1.2 平測(cè)法中的修正距
當(dāng)超聲波采用平測(cè)法檢測(cè)時(shí)，我國(guó)早在上世紀(jì)80年代已有定論：真實(shí)測(cè)距即不是兩個(gè)換能器的內(nèi)邊緣間距，也不是兩個(gè)換能器的中到中間距。平測(cè)法中超聲波實(shí)際傳播距離介于換能器的中~中與邊~邊二者距離之間，比兩個(gè)換能器的中到中間距短、內(nèi)邊緣間距長(zhǎng)。即在超聲波平測(cè)法時(shí)超聲測(cè)距中存在一個(gè)與換能器直徑Ф相關(guān)的修正距a（0 < a < Ф）。在平測(cè)法檢測(cè)時(shí)，如果測(cè)距不作修正，則取中~中時(shí)，計(jì)算的聲速值偏大；邊~邊時(shí)，計(jì)算的聲速值偏小，且測(cè)距越小、誤差越大。每一對(duì)發(fā)射、接收換能器，修正距離a是一個(gè)小于換能器直徑的定值^[2]。
1.3 對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)角測(cè)方法的探討
眾所周知，在超聲波對(duì)測(cè)法中，測(cè)距非常明確，是2個(gè)換能器平行輻射面間相隔的距離。在超聲波平測(cè)法中，真實(shí)的測(cè)距是2個(gè)換能器內(nèi)邊緣間距加修正距a。在超聲波角測(cè)法中，其測(cè)距采用三角形的直角邊（換能器與構(gòu)件邊緣的距離）通過勾股定理計(jì)算得出。由圖1（CECS 02標(biāo)準(zhǔn)中的圖B.1.1）超聲波角測(cè)法示意圖顯而易見：超聲波角測(cè)時(shí)，布置在直角邊上的一對(duì)換能器的測(cè)距，可以視作為兩換能器與構(gòu)件邊緣的距離構(gòu)成的直角三角形的斜邊。其問題是斜邊計(jì)算取兩個(gè)換能器的中心點(diǎn)距，還是取兩個(gè)換能器的近邊緣距（兩換能器的最近點(diǎn)距）？顯然，斜邊計(jì)算值取近邊緣距比取中心點(diǎn)距小；取遠(yuǎn)邊緣距比取中心點(diǎn)距大。設(shè)換能器在構(gòu)件直角邊上對(duì)稱布置，換能器的直徑為38mm，當(dāng)取近邊緣距200mm~500mm時(shí)，中心點(diǎn)距與其的測(cè)距比值見表1。由表1可知，當(dāng)近邊緣距為200mm時(shí)，中心點(diǎn)距與近邊緣距的比值最大，即產(chǎn)生的聲速檢測(cè)誤差大；隨近邊緣距的增大，其比值逐漸降低；400mm以上時(shí)，兩者的比值在10%以內(nèi)。

在CECS 02標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于附錄B.1超聲波角測(cè)方法的編制說明中有如下一個(gè)敘述：“大量對(duì)比試驗(yàn)表明，可采用F、S換能器中心點(diǎn)與構(gòu)件邊緣的距離L1、L2 ，按幾何學(xué)原理計(jì)算超聲測(cè)距L；用此測(cè)距L與角測(cè)的聲時(shí)值計(jì)算所得的聲速值，與對(duì)測(cè)的聲速值沒有明顯差異，不需作任何修正。”作者對(duì)此敘述存疑，并就CECS 02標(biāo)準(zhǔn)的附錄B.1——關(guān)于超聲波角測(cè)法的正確性進(jìn)行了探討性的研究。
 
1. 試驗(yàn)
2.1 采用均質(zhì)材料試件
為了使檢測(cè)數(shù)據(jù)具有可比性，應(yīng)盡可能排除原材料的差異性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。上海鈞測(cè)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司采用C80灌漿料如圖2成型了梯形試件，在盡可能試件為勻質(zhì)體的基礎(chǔ)上，按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行各項(xiàng)內(nèi)容的超聲波檢測(cè)試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)方案
1）超聲對(duì)測(cè)：在梯形試件不同尺寸100mm、200mm、300mm、400mm方向以及旋轉(zhuǎn)梯形試件后的150mm、250mm、350mm、500mm方向進(jìn)行對(duì)測(cè)法試驗(yàn)。
2）超聲角測(cè)法試驗(yàn)：利用上述100mm、150mm、、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、500mm等8處超聲對(duì)測(cè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值按“同聲時(shí)等效測(cè)距法”進(jìn)行角測(cè)法試驗(yàn)。
3）超聲平測(cè)：在梯形試件上布置平測(cè)法測(cè)點(diǎn)，目的采用“時(shí)~距法”得到直線回歸方程的截距a 。
2.3同聲時(shí)等效測(cè)距法
為了定義超聲波角測(cè)方法的準(zhǔn)確測(cè)距，筆者提出了“同聲時(shí)等效測(cè)距法”，即先采用對(duì)測(cè)法檢測(cè)到勻質(zhì)體梯形試件不同階梯測(cè)距上的聲時(shí)值后，再置換能器于超聲角測(cè)試件丁角兩個(gè)相鄰表面上（利用已知階梯測(cè)距上的對(duì)測(cè)聲時(shí)值），且觀察超聲儀的示波屏、同步移動(dòng)2個(gè)換能器至某一已知對(duì)測(cè)測(cè)距的聲時(shí)值位置，根據(jù)勾股定理，嘗試以已知階梯測(cè)距作為直角三角形的斜邊，反推出構(gòu)件邊緣至換能器直徑內(nèi)某點(diǎn)的直角邊距A1；測(cè)量構(gòu)件邊緣至換能器的近邊緣距A2，兩數(shù)相減得到差值z(mì)。即z為超聲角測(cè)法中真實(shí)測(cè)距與測(cè)量的構(gòu)件邊緣至換能器近邊緣距的修正值。
現(xiàn)在的問題是z值如何確定？我們知道超聲平測(cè)法中求真實(shí)測(cè)距是采用“時(shí)~距法”，取直線回歸方程的截距為平測(cè)法的修正值a^[3]。因?yàn)槠綔y(cè)法的修正值a是基于2個(gè)換能器之間的修正值，在超聲角測(cè)法中，構(gòu)件邊緣至換能器近邊緣距的修正值z(mì)僅是對(duì)1個(gè)換能器的修正值，所以擬考慮套用超聲平測(cè)法中求真實(shí)測(cè)距的方法，采用在試件上先平測(cè)，嘗試取 “時(shí)~距法”得到的直線回歸方程截距a的二分之一作為超聲角測(cè)法中一條直角邊上的修正值z(mì)。
2.4檢測(cè)數(shù)據(jù)
按照“同聲時(shí)等效測(cè)距法”，采用常規(guī)換能器直徑Ф38mm（頻率f=50kHz、零讀數(shù)t0=12.4μs）在勻質(zhì)梯形試件不同階梯測(cè)距的檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。表2角測(cè)中的A、B、C欄分別表示構(gòu)件邊緣至換能器的中心距A0、近邊緣距A2、按“同聲時(shí)等效測(cè)距法”處理的修正距A1以及各按其2條直角邊距計(jì)算的斜邊距。（超聲平測(cè)法的直線回歸方程L=-12.2+4.379t；z簡(jiǎn)化取6mm）

表2所示了8個(gè)不同尺寸踏步面超聲對(duì)測(cè)的距離、聲時(shí)、聲速數(shù)據(jù)以及角測(cè)的數(shù)據(jù)。超聲角測(cè)采用丁角方法：在試件的2個(gè)直角面各置1個(gè)換能器。同步移動(dòng)2個(gè)換能器時(shí)且分別利用（8個(gè)尺寸不同的踏步面）對(duì)測(cè)聲時(shí)值，按照“同聲時(shí)等效測(cè)距法”，一邊移動(dòng)一邊觀察超聲儀屏至超聲對(duì)測(cè)時(shí)的相同聲時(shí)時(shí)停止，測(cè)量構(gòu)件邊緣至換能器的近邊緣距A2（雖然同步移動(dòng)，可能不一定對(duì)稱，宜測(cè)量2個(gè)A2距）。根據(jù)2個(gè)A2距，進(jìn)行z值修正后的A1距及其計(jì)算的角測(cè)法斜邊距如C欄所列。
 
3. 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析
8個(gè)尺寸不同的踏步面對(duì)測(cè)的距離分別是98.5 mm、150 mm、200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、500 mm，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：
1）試驗(yàn)用頻率50kHz、φ=38mm的常規(guī)直徑換能器，無論是采用中心距還是內(nèi)邊緣距，其按勾股定理計(jì)算的斜邊距與真實(shí)測(cè)距的誤差很大，毫無疑問，采用中心距的A欄是正偏差、采用內(nèi)邊緣距的B欄是負(fù)偏差；
2）在短測(cè)距的場(chǎng)合，如98.5 mm、150 mm、200 mm的測(cè)距，雖然采用了“同聲時(shí)等效測(cè)距法”，但其誤差比較大，即角測(cè)法布置的超聲測(cè)點(diǎn)A2不宜過小；
3）由表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，引起“角測(cè)~對(duì)測(cè)同聲時(shí)等效距” 的試驗(yàn)誤差，有一些是因在對(duì)測(cè)法檢測(cè)中產(chǎn)生的：表2對(duì)測(cè)欄中，相對(duì)比較250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、500 mm 5個(gè)測(cè)距，其中300mm、400mm的聲速分別是4.464 km/S、4.484 km/S，比250 mm、350 mm、500 mm測(cè)距的平均聲速4.412 km/S偏大，即300mm、400mm測(cè)距的對(duì)測(cè)讀數(shù)值67.2μs、89.2μs偏小，導(dǎo)致角測(cè)停止移動(dòng)時(shí)采用的同聲時(shí)值偏小，導(dǎo)致“角測(cè)~對(duì)測(cè)同聲時(shí)等效距”偏小。
（超聲儀的聲速值的測(cè)試誤差與測(cè)距測(cè)量、聲時(shí)值讀數(shù)有關(guān)。就聲時(shí)值而言，智能型超聲儀的聲時(shí)讀數(shù)與“采樣周期”相關(guān)，其計(jì)數(shù)誤差為2倍的采樣周期，當(dāng)按超聲儀廠原始設(shè)置的采樣周期為0.4微秒的場(chǎng)合，即誤差為±0.8微秒。）
4）構(gòu)件邊緣至換能器的近邊緣距A2應(yīng)大于170 mm，經(jīng)用平測(cè)法的直線方程回歸系數(shù)a、取0.5倍截距修正后，當(dāng)聲通路斜邊距為250mm以上時(shí)，同聲時(shí)等效距接近對(duì)測(cè)的測(cè)距，2者偏差較小，表明“角測(cè)~對(duì)測(cè)同聲時(shí)等效距”方法有效。
 
4. 超聲角測(cè)法的聲速代表值
CECS 02標(biāo)準(zhǔn)中采用超聲角測(cè)法測(cè)量混凝土中聲速，如圖1所示每個(gè)測(cè)區(qū)應(yīng)布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。在檢測(cè)中可能會(huì)遇到一個(gè)表面較窄另一表面較寬的構(gòu)件，所以布置測(cè)點(diǎn)時(shí)不要求2個(gè)構(gòu)件邊緣至換能器的近邊緣距A2相等，但二者相差不宜大于2倍。
角測(cè)前要先進(jìn)行超聲平測(cè)：為消除鋼筋影響，在構(gòu)件丁角的任一表面與鋼筋軸線成45角度畫一條直線，以兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣間距L等于100 mm、150 mm、200 mm、250 mm……分別讀取聲時(shí)值t，用回歸分析的方法求出測(cè)距與聲時(shí)之間的回歸直線方程：L=-a+bt。
布置角測(cè)法測(cè)點(diǎn)，構(gòu)件邊緣至換能器的近邊緣距A2應(yīng)大于170 mm，取0.5倍截距a修正A2后得到L1、L2。角測(cè)時(shí)超聲測(cè)距仍然按公式(1)計(jì)算：但如前所述，本方法測(cè)距取值的L1、L2與現(xiàn)行CECS 02標(biāo)準(zhǔn)不同，不是換能器的中心距與構(gòu)件邊緣的距離，且每個(gè)測(cè)區(qū)混凝土中聲速代表值v取3個(gè)測(cè)點(diǎn)聲速的平均值。