基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法技术

本发明专利技术提供一种基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法。该方法利用反射波原理获取锚杆检测数据，通过对反射波信号预处理，得到锚固段波形曲线，然后基于波形幅值衰减的特征，求取拟合曲线与波形曲线的面积的比值确定锚固密实度范围，实现锚杆锚固质量等级的分类。该方法将规程中对锚杆锚固质量分类的定性化判定转变为定量化的计算，消除了主观因素对判定结果的影响，具有计算简便，计算效率高等特点，判定结果准确可靠，具有较好的应用效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法


[0001]本专利技术属于工程无损检测
，涉及使用声波反射信号幅值衰减特征进行锚杆锚固质量等级评价的一种方法。

技术介绍

[0002]锚杆支护技术广泛应用于各种支护工程，其原理是通过将锚杆锚入围岩内部，从而改变围岩本身的力学状态，可提高其环向抗压强度，并有效地控制围岩变形，锚杆的锚固质量等级是评价能否达到上述工程目的的重要指标。
[0003]在工程应用中，通常采用声波反射法来实现对锚杆质量的无损检测；声波反射法采用激振声波信号，使用加速度或速度传感器，根据波动理论，得到反射的声波信号，根据国家行业标准JGJ/T182
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2009《锚杆锚固质量无损检测技术规程》的规定，判定锚杆的锚固密实度及等级，锚杆的锚固密实度等级共有A、B、C、D四个类，锚杆的锚固等级共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级。
[0004]在JGJ/T182
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2009规程给出了锚固密实度定性评判标准，从波形特征、时域信号特征、频域信号特征、密实度四个方面进行综合评判。而且对于每个判定指标多以定性描述为主，解释人员的主观意识对于锚杆结果的判定具有很大的影响，增加了锚杆锚固等级质量判定结果的随机性。因此，降低这种对锚杆锚固质量等级判定的随机性，通过计算机实现对锚杆的锚固质量等级的定量识别，快速获得锚固密实度数值，是本领域需要解决的一个问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法，包括以下步骤：步骤1，获取待评价锚固的反射波曲线，对反射波曲线进行预处理。根据杆长、杆系波速及频域分辨率等因素确定接收的反射信号的长度和采样率。优选的，预处理包括对锚杆数据的信号一致性检验、反射信号归一化处理和信号一维数字滤波处理，所述反射信号归一化处理包括x方向归一化处理和y方向归一化处理。
[0007]其中，信号一致性检验为：在一次采集中，同一个锚杆的波形数据共有6条，通过信号一致性检验对6条采集数据的一致性进行验算，计算波形之间的相关性，并剔除不一致的波形反射信号。
[0008]x方向归一化处理，可采用插值算法进行处理，即将反射信号的时间横坐标归一化到新的时间间隔，并按照归一化后新的时间间隔进行重采样。为便于处理，时间归一化后按照新的时间间隔单位表示x值。
[0009]y方向归一化处理，即将反射信号的纵坐标归一化到统一的幅值区间，避免由于激
振信号的强度差异导致反射信号的强度不同，影响信号的比较。具体方法是先求出反射信号在纵坐标上绝对值最大的振幅值，然后所有振幅值按照该最大振幅值与设定区间最大值的比例，等比例缩放。
[0010]信号一维数字滤波处理：采用移动均值滤波的方式。
[0011]步骤2，根据反射波曲线的预处理结果，重新确定波形起跳点并作为新的零点。具体方法包括：从预处理后的反射波曲线的现有的零点开始，求取波形y方向绝对值的移动平均值、求取波形y方向绝对值的全部平均值，若所求取的移动平均值大于全部平均值时，则确定为新零点，将新零点前的数据全部清空。此外，也可以根据预先得到的外露长度，计算出新的零点的位置。
[0012]步骤3，求取y方向的峰值以及x方向修正系数。考虑到现场测量的过程中，由于激振信号的强度和持续时间的不一致性，会导致反射波信号的主频和周期不同，在信号的波形上体现为峰值时间间隔的不同。为方便后续计算和比较，需要将其统一到一个基准上进行计算：取前三个波峰波谷值的间隔平均值作为本次测量的基准，计算该值与预设的波形变换系数的比值作为修正系数，然后将全部峰值数据的x坐标乘以该比值进行修正，以便于后续峰值处数据参与计算。优选的，所述波形变换系数取值为10～30。
[0013]步骤4，求取杆底峰值A，并以杆底为边界舍弃杆底以后的数据，保留新的零点与杆底之间的波形数据。求取杆底峰值包括：根据预设杆长和外露端长度，结合波速，得到杆底反射信号初步位置，比较反射信号的位置与左右两侧波峰值之间的横向距离，以所述初步位置附近的一个波峰值作为杆底峰值，即以横向距离小的一侧横坐标作为杆底反射波的横坐标。
[0014]步骤5，判断锚杆反射波的波形是否为单峰信号，并统计非单峰信号的个数。判断锚杆反射波的波形是否为单峰信号包括：求取所有峰值间隔的平均值，计算并统计各峰值之间的间隔与间隔的平均值的比值范围，根据比值范围判断波形是否呈单峰状态：各峰值间隔与间隔平均值的比值在一定区间以内，则锚杆反射波形规则，幅频信号呈单峰状态；若各峰值间隔与间隔平均值的比值不在该区间以内，则在保证该锚杆信号有效的情况下，将该处峰值统计为非单峰信号波形，锚杆在该处存在缺陷。
[0015]步骤6，计算最高点峰值Amax，以及用于拟合衰减曲线的其它杆身峰值A1、A2对应的横坐标和纵坐标。计算最高点峰值Amax具体为：将所有峰值中波幅值最大的信号对应的幅值作为最高点峰值Amax。计算其他杆身峰值A1、A2对应的横坐标和纵坐标包括：根据峰值的数学属性大于等于两侧的波幅值，计算出所有的波峰值，从最高点峰值Amax的衰减范围中选取波峰值作为A1，从A1的衰减范围中选取波峰值作为A2，分别确定A1和A2的横坐标和纵坐标，所述衰减范围为0.4～0.9。
[0016]步骤7，拟合指数函数。根据规程规定，A级锚固密实度等级波形具有指数衰减的特征，以上步骤求取的杆底峰值、最高点峰值、以及杆身峰值的部分数据，进行反射波信号的指数衰减函数拟合就是为评估是否满足该条件。
[0017]步骤8：计算坐标轴上反射波曲线与横坐标所围面积S0。已知锚杆反射波曲线是由一组离散的数据信号组成，无法求取反射波信号函数，因此，计算坐标轴上反射波曲线与横坐标所围面积S0包括：采用数值积分的方式求取反射波曲线与横坐标之间的面积，由于反射波信号采样间隔较小，所以用纵坐标的和代替作为反射信号与横坐标所围的面积S0。
[0018]步骤9：计算反射波曲线与拟合衰减函数之间的面积S=Σ(Y
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y)。采用数值积分的原理，用反射波幅值与该点处衰减函数的纵坐标差值求和代替反射波曲线与衰减函数之间的面积S。
[0019]步骤10：计算S/S0的比值β及1
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β的结果α，根据α的取值范围及波形特征将锚杆锚固质量等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。根据规程规定，锚固密实度可以根据反射波能量法计算，1
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β可近似代替锚固密实度α。所述步骤10中根据α值及波形特征对锚杆锚固质量等级进行分类包括：Ⅰ类锚杆锚固质量等级表现为：α≥95%，非单峰波形信号个数≤2，则认定锚固密实度为A级；Ⅱ类锚杆锚固质量等级表现为：α≥95%，非单峰波形信号个数＞2；或95%＞α≥80%，则认定锚固密实度为B级；Ⅲ类锚杆锚固质量等级表现为：80%＞α≥70%，则认定锚固密实度为C级；Ⅳ类锚杆锚固质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，获取待评价锚固的反射波曲线，对反射波曲线进行预处理；步骤2，根据反射波曲线的预处理结果，重新确定波形起跳点并作为新的零点；步骤3，求取y方向的峰值以及x方向修正系数；步骤4，求取杆底峰值A，并以杆底为边界舍弃杆底以后的数据，保留新的零点与杆底之间的波形数据；步骤5，判断锚杆反射波的波形是否为单峰信号，并统计非单峰信号的个数；步骤6，计算最高点峰值Amax，以及用于拟合衰减曲线的其它杆身峰值A1、A2对应的横坐标和纵坐标；步骤7，拟合指数函数；步骤8，计算坐标轴上反射波曲线与横坐标所围面积S0；步骤9，计算反射波曲线与拟合衰减函数之间的面积S=Σ(Y
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y)；步骤10，计算S/S0的比值β及1
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β的结果α，根据α的取值范围及波形特征将锚杆锚固质量等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。2.根据权利要求1所述的基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法，其特征在于：所述步骤1中预处理包括信号一致性检验、反射信号归一化处理和信号一维数字滤波处理，所述反射信号归一化处理包括x方向归一化处理和y方向归一化处理。3.根据权利要求1所述的基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法，其特征在于：所述步骤2中重新确定波形起跳点包括：从步骤1预处理后的反射波曲线零点开始，求取波形y方向绝对值的移动平均值以及波形y方向绝对值的全部平均值，以移动平均值大于全部平均值的点作为波形起跳点。4.根据权利要求1所述的基于幅值指数衰减算法的锚杆锚固质量等级评价方法，其特征在于：所述步骤3中求取x方向的修正系数包括：取前三个波峰波谷值的间隔平均值，以该间隔平均值与波形变换系数的比值作为x方向的修正系数。5.根据权利要求1所述的基于幅值指数衰减算法的锚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王开华，母丽程，杨森，
申请(专利权)人：中国水利水电第七工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：