锚杆长度测量方法及锚杆长度测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种锚杆长度测量方法及锚杆长度测量仪，其发射模块根据设定的频率间隔产生多个不同频率值的正弦信号，并将这些正弦信号依次发射到锚杆上；每个正弦信号从锚杆的始端开始进行传输，在锚杆末端发生反射后又反向传输到锚杆始端，这样在锚杆始端入射波和反射波会叠加形成驻波信号；接收模块依次接收锚杆始端的驻波信号；控制模块将所有驻波信号电压值和频率值映射在一个二维曲线上；通过寻找二维曲线的第一个波谷点所对应的频率值来实现锚杆长度的测量。本发明的测量信号为电磁波，能够实现无损检测，具有耦合方便，测量长度范围宽，测量精度高等优点。
【专利说明】描杆长度测量方法及描杆长度测量仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锚杆长度测量领域，具体涉及一种锚杆长度测量方法及锚杆长度测量 仪。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外测量锚杆长度的方法主要有拉拔实验法、冲击应力波法和超声波法 等。拉拔实验方法多停留在用千斤顶进行机械破损性拉拔实验阶段，会对锚固结构产生严 重破坏，降低锚杆对围岩的加固作用，因此只能少量抽检。冲击应力波法通过检测从锚杆底 部反射回来的波的时间，结合固结波速理论，求出锚杆的长度，存在振动波和锚杆的耦合问 题，测量效果往往因人而异。超声波法可以实现锚杆长度的无损检测，将超声波耦合进入杆 体，然后分析声频应力波在锚固体系中的反射相位特征和能量衰减变化规律。但是超声波 在锚杆内衰减严重，通常只能对3米以内的锚杆进行检测，对锚杆测量端头也要求苛刻，需 要现场对锚杆端头进行打磨平整，才能将超声波耦合进入杆体。由此可见，现有方法均无法 测量10米以上的金属锚杆的长度。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的是传统测量方法无法测量IOm以上金属锚杆的长度的问题，而 提供的一种能够实现10米以上的金属锚杆的长度测量的锚杆长度测量方法及锚杆长度测 量仪。
[0004] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 锚杆长度测量方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1、设定发射模块产生的正弦信号的起始频率4、终止频率fH、频率间隔f DIV ;
[0007] 步骤2、从起始频率&开始，发射模块依据频率间隔fDIV产生1个不同频率值的正 弦信号，并将这1个不同频率值的正弦信号依次发射到锚杆上；
[0008] 步骤3、每个正弦信号从锚杆的始端开始进行传输，在锚杆末端发生反射后又反向 传输到锚杆始端，这样在锚杆始端入射波和反射波会叠加形成驻波信号；接收模块依次接 收锚杆始端的驻波信号；
[0009] 步骤4、控制模块将驻波信号电压值和频率值分别映射在y轴和X轴上表示，所有 驻波信号电压值和对应的频率值将构成一个二维曲线；
[0010] 步骤5、控制模块寻找上述二维曲线的第一个波谷点所对应的频率值& ;
[0011] 步骤6、控制模块根据下式计算锚杆的长度L，即
[0012] L = V4fO ①
[0013] 式中：&为二维曲线第一个波谷点所对应的频率值；Vq为正弦信号在锚杆中的传 播速度。
[0014] 上述步骤5具体过程为：
[0015] 步骤5. 1、设定迭代次数N、有效阈值K和抽取间隔k，从不同频率值对应的驻波信 号电压值所构成的驻波离散数组N(i)，i = 0, 1，2, 3, . . .，1-1中以k为间隔抽取出满足式 ②的数据N((i+l)*k)依次保存在新的驻波离散数组队(i)中，
【权利要求】
1. 锚杆长度测量方法，其特征是，包括如下步骤： 步骤1、设定发射模块产生的正弦信号的起始频率4、终止频率fH、频率间隔fDIV; 步骤2、从起始频率4开始，发射模块依据频率间隔fDIV产生1个不同频率值的正弦信 号，并将这1个不同频率值的正弦信号依次发射到锚杆上； 步骤3、每个正弦信号从锚杆的始端开始进行传输，在锚杆末端发生反射后又反向传输 到锚杆始端，这样在锚杆始端入射波和反射波会叠加形成驻波信号；接收模块依次接收锚 杆始端的驻波信号； 步骤4、控制模块将驻波信号电压值和频率值分别映射在y轴和x轴上表示，所有驻波 信号电压值和对应的频率值将构成一个二维曲线； 步骤5、控制模块寻找上述二维曲线的第一个波谷点所对应的频率值4 ; 步骤6、控制模块根据下式计算锚杆的长度L，即L=Vq/4f〇 ① 式中：f〇为二维曲线第一个波谷点所对应的频率值；Vq为正弦信号在锚杆中的传播速 度。
2. 根据权利要求1所述的锚杆长度测量方法，其特征是，步骤5具体为： 步骤5. 1、设定迭代次数N、有效阈值K和抽取间隔k，从不同频率值对应的驻波信号电 压值所构成的驻波离散数组N(i)，i= 0, 1，2, 3, . . .，1-1中以k为间隔抽取出满足式②的 数据N((i+l)*k)依次保存在新的驻波离散数组队(i)中，
步骤5. 2、找出上述新的驻波离散数组队(i)的第一个数据队(0);若新的驻波离散数组 队⑴的第一个数据队(0)为驻波离散数组N(i)的第q个数据N(q)，即队(0) =N(q)，贝1J以 N(q)为中心，根据式③扩展出2k+l个数据，并将这些数据依次保存在扩展离散数组Ns(i)， i= 0, 1，2, 3, ? ? ?，2k中， Ns (i) ={N(q-k)，N(q+l-k)，? --，N(q-l+k)，N(q+k)} ③ 步骤5. 3、将迭代次数设为2k_l，从扩展离散数组Ns (i)中把满足式④的数据Ns (i+1) 依次保存到波谷数组凡(i)中，
步骤5. 4,找出波谷数组凡(i)的第一个数据凡(0);若波谷数组凡(i)的第一个数据 凡(0)为扩展离散数组队(1)中的第m个数据，也是驻波离散数组N(i)的第q+m个数据，即 Ne(0) =Ns(m) =N(q+m);贝U二维曲线的第一个波谷点所对应的频率值fQ为： f〇= fi+frav* (q+m) ⑤ 式中，4为起始频率，fDIV为频率间隔。
3. 根据权利要求2所述的锚杆长度测量方法，其特征是，步骤5. 1中，设定的迭代次数 N与设定的抽取数据间隔k有关，即
4. 根据权利要求2所述的锚杆长度测量方法，其特征是，步骤5. 1中，设定的有效阈值 K与控制模块内置的AD转换位数a有关，即0〈K〈2a。
5. 根据权利要求1所述的锚杆长度测量方法，其特征是，步骤2中，发射模块产生的正 弦信号的总数1为：
式中，4为设定的起始频率，fH为设定的终止频率，fDIV为设定的频率间隔。
6. 根据权利要求1所述的锚杆长度测量方法，其特征是，步骤2中，发射模块采用等时 间间隔的方式将1个不同频率值的正弦信号依次发射到锚杆上。
7. 基于上述测量方法所设计的锚杆长度测量仪，其特征在于：主要由发射模块、接收 模块、控制模块、系统电源、晶振、LCD和SD卡组成；上述发射模块包括信号产生电路和信号 放大电路；上述接收模块包括信号检波电路和信号滤波电路；系统电源、晶振、LCD和SD卡 连接在控制模块上，控制模块的输出端连接信号产生电路的输入端，信号产生电路的输出 端与信号放大电路的输入端相连，信号放大电路的输出端连接锚杆的始端；信号检波电路 的输入端连接锚杆的始端，信号检波电路的输出端与信号滤波电路的输入端相连，信号滤 波电路的输出端连接控制模块的输入端。
8. 根据权利要求7所述的锚杆长度测量仪，其特征在于：所述信号放大电路为多级信 号放大电路。
9. 根据权利要求7所述的锚杆长度测量仪，其特征在于：所述信号检波电路为双运放 精密检波电路。
10. 根据权利要求7所述的锚杆长度测量仪，其特征在于：所述信号滤波电路为2个二 阶有源低通滤波器级联而成。
【文档编号】G01B15/00GK104406549SQ201410735032
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】张法全, 周强, 王国富, 叶金才, 张海如, 庞成, 韦秦明 申请人:桂林电子科技大学