案例

　　高鐵橋梁預制墩柱

　　環帶套筒 Φ32 mm，灌漿后 24 h 內檢測。USG-X 發現 6 點鐘方向深度 28 mm 處存在 3.2 mm 連續未飽滿區；經開孔驗證，實際缺陷面積 32 mm²，相對誤差 < 8%。

　　城市地鐵車站裝配頂板

　　雙排 Φ25 mm 鋼筋，凈距 18 mm。傳統單探頭需 4 面 16 點掃查，耗時 25 min；USG-X 單面 2 次擺放，2 min 完成，且檢出 0.5 mm 橫向微裂，為后續碳纖維加固提供準確坐標。

　　跨海橋塔錨固區長期監測

　　在運營狀態下，采用可拆卸陣列夾具，每季度對 120 個關鍵套筒實施跟蹤檢測。兩年后數據對比發現，3 處原 0.3 mm 裂縫擴展至 0.8 mm，及時啟動限載與注漿封閉，避免事態擴大。

　　五、與傳統方法對比

　　檢測效率：提升 8–10 倍

　　缺陷定位精度：±0.5 mm(傳統 ±2 mm)

　　最小可檢裂縫：0.2 mm(傳統 0.5 mm)

　　數據可追溯：100% 原始 A-Scan 保存，滿足 ISO 17640-2018 可追溯要求

　　六、技術挑戰與展望

　　深層衰減

　　對于 C60 以上高強混凝土，聲衰減 > 4 dB/cm，需開發 2.5 MHz 低頻相控陣，兼顧穿透與分辨率。

　　鋼筋影區

　　當套筒與主筋間距 < 8 mm 時，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。

　　數字孿生融合

　　將 USG-X 獲取的缺陷參數(位置、尺寸、取向)自動寫入 BIM 構件屬性，結合應變傳感器數據，實現“缺陷-應力”耦合分析，為預測性維護提供閉環依據。

　　七、結論

　　KJTD USG-X 把相控陣超聲從工業探傷級提升到土木工程現場級，其高分辨率成像、AI 輔助識別與 SHM 數據鏈能力，為鋼筋連接部質量驗收與運營期健康監測提供了可靠、高效、可追溯的解決方案。隨著 FMC/TFM、數字孿生和 5G 云診斷技術的深入融合，相控陣超聲將在裝配式基礎設施全生命周期管理中扮演愈發關鍵的角色。

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