锚杆长度超声导波检测仪制造技术

本发明专利技术涉及一种锚杆长度超声导波检测仪，属于无损检测领域。本装置包括有任意函数发生器模块（１）、功率放大模块（２）、转换开关模块（３）、导波收发元件（４）、增益放大模块（５）、波形解析及显示模块（６）。其中，任意函数发生器模块（１）通过功率放大模块（２）与转换开关模块（３）相连，转换开关模块（３）又与导波收发元件（４）和增益放大模块（５）相连，增益放大模块（５）与波形解析及显示模块（６）相连。本装置具有检测准确度高、操作简单、检测成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锚杆长度超声导波检测仪，该装置利用超声导波无损检测技术测量埋置于介质(如土壤、水泥、树脂及岩石)中锚杆长度，属于无损检测领域。
技术介绍
水利水电工程、城市建设、公路铁路建设等工程中大量的采用锚杆支护技术(即将锚杆埋入岩石或土壤中以增强岩石或土壤的支护能力)。由于工作环境较恶劣，如水份、潮湿空气、雨水等液体渗入到金属锚杆，致使锚杆发生局部腐蚀而引起的应力集中，从而导致锚杆的断裂；或因土层、岩层的横向滑动，使锚杆的应力状况发生改变，从轴向拉应力变为横向剪应力，最终导致锚杆被剪断而失效。个别施工方为谋取不当利益，偷工减料，往往擅自缩短锚杆长度，使其达不到设计承载强度，给岩土工程造成潜在的事故隐患。由于这几种方式存在着很强的隐蔽性，对其进行有效的检测存在很大的困难。现有锚杆检测仪采用声频应力波检测方法，检测波形较为杂乱，难以识别，存在重复性差、检测精度低等缺点，无法满足实际工程检测需要。因此可采用一种超声导波无损检测方法，该方法需设计专用的装置，目前还未见该种专用装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种锚杆长度超声导波检测仪，该装置能够准确、低成本的检测埋于介质中锚杆的长度。本专利技术所采用的技术方案，具体结构参见图1～图3，其特征在于本装置包括有任意函数发生器模块1、功率放大模块2、转换开关模块3、导波收发元件4、增益放大模块5、波形解析及显示模块6。其中，任意函数发生器模块1通过功率放大模块2与转换开关模块3相连，转换开关模块3又与导波收发元件4和增益放大模块5相连，增益放大模块5与波形解析及显示模块6相连。各模块的功能如下任意函数发生器模块1是根据输入的锚杆和周围介质参数而自动生成适用于检测的具备一定中心频率及周期的单音频信号的模块。由高性能单片机和高速数/模转换芯片组成，也可由DSP芯片构成。功率放大模块2是将任意函数发生器模块1所产生的波形进行信号放大200倍以上并通过转换开关模块3传输给导波收发元件4的模块。由前置放大器和集成功率放大器构成。转换开关模块3的功能是将任意函数发生器模块1发送的经由功率放大模块2放大的导波信号通过同轴电缆传至导波收发元件4，并将导波收发元件4所接收到的锚杆端部反射信号经由增益放大模块5传至波形解析及显示模块6。检测过程中，同一组传感器要完成信号激励和接收的双重任务，这就需要转换开关模块3将激励出的70V以上的高电压信号和接收到的500mV以下弱电压信号的区分开，将高电压信号送给导波收发元件4，将弱电压信号送给增益放大模块5。导波收发元件4是使杆中产生导波的元件，例如用压电换能器构成，放置于锚杆露出端部，通过耦合剂如凡士林等与杆接触。导波收发元件4也可以是电磁导波探头或单晶探头。并且在发送时作为发送元件，在接收时作为接收元件使用。增益放大模块5是将所接收到的锚杆端部反射信号放大的模块，最大放大率可达70dB。波形解析及显示模块6是通过分析反射信号，测定锚杆端部反射回波时间，乘以模块数据库中该模态在激发频率下的速度，并除以2，即可得到锚杆的实际长度，并将此检测结果显示出来的模块。本装置的具体工作过程是将导波收发元件4安置于被测锚杆露出端部，将锚杆和周围介质相关参数输入任意函数发生模块1，任意函数发生模块1从自身储备数据库中选取适合该参数的信号，产生一个脉冲信号，经功率放大模块2进行放大后，再经由转换开关模块3施加于导波收发元件4，导波收发元件4在锚杆中产生一个沿锚杆轴向传播的纵向超声导波，该纵向超声导波在锚杆的另一端部引起的回波信号又传输给导波收发元件4，导波收发元件4通过转换开关模块3将该信号传输给增益放大模块5，增益放大模块5放大信号后送入波形解析及显示模块6；波形解析及显示模块6对所输入回波信号进行定量分析处理，确定端面回波到达时间，根据模块数据库中所激励导波在此激励频率下的速度，计算并显示出该锚杆长度。该回波信号及锚杆长度也可以数据形式存储在存储器中，以备以后显示和分析处理。所谓导波是超声波，它被定义为由于在反射或者变换模式的同时行进在如管、板或杆中那样有界面的物体中的纵波或者横波的干涉而形成的弹性波。本专利技术提出了一种利用超声导波无损检测锚杆长度的装置，主要具有以下优点(1)检测准确度高，误差能够满足工程要求；(2)操作简单，工人劳动强度小，对操作工人的技术水平要求低；(3)检测成本低。附图说明图1本专利技术的便携式终端装置模块示意2本专利技术的任意函数发生器模块中的检测条件设定窗口和发送波形选择/显示窗口。图3本专利技术的波形解析及显示模块中的检测结果显示窗口。图4激发频率为2.61MHz下纵向轴对称模态锚杆端部反射波形具体实施方式本专利技术的具体实施方式，具体结构参见图1～图3，本装置主要由任意函数发生器模块1、功率放大模块2、转换开关模块3、导波收发元件4、增益放大模块5、波形解析及显示模块6。其中，任意函数发生器模块1通过功率放大模块2与转换开关模块3相连，转换开关模块3又与导波收发元件4和增益放大模块5相连，增益放大模块5与波形解析及显示模块6相连。导波收发元件4是用共同的压电换能器、电磁超声探头或单晶探头，在发送时作为发送元件，在接收时作为接收元件使用。如图1所示，本实施例中锚杆为长度2m，直径22mm的冷拉二级螺纹钢。密度为7800kg/m3，纵波波速为5960m/s，横波波速为3260m/s。周围介质选用水泥净浆，水灰比为0.5，密度为1600kg/m3，纵波波速为2810m/s，横波波速为1700m/s。1)将锚杆及介质相关参数输入任意函数发生器模块1输入界面中，任意函数发生器模1块根据输入参数从自身储备数据库中选择适合脉冲导波信号。在本实施中，任意函数发生器模块1产生一个频率为2.61MHz、周期数为10个的汉宁窗调制的单音频正弦信号。经功率放大模块2进行电流放大后其电压峰峰值为200V，经转换开关模块3，施加于导波收发元件4上，在被测锚杆中产生纵向轴对称导波模态；2)上述纵向轴对称导波模态在锚杆另一端部反射，导波收发元件4接收到纵向导波的回波信号，经转换开关模块3，并由增益放大模块5放大电流信号后，送入波形解析及显示模块6；3)波形解析及显示模块6接收到放大后的锚杆端部反射信号后，经过波形判断及分析，计算锚杆长度，并可在显示装置上显示。图4为2.61MHz频率下所接收的反射波形。第一次端面回波时间为0.705ms，此频率下导波模态的能量速度为5758m/s，两者相乘并除以2，故锚杆长度计算为2.03m，误差仅为1.5％。权利要求1.锚杆长度超声导波检测仪，其特征在于该装置包括有任意函数发生器模块(1)、功率放大模块(2)、转换开关模块(3)、导波收发元件(4)、增益放大模块(5)、波形解析及显示模块(6)；其中，任意函数发生器模块(1)通过功率放大模块(2)与转换开关模块(3)相连，转换开关模块(3)又与导波收发元件(4)和增益放大模块(5)相连，增益放大模块(5)与波形解析及显示模块(6)相连。2.根据权利要求1所述的锚杆长度超声导波检测仪，其特征在于转换开关模块(3)将接收到的70V以上的高电压信号和接收到的500mV以下弱电压信号区分开，将高电压信号送给导波收发元件(4)，将弱电压信号送给增益放本文档来自技高网...

【技术保护点】
锚杆长度超声导波检测仪，其特征在于：该装置包括有任意函数发生器模块（１）、功率放大模块（２）、转换开关模块（３）、导波收发元件（４）、增益放大模块（５）、波形解析及显示模块（６）；其中，任意函数发生器模块（１）通过功率放大模块（２）与转换开关模块（３）相连，转换开关模块（３）又与导波收发元件（４）和增益放大模块（５）相连，增益放大模块（５）与波形解析及显示模块（６）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何存富，孙雅欣，吴斌，王秀彦，黄垚，张青，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]