专利名称：锚固锚杆长度的无损检测方法及其检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无损检测，特别涉及一种利用超声导波无损检测锚固锚杆长度的方法
及其所使用的检测装置。
背景技术：
锚杆作为支护系统的一个重要组成部分被广泛的应用于地下巷道及边坡围岩的加固与支护中。但是锚杆的工作环境非常恶劣，经常受到富含各种矿物质的地下水腐蚀以及邻近区域采矿扰动等的影响，这些作用经常导致锚固锚杆的断裂。除此之外，由于缺乏简便有效的检测手段，施工方在施工过程中为谋取不正当的利益偷工减料，縮短锚杆长度，从而使锚杆承载强度达不到设计标准，给岩土工程造成潜在的事故隐患。这几种原因造成的锚固锚杆完整性改变都具有很强的隐蔽性，常规检测方法无能为力，因此非常有必要探讨简便实用的锚固锚杆长度无损检测方法。CN101055171A公开了"一种检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法"，并利用CN1831470A公开的"锚杆长度超声检测仪"专用仪器，描述了一种锚固锚杆长度检测方法。从这些公开文献看，检测中所使用的仪器较为庞大笨重，必须使用外接交流电源，而且不是通用仪器。同时检测过程也较为复杂，因此，这种检测方法不适合作为一种现场常规的检测手段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种锚固锚杆长度的无损检测方法，解决现有检测方法的检测过程较为复杂、不适用于现场检测的问题。 本发明的另一个目的是提供一种锚固锚杆长度的无损检测方法所使用的检测装
置，解决现有技术的检测仪器较为笨重、不适用于现场检测的问题。 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是 —种锚固锚杆长度的无损检测方法，其特征在于所述方法是按以下步骤进行的 1)取与被测锚杆直径、材料、形状相同的自由锚杆，记录其长度为L。，采用本发明的检测装置，选择脉冲发射的频率为传感器的中心频率2. 25Mhz，分析自由锚杆第一个端面回波； 2)对所选择的自由锚杆第一个端面回波的每个分离波包采用FFT分析，得到端面回波每个分离波包的峰值频率，并在时域图上确定自由锚杆不同分离波包波形的到达时刻，数据列表l; 3)利用本发明的检测装置，按步骤1)设置的发射脉冲频率检测锚固锚杆，然后选取锚固锚杆第一个端面回波，按照步骤2)中所述方法进行处理，得到锚固锚杆端面回波的每个分离波包峰值频率及其到达时刻，数据列表2 ; 4)从表1和表2中分别选择频率值相差最小的一个数据^与f2，即frf2相差最小的两个频率值，从表中得到它们分别对应的到达时刻1\与T2 ;
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5)根据下式计算锚固锚杆的长度L : <formula>formula see original document page 4</formula>
—种锚固锚杆长度的无损检测方法所使用的检测装置，其特征在于所述的检测装置由超声卡、超声探头和笔记本电脑组成，笔记本电脑与超声卡连接，超声卡与超声探头连接。 所述超声卡为美国Ultratek公司生产的USB-UT350超声卡。
所述超声探头为泛美公司生产的中心频率为2. 25MHz的超声传感器。
所述笔记本电脑内设检测分析过程软件程序。
本发明与现有技术相比具有以下优点 (1)CN101055171A中检测时先需要进行频率扫描，然后确定测试锚固锚杆长度时所使用的输入频率，而本发明由于超声传感器产生的波是一个多频率的波，能够把工程中使用锚杆的测试频率包含在内，因此，无需进行频率扫描。本发明与现有技术相比测试过程简单，测试误差小； (2)整个检测分析过程可以通过编程由计算机自动完成，所以检测速度快；
(3)检测装置只有2公斤，且不需要外接电源，因此，检测装置简单、轻便、实用；
(4)本发明所用装置的零部件都是商品化的通用仪器、元件，因此，更适合现场推广使用。
图1是本发明所用检测装置的结构示意图； 图2是自由锚杆端面回波图； 图3自由锚杆端面回波某一分离波包的FFT图； 图4锚固锚杆端面回波图； 表1自由锚杆端面回波数据； 表2锚固锚杆端面回波数据。
具体实施例方式
以下结合本附图通过实施例对本发明作进一步的说明。 如图1所示，一种锚固锚杆长度的无损检测方法所使用的装置，由超声卡、超声探
头和笔记本电脑组成，笔记本电脑与超声卡连接，超声卡与超声探头连接。 所述超声卡为美国Ultratek公司生产的USB-UT350超声卡。该超声卡的主要作
用是发射设定频率及周期数的方波信号，同时可以在同一通道接收回波信号。发射信号的
电压最高达300伏。这些参数可以通过与其相连的笔记本电脑里的程序控制。该设备的其
它具体参数可见如下网址 htt。〃www. usultratek. com/。roducts/usb_ut350t. htm 所述超声探头为泛美公司生产的中心频率为2. 25MHz的超声传感器。 所述笔记本电脑内设检测分析过程软件程序。 本实例中自由锚杆长度为1. 8m、直径20mm的光滑圆钢；待测锚固锚杆长度为2m，锚固介质是水泥砂浆。
—种锚固锚杆长度的无损检测方法，是按以下步骤进行的 1)采用本发明的检测装置，选择脉冲发射的频率为传感器的中心频率2.25Mhz，对1. 8m长的自由锚杆进行测试，分析自由锚杆第一个端面回波，该自由锚杆第一个测试回波如图2所示； 2)对所得到回波的每个分离波包进行FFT分析(FFT是快速傅立叶变换，是信号处理里最普通的一个算法，是本领域公知的简单技术)，得到频率分量如图3所示，同时在回波的时程曲线上得到各个分离波包所对应的到达时刻并列表1 ; 3)利用本发明的检测装置，按步骤1)设置的发射脉冲频率检测锚固锚杆，然后选取锚固锚杆第一个端面回波，按照步骤2)中所述方法进行处理，得到锚固锚杆不同分离波包峰值频率及到达时刻并列表2 ; 4)对比表1与表2的数据，选择频率差最小的两个数据(由于读数误差以及锚固结构对导波模式的影响在不同频率时的影响不同，因此两个表中的频率数据不一定完全相同，选择时尽量选取两个表中频率值相差最小的数据，)，即^ = 2. 29MHz和f2 = 2. 30MHz得到对应的回波到达时刻，即1\ = 644. 6和T2 = 722。根据计算公式即可得到锚固锚杆长度。 Z = T7 x 2 = 722 x ~~ = 2.01wl 」 2g 6446 测试误差仅为O. 5%。
权利要求
一种锚固锚杆长度的无损检测方法，其特征在于所述方法是按以下步骤进行的1)取与被测锚杆直径、材料、形状相同的自由锚杆，记录其长度为L0，采用本发明的检测装置，选择脉冲发射的频率为传感器的中心频率2.25Mhz，分析自由锚杆第一个端面回波；2)对所选择的自由锚杆第一个端面回波的每个分离波包采用FFT分析，得到端面回波每个分离波包的峰值频率，并在时域图上确定自由锚杆不同分离波包波形的到达时刻，数据列表1；3)利用本发明的检测装置，按步骤1)设置的发射脉冲频率检测锚固锚杆，然后选取锚固锚杆第一个端面回波，按照步骤2)中所述方法进行处理，得到锚固锚杆端面回波的各个分离波包峰值频率及其到达时刻，数据列表2；4)从表1和表2中分别选择频率值相差最小的一个数据f1与f2，即f1-f2相差最小的两个频率值，从表中得到它们分别对应的到达时刻T1与T2；5)根据下式计算锚固锚杆的长度L <mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><msub> <mi>T</mi> <mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mfrac> <msub><mi>L</mi><mn>0</mn> </msub> <msub><mi>T</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>.</mo> </mrow>
2. —种锚固锚杆长度的无损检测方法所使用的检测装置，其特征在于所述的检测装 置由超声卡、超声探头和笔记本电脑组成，笔记本电脑与超声卡连接，超声卡与超声探头连 接。
3. 按照权利要求2所述的锚固锚杆长度的无损检测方法所使用的检测装置，其特征在 于所述超声卡为美国Ultratek公司生产的USB-UT350超声卡。
4. 按照权利要求2所述的锚固锚杆长度的无损检测方法所使用的检测装置，其特征在 于所述超声探头为泛美公司生产的中心频率为2. 25MHz的超声传感器。
5. 按照权利要求2所述的锚固锚杆长度的无损检测方法所使用的检测装置，其特征在 于所述笔记本电脑内设检测分析过程软件程序。
全文摘要
锚固锚杆长度的无损检测方法及其检测装置，涉及无损检测。本发明解决现有检测方法过程复杂、仪器笨重，不适用于现场检测的问题。本发明的步骤1)取与被测锚杆相同的自由锚杆长度为L0，选择脉冲发射频率为2.25MHz，分析自由锚杆第一个端面回波；2)对自由锚杆第一个端面回波的每个分离波包采用FFT分析，得到端面回波的每个分离波包的峰值频率及其到达时刻；3)按步骤1)设置的发射脉冲频率检测锚固锚杆，选取锚固锚杆第一个端面回波，按照步骤2)处理得到锚固锚杆端面回波的每个分离波包峰值频率及其到达时刻；4)选择频率值相差最小的一个数据f1与f2，和对应的到达时刻T1与T2；5)根据下式计算锚固锚杆的长度L。
文档编号G01S15/00GK101750035SQ201010033338
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月6日 优先权日2010年1月6日
发明者张世平, 张昌锁, 白云龙, 韩世勇 申请人:太原理工大学