一种锚杆长度测试的连续激振装置和分析方法与流程

本发明设计建造工程质量安全检测技术领域，特别是涉及一种锚杆长度测试的连续激振装置和分析方法。

背景技术：

现代工程如包裹隧道、边坡、煤矿等在建设中，锚杆得到了大量的运用，而锚杆的施工质量对建造工程的重量是有重要影响的。

由于锚杆施工属于隐蔽工程，若施工质量得不到很好的保证，如张力不足、灌浆不密实，甚至长度不够时，会严重降低工程的稳定性，从而造成严重的工程重量事故甚至造成重大损失。

针对锚杆的长度检测，目前使用最多检测方法为冲击弹性波法：在锚杆的端头利用激振装置进行激振，再利用接收装置接收弹性波信号，通过识别杆底反射时间计算锚杆长度。

对现有用于锚杆长度检测的检测装置及方法做进一步优化设计，以利于锚杆长度的检测精度、检测效率等，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述提出的针对现有用于锚杆长度检测的检测装置及方法做进一步优化设计，以利于锚杆长度的检测精度、检测效率等，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题，本发明提供了一种锚杆长度测试的连续激振装置和分析方法，所述分析方法基于上述激振装置，采用该激振装置和方法，可有效提高锚杆长度检测的检测效率和检测精度。

本方案的技术手段如下，一种锚杆长度测试的连续激振装置，包括安装架，固定于安装架上的驱动装置、固定于驱动装置输出端上的激振头，所述安装架上还设置有连接座，所述连接座用于实现安装架与锚杆之间固定连接；

安装架通过连接座与锚杆固定连接后，所述激振头位于锚杆端部的外侧，且激振头正对锚杆的端部。

具体的，本方案中，安装架通过其上的连接座与锚杆固定连接，驱动装置作为激振装置中用于驱动激振头执行激振动作的驱动元件。采用本方案，可使得驱动装置的位置相对于锚杆端部位置固定，这样，本激振装置相对于现有技术中采用人工手工采用激振锤敲击锚杆端面的方式，可获得锤击力度、方向一致的多个相同的锤击动作；相较于采用能够输出激振其他激振装置，由于存在上述的位置固定，故亦可获得锤击力度、方向一致的多个相同的锤击动作。以上多个相同的锤击动作通过相应传感器检测波信号，相较于现有技术中单次敲击获得一条波形曲线或随机多次敲击获得多个波形曲线进行综合判断或拟合，可得到多个相同或非常接近的波形曲线，通过多个相同或非常接近的波形曲线，可获得更为准确的锚杆长度测试结果。同时，以上激振头的初始状态相对于锚杆端部的相对位置受到安装架的约束，故在获得所述多个一致的锤击动作过程中，仅需控制驱动装置输出多次激振动作即可，故采用本方案还具有得到多个相同的锤击动作便捷的特点。

综上，采用本方案，可有效提高锚杆长度检测的检测效率和检测精度。

作为本领域技术人员，以上限定为：所述激振头位于锚杆端部的外侧，且激振头正对锚杆的端部，即完成本激振装置在锚杆上的安装后，在驱动装置的作用下激振头运动方向实际上是沿着锚杆轴线方向的。

作为以上所述的锚杆长度测试的连续激振装置进一步的技术方案：所述安装架为呈u形的构件，安装架包括两侧的侧边及位于中部的腹边，腹边的两端分别与不同侧边相接；

所述连接座设置于其中一个侧边上，驱动装置固定于另一个侧边上。本方案提供了一种具体的安装架形式，本安装架结构简单，易于制备；同时由于本安装架结构简单，故本方案可通过重量轻的特点避免因为本激振装置影响锚杆的平直度而影响测量精度。

作为连接座与锚杆的具体连接形式，设置为：所述连接座为设置于对应侧边上的箍体，所述箍体围成环状的箍体空间，所述箍体空间的轴线与激振头的轴线共线，用于调整所述箍体空间大小或实现箍体夹持锚杆通过连接在对应侧边上的螺栓实现。采用本方案，通过拧紧和松懈螺栓，实现所述箍体对锚杆的夹紧或松懈。作为优选，本方案中，设置为：螺栓通过调整所述箍体空间大小实现安装架与锚杆的连接，本方案区别于如采用螺栓上螺杆嵌入箍体空间内，通过螺栓为锚杆侧面直接提供压力的形式，可尽可能保证激振头运动方向与锚杆轴线方向共向。

作为一种一体化方案，还包括用于安装接收激振信号的传感器的卡座。本方案中，所述卡座用于与锚杆相连，旨在为相应接收信号的传感器提供安装点。

作为一种方便卡座与锚杆连接、卡座与传感器连接的实现方式，所述卡座的材质为永磁体。

作为驱动装置的具体实现形式，所述驱动装置为电磁铁。作为本领域技术人员，以上驱动装置亦可采用转臂、气缸、液压缸等形式。设置为电磁铁，可使得相应驱动装置不仅结构简单，且每次敲击的力度一致性可控性好，同时便于使得驱动装置的重量更小，针对锚杆的轴线方向位于竖直方向的方案，还可使得本激振装置的重心尽可能位于锚杆的轴线上。

作为本领域技术人员，电磁铁工作过程中需要相应的控制元件进行控制，作为一种部件之间可拆卸或方便连接相应控制元件的实现方案，设置为：还包括与驱动装置控制电路信号连接的信号线接口，所述信号线接口固定于安装架上。本方案中，设置为信号线接口固定于安装架上，这样可提高信号线接口与电磁铁连接的可靠性。

同时，本发明还公开了一种锚杆长度测试的分析方法，包括顺序进行的以下步骤：

s1、采用以上任意一项所提供的激振装置对锚杆进行n次激振，针对每次激振，均通过传感器采集振动信号得到一组波形曲线；

s2、对所获得的n组波形曲线进行对比：n组波形曲线两两之间在任意时刻之间的相关程度进行对比，将相关程度大于或等于预定相关程度阈值、且波形曲线上波形数据大于或等于预定波形数据阈值的波形曲线保留，其余的波形曲线删除；

s3、对所保留的波形曲线进行分析，得到锚杆长度测试结果；

所述n为大于或等于3的整数。

以上分析方法为所述激振装置在使用过程中得到锚杆长度的分析方法，作为本领域技术人员，在激振头激振过程中，虽然激振头输出的动作为相同的动作，即单次激振所产生的波形实际上是一致的，但在进行多次激振过程中，相应传感器所检测到的信号可能受到上次信号或环境其他振动的影响，故通过以上方法中的s2步骤，可排除掉重复性和相关性差的波形曲线。通过对所保留的波形曲线进行分析，可得到更为准确的锚杆长度测试值。

以上方案中，n组波形曲线两两之间在任意时刻之间的相关程度即为：其中一组波形曲线上特定时间点的波形与另一组波形曲线上相同时间点的波形进行比较，但上述特定时间点涵盖波形曲线的各个时刻。

进行对比同时作为本领域技术人员，现有技术中，进行波形曲线相关度对比可通过计算机完成，故以上方案不仅获得多个相同的激振动作效率高，同时数据对比和分析亦具有很高的效率。使得以上分析方法所获得的锚杆长度测试值不仅准确，同时测试效率高。

作为所述的锚杆长度测试的分析方法进一步的技术方案：在步骤s2中，任意两个需要进行相关程度对比的波形曲线通过互相关函数进行相关程度进行对比，所述互相关函数为：本方案提供了一种具体的进行相关程度对比实现方法，即通过所述的互相关函数进行。作为本领域技术人员，以上互相关函数的值可采用绝对值，如所示绝对值大于或等于预设阈值，则表明波形曲线相关。优选的，以上互相关函数值优选采用计算值，这样，可有效避免因为波形相位等问题使得步骤s3复杂化。

作为步骤s3的具体实现方式，在步骤s3中，得到的锚杆长度测试结果为对所保留的各波形曲线所分别反映的锚杆长度平均值。

本发明具有以下有益效果：

所示激振装置方案中，安装架通过其上的连接座与锚杆固定连接，驱动装置作为激振装置中用于驱动激振头执行激振动作的驱动元件。采用本方案，可使得驱动装置的位置相对于锚杆端部位置固定，这样，本激振装置相对于现有技术中采用人工手工采用激振锤敲击锚杆端面的方式，可获得锤击力度、方向一致的多个相同的锤击动作；相较于采用能够输出激振其他激振装置，由于存在上述的位置固定，故亦可获得锤击力度、方向一致的多个相同的锤击动作。以上多个相同的锤击动作通过相应传感器检测波信号，相较于现有技术中单次敲击获得一条波形曲线或随机多次敲击获得多个波形曲线进行综合判断或拟合，可得到多个相同或非常接近的波形曲线，通过多个相同或非常接近的波形曲线，可获得更为准确的锚杆长度测试结果。同时，以上激振头的初始状态相对于锚杆端部的相对位置受到安装架的约束，故在获得所述多个一致的锤击动作过程中，仅需控制驱动装置输出多次激振动作即可，故采用本方案还具有得到多个相同的锤击动作便捷的特点。

所示分析方法基于所示激振装置，采用以上激振装置和分析方法，可有效提高锚杆长度检测的检测效率和检测精度。

附图说明

图1是本发明所述的一种锚杆长度测试的连续激振装置＝一个具体实施例的结构示意图。

图中的附图标记分别为：1、卡座；2、传感器；3、安装架；4、激振头；5、驱动装置；6、信号线接口；7、锚杆；8、连接座，9、螺栓。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，一种锚杆长度测试的连续激振装置，包括安装架3，固定于安装架3上的驱动装置5、固定于驱动装置5输出端上的激振头4，所述安装架3上还设置有连接座8，所述连接座8用于实现安装架3与锚杆7之间固定连接；

安装架3通过连接座8与锚杆7固定连接后，所述激振头4位于锚杆7端部的外侧，且激振头4正对锚杆7的端部。

具体的，本方案中，安装架3通过其上的连接座8与锚杆7固定连接，驱动装置5作为激振装置中用于驱动激振头4执行激振动作的驱动元件。采用本方案，可使得驱动装置5的位置相对于锚杆7端部位置固定，这样，本激振装置相对于现有技术中采用人工手工采用激振锤敲击锚杆7端面的方式，可获得锤击力度、方向一致的多个相同的锤击动作；相较于采用能够输出激振其他激振装置，由于存在上述的位置固定，故亦可获得锤击力度、方向一致的多个相同的锤击动作。以上多个相同的锤击动作通过相应传感器2检测波信号，相较于现有技术中单次敲击获得一条波形曲线或随机多次敲击获得多个波形曲线进行综合判断或拟合，可得到多个相同或非常接近的波形曲线，通过多个相同或非常接近的波形曲线，可获得更为准确的锚杆7长度测试结果。同时，以上激振头4的初始状态相对于锚杆7端部的相对位置受到安装架3的约束，故在获得所述多个一致的锤击动作过程中，仅需控制驱动装置5输出多次激振动作即可，故采用本方案还具有得到多个相同的锤击动作便捷的特点。

综上，采用本方案，可有效提高锚杆7长度检测的检测效率和检测精度。

作为本领域技术人员，以上限定为：所述激振头4位于锚杆7端部的外侧，且激振头4正对锚杆7的端部，即完成本激振装置在锚杆7上的安装后，在驱动装置5的作用下激振头4运动方向实际上是沿着锚杆7轴线方向的。

实施例2：

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为以上所述的锚杆7长度测试的连续激振装置进一步的技术方案：所述安装架3为呈u形的构件，安装架3包括两侧的侧边及位于中部的腹边，腹边的两端分别与不同侧边相接；

所述连接座8设置于其中一个侧边上，驱动装置5固定于另一个侧边上。本方案提供了一种具体的安装架3形式，即呈槽钢状。本安装架3结构简单，易于制备；同时由于本安装架3结构简单，故本方案可通过重量轻的特点避免因为本激振装置影响锚杆7的平直度而影响测量精度。

作为连接座8与锚杆7的具体连接形式，设置为：所述连接座8为设置于对应侧边上的箍体，所述箍体围成环状的箍体空间，所述箍体空间的轴线与激振头4的轴线共线，用于调整所述箍体空间大小或实现箍体夹持锚杆7通过连接在对应侧边上的螺栓9实现。采用本方案，通过拧紧和松懈螺栓9，实现所述箍体对锚杆7的夹紧或松懈。作为优选，本方案中，设置为：螺栓9通过调整所述箍体空间大小实现安装架3与锚杆7的连接，本方案区别于如采用螺栓9上螺杆嵌入箍体空间内，通过螺栓9为锚杆7侧面直接提供压力的形式，可尽可能保证激振头4运动方向与锚杆7轴线方向共向。

作为一种一体化方案，还包括用于安装接收激振信号的传感器2的卡座1。本方案中，所述卡座1用于与锚杆7相连，旨在为相应接收信号的传感器2提供安装点。

作为一种方便卡座1与锚杆7连接、卡座1与传感器2连接的实现方式，所述卡座1的材质为永磁体。即采用为永磁体的磁铁即可。

作为驱动装置5的具体实现形式，所述驱动装置5为电磁铁。作为本领域技术人员，以上驱动装置5亦可采用转臂、气缸、液压缸等形式。设置为电磁铁，可使得相应驱动装置5不仅结构简单，且每次敲击的力度一致性可控性好，同时便于使得驱动装置5的重量更小，针对锚杆7的轴线方向位于竖直方向的方案，还可使得本激振装置的重心尽可能位于锚杆7的轴线上。

作为本领域技术人员，电磁铁工作过程中需要相应的控制元件进行控制，作为一种部件之间可拆卸或方便连接相应控制元件的实现方案，设置为：还包括与驱动装置5控制电路信号连接的信号线接口6，所述信号线接口6固定于安装架3上。本方案中，设置为信号线接口6固定于安装架3上，这样可提高信号线接口6与电磁铁连接的可靠性。

实施例3：

本实施例公开了一种锚杆7长度测试的分析方法，包括顺序进行的以下步骤：

s1、采用以上任意一个实施例所提供的任意一项激振装置对锚杆7进行n次激振，针对每次激振，均通过传感器2采集振动信号得到一组波形曲线；

s2、对所获得的n组波形曲线进行对比：n组波形曲线两两之间在任意时刻之间的相关程度进行对比，将相关程度大于或等于预定相关程度阈值、且波形曲线上波形数据大于或等于预定波形数据阈值的波形曲线保留，其余的波形曲线删除；

s3、对所保留的波形曲线进行分析，得到锚杆7长度测试结果；

所述n为大于或等于3的整数。

以上分析方法为所述激振装置在使用过程中得到锚杆7长度的分析方法，作为本领域技术人员，在激振头4激振过程中，虽然激振头4输出的动作为相同的动作，即单次激振所产生的波形实际上是一致的，但在进行多次激振过程中，相应传感器2所检测到的信号可能受到上次信号或环境其他振动的影响，故通过以上方法中的s2步骤，可排除掉重复性和相关性差的波形曲线。通过对所保留的波形曲线进行分析，可得到更为准确的锚杆7长度测试值。

以上方案中，n组波形曲线两两之间在任意时刻之间的相关程度即为：其中一组波形曲线上特定时间点的波形与另一组波形曲线上相同时间点的波形进行比较，但上述特定时间点涵盖波形曲线的各个时刻。

进行对比同时作为本领域技术人员，现有技术中，进行波形曲线相关度对比可通过计算机完成，故以上方案不仅获得多个相同的激振动作效率高，同时数据对比和分析亦具有很高的效率。使得以上分析方法所获得的锚杆7长度测试值不仅准确，同时测试效率高。

本实施例中，所述n为大于或等于10的整数。

实施例4：

作为实施例3更进一步的技术方案：在步骤s2中，任意两个需要进行相关程度对比的波形曲线通过互相关函数进行相关程度进行对比，所述互相关函数为：本方案提供了一种具体的进行相关程度对比实现方法，即通过所述的互相关函数进行。作为本领域技术人员，以上互相关函数的值可采用绝对值，如所示绝对值大于或等于预设阈值，则表明波形曲线相关。优选的，以上互相关函数值优选采用计算值，这样，可有效避免因为波形相位等问题使得步骤s3复杂化。

作为步骤s3的具体实现方式，在步骤s3中，得到的锚杆7长度测试结果为对所保留的各波形曲线所分别反映的锚杆7长度平均值。

实施例5：

本实施例提供了一种具体的基于本分析方法的具体实现方式：对一根实际长度为9.2m的锚杆7进行长度测试，利用数据采集软件、传感器2得到激振装置激振的10组波形，利用基于所示分析方法的分析软件将数据读入分析，软件将7组相关性高，即满足预定阈值要求的波形数据留下，将3组其余信号删除，然后对这7组波形信号进行分析得到锚杆7长度为9.174m，标准偏差为0.008，测试结果与实际锚杆7相差无几，满足工程需要。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在对应发明的保护范围内。