專利名稱：利用超聲導(dǎo)波無損檢測埋置于不同介質(zhì)中錨桿長度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲導(dǎo)波無損檢測埋置于不同介質(zhì)中錨桿長度的方法，屬于無損檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水利水電工程、城市建設(shè)、公路鐵路建設(shè)等工程中大量的采用錨桿支護(hù)技術(shù)(即將錨桿埋入巖石或土壤中以增強(qiáng)巖石或土壤的支護(hù)能力)。由于工作環(huán)境較惡劣，如水份、潮濕空氣、雨水等液體滲入到金屬錨桿，致使錨桿發(fā)生局部腐蝕而引起的應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致錨桿的斷裂?；蛞蛲翆印r層的橫向滑動，使錨桿的應(yīng)力狀況發(fā)生改變，從軸向拉應(yīng)力變?yōu)闄M向剪應(yīng)力，最終導(dǎo)致錨桿被剪斷而失效。除此之外，施工過程中，個別施工方為謀取不當(dāng)利益，偷工減料，往往擅自縮短錨桿長度，使其達(dá)不到設(shè)計承載強(qiáng)度，給巖土工程造成潛在的事故隱患。由于這幾種方式存在著很強(qiáng)的隱蔽性，對其進(jìn)行有效的檢測存在很大的困難。
國外雖然已經(jīng)對利用導(dǎo)波進(jìn)行錨桿長度檢測有所研究，但在每次檢測之前必須分析周圍介質(zhì)具體性質(zhì)，由于實際工程中錨桿工作環(huán)境較為復(fù)雜，周圍介質(zhì)具體參數(shù)很難準(zhǔn)確確定，采用此方法費(fèi)時費(fèi)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有導(dǎo)波檢測技術(shù)中存在的不足，提供了一種利用超聲導(dǎo)波無損檢測埋置于不同介質(zhì)中錨桿長度的方法，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測埋于不同介質(zhì)中錨桿的長度。
本發(fā)明為一種利用超聲導(dǎo)波無損檢測埋置于不同介質(zhì)中錨桿長度的方法，其特征在于，該種方法是按以下步驟進(jìn)行檢測的1)確定被檢測自由錨桿的有效直徑、密度、縱波波速、橫波波速，其中，光滑錨桿有效直徑即為標(biāo)注直徑，螺紋錨桿有效直徑為去除螺紋后桿體實際直徑，計算自由錨桿群速度頻散曲線；2)從自由錨桿群速度頻散曲線上選取0-1MHz范圍內(nèi)群速度在4000m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率、1-2MHz范圍內(nèi)群速度在4700m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率、2-3MHz范圍內(nèi)群速度在5300m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率、3MHz以上范圍內(nèi)群速度在5600m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率作為檢測頻率；3)將所選檢測頻率輸入任意函數(shù)發(fā)生器1，任意函數(shù)發(fā)生器1生成中心頻率為該檢測頻率的單音頻信號，經(jīng)功率放大模塊2放大后，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊3傳輸至置于埋于介質(zhì)中錨桿端部的導(dǎo)波收發(fā)元件4，在錨桿中激勵縱向軸對稱導(dǎo)波模態(tài)；該導(dǎo)波模態(tài)遇到錨桿端部產(chǎn)生端面回波，由同一導(dǎo)波收發(fā)元件4接收此端面回波信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊3傳輸至增益放大模塊5，經(jīng)增益放大模塊5放大后傳至示波器6；通過示波器6顯示的端面反射波形圖確定端面回波對應(yīng)時間，從自由錨桿群速度頻散曲線中獲取對應(yīng)該檢測頻率下縱向模態(tài)的群速度，用此群速度乘以端面回波對應(yīng)時間，除以2，即得到埋于介質(zhì)中的工程錨桿的測量長度。
所述的導(dǎo)波收發(fā)元件4為壓電超聲探頭、電磁導(dǎo)波探頭或單晶探頭。
本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點(1)無需考慮錨桿周圍介質(zhì)影響，適用于各種工況；(2)檢測準(zhǔn)確度高，誤差能夠滿足工程要求；(3)檢測成本低。


圖1檢測裝置原理2檢測方法流程示意3自由錨桿縱向軸對稱模態(tài)群速度頻散曲線圖4激勵信號中心頻率為2.61MHz時所接收的埋于水泥中工程錨桿端面反射波形具體實施方式
以下結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例
如圖1所示，本實施例中錨桿為長度2m，直徑22mm的冷拉二級光滑圓鋼。密度為7800kg/m3，縱波波速為5960m/s，橫波波速為3260m/s。周圍介質(zhì)選用水泥凈漿。
1)根據(jù)工程錨桿參數(shù)，計算群速度頻散曲線，在2-3MHz范圍內(nèi)選取群速度為5758m/s模態(tài)所對應(yīng)頻率2.61MHz作為檢測頻率；2)將檢測頻率輸入任意函數(shù)發(fā)生器1，任意函數(shù)發(fā)生器1產(chǎn)生一個中心頻率為2.61MHz的單音頻信號。經(jīng)功率放大模塊2進(jìn)行電流放大，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊3施加于導(dǎo)波收發(fā)元件4上，在被測錨桿中產(chǎn)生縱向軸對稱導(dǎo)波模態(tài)；導(dǎo)波收發(fā)元件4由壓電探頭、電磁導(dǎo)波探頭或單晶探頭組成；3)上述縱向軸對稱導(dǎo)波模態(tài)在錨桿另一端部反射，導(dǎo)波收發(fā)元件接收到縱向?qū)Рǖ腻^桿端部回波信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊3，并由增益放大模塊5放大電流信號后，送入示波器6；4)根據(jù)示波器6上顯示的端面反射波形圖，確定端面回波時間，將其乘以此頻率下的縱向?qū)РB(tài)在自由錨桿群速度頻散曲線上所對應(yīng)的群速度，并除以2，即得到錨桿長度。
圖4為2.61MHz頻率下所接收的埋于水泥中工程錨桿端面反射波形圖。第一次端面回波時間為0.705ms，此頻率下自由錨桿導(dǎo)波模態(tài)的群速度為5758m/s，故錨桿長度計算為2.03m，誤差僅為1.5％。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲導(dǎo)波無損檢測埋置于不同介質(zhì)中錨桿長度的方法，其特征在于，該種方法是按以下步驟進(jìn)行檢測的1)確定被檢測自由錨桿的有效直徑、密度、縱波波速、橫波波速，其中，光滑錨桿有效直徑即為標(biāo)注直徑，螺紋錨桿有效直徑為去除螺紋后桿體實際直徑，計算自由錨桿群速度頻散曲線；2)從自由錨桿群速度頻散曲線上選取0-1MHz范圍內(nèi)群速度在4000m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率、1-2MHz范圍內(nèi)群速度在4700m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率、2-3MHz范圍內(nèi)群速度在5300m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率、3MHz以上范圍內(nèi)群速度在5600m/s以上縱向軸對稱模態(tài)所對應(yīng)頻率作為檢測頻率；3)將所選檢測頻率輸入任意函數(shù)發(fā)生器1，任意函數(shù)發(fā)生器1生成中心頻率為該檢測頻率的單音頻信號，經(jīng)功率放大模塊2放大后，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊3傳輸至置于埋于介質(zhì)中錨桿端部的導(dǎo)波收發(fā)元件4，在錨桿中激勵縱向軸對稱導(dǎo)波模態(tài)；該導(dǎo)波模態(tài)遇到錨桿端部產(chǎn)生端面回波，由同一導(dǎo)波收發(fā)元件4接收此端面回波信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊3傳輸至增益放大模塊5，經(jīng)增益放大模塊5放大后傳至示波器6；通過示波器6顯示的端面反射波形圖確定端面回波對應(yīng)時間，從自由錨桿群速度頻散曲線中獲取對應(yīng)該檢測頻率下縱向模態(tài)的群速度，用該群速度乘以端面回波對應(yīng)時間，除以2，即得到埋于介質(zhì)中的工程錨桿的測量長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲導(dǎo)波無損檢測埋置于不同介質(zhì)中錨桿長度的方法，其特征在于所述的導(dǎo)波收發(fā)元件4為壓電超聲探頭、電磁導(dǎo)波探頭或單晶探頭。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用超聲導(dǎo)波無損檢測埋置于不同介質(zhì)中錨桿長度的方法，屬于無損檢測領(lǐng)域。該方法是先確定自由錨桿的參數(shù)，計算自由錨桿群速度頻散曲線；從該曲線上選取檢測頻率并輸入任意函數(shù)發(fā)生器(1)生成單音頻信號，經(jīng)功率放大模塊(2)、轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊(3)、導(dǎo)波收發(fā)元件(4)，在錨桿中激勵縱向軸對稱導(dǎo)波模態(tài)；該導(dǎo)波模態(tài)遇到錨桿端部產(chǎn)生端面回波，該端面回波經(jīng)導(dǎo)波收發(fā)元件4、轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊3、增益放大模塊5傳至示波器6；確定端面回波對應(yīng)時間，從自由錨桿群速度頻散曲線中獲取群速度，用此群速度乘以端面回波時間，除以2，得到工程錨桿的長度。本發(fā)明具有無需考慮錨桿周圍介質(zhì)、檢測準(zhǔn)確度高、檢測成本低等優(yōu)點。
文檔編號G01S15/00GK1834580SQ20061007864
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者何存富, 孫雅欣, 吳斌, 王秀彥, 張青 申請人:北京工業(yè)大學(xué)