Um das Problem der schwachen elektromagnetischen Störfestigkeit herkömmlicher Erkennungsmethoden und deren schlechte Anpassungsfähigkeit an komplexe Betriebsbedingungen zu lösen, sowie in Anbetracht des Bedarfs an hochpräziser Erkennung von Mikrorissen im HRB400-Bewehrungsstahl für Hochgeschwindigkeitsstrecken, wurde ein Ultraschalldetektionsverfahren basierend auf goldnanoverbundenen Materialien (Au-PDMS) und photoakustischer Sensorik entwickelt. Zunächst wurde ein theoretisches Modell der photoakustischen Umwandlung untersucht und Proben von Au-PDMS-Filmen mit Konzentrationsgradienten von 4,01 wt%, 5,23 wt%, 6,01 wt% und 7,69 wt% hergestellt; dann wurde ein gepulster 532-nm-Laser zum Erzeugen des Ultraschallsignals verwendet, kombiniert mit Butterworth-Bandpassfilterung und einem zusammengesetzten db4-Wavelet-Zerlegungsalgorithmus zur Datenverarbeitung; schließlich wurde mit COMSOL Multiphysics ein Finite-Elemente-Modell des HRB400-Bewehrungsstahls erstellt, um multidimensionale Merkmale des Ultraschallsignals und die quantitative Beziehung zur Rissdepth zu analysieren. Die Studie zeigte, dass die Hauptfrequenz des Ultraschallsignals bei Proben mit 5,23 wt% Konzentration 4,58 MHz erreichte, das Signal-Rausch-Verhältnis 19,56 dB betrug; die tatsächliche Genauigkeit der Risstiefenerkennung betrug 640 μm. Die quantitative Untersuchung zeigte: Bei einer Risstiefe von 1 mm steigt die Amplitude der ersten Welle; bei 3 mm teilt sich die Wellenform in eine Doppelspitzenstruktur mit einem Abstand von 1,50 μs zwischen den Spitzen; durch Aufbau eines Mehrparameter-Kooperationsmodells zwischen Risstiefe und Spitzenamplitude, Energie, Hauptfrequenz und Ankunftszeit wurde eine quantitative Erkennung von Mikrorissen im HRB400-Bewehrungsstahl erreicht. Das System kombiniert Mikrometerauflösung, starke elektromagnetische Störfestigkeit und Anpassungsfähigkeit an komplexe Betriebsbedingungen und bietet eine zuverlässige technische Unterstützung für die Überwachung der strukturellen Gesundheit von Hochgeschwindigkeitsbahn-Infrastrukturen.

photoakustischer Sensor;Ultraschalldetektion;HRB400-Bewehrungsstahl;Multiphysik-Simulation;Mikrorisswachstum