本發(fā)明涉及煤礦錨桿錨固技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于反射能量比參量的錨固缺陷長度識別方法。
背景技術(shù)：
在煤礦錨桿錨固質(zhì)量評價中，極限錨固力是一項重要的指標(biāo)；學(xué)者們通過大量的研究，找到了錨固長度與極限錨固力之間的關(guān)系，因此，只要通過無損檢測技術(shù)測出了錨固長度，就可以利用公式計算出極限錨固力；目前錨固長度的獲取方法主要是通過在無損檢測信號中識別出錨固起始端和錨固段底端對應(yīng)的時刻，然后利用公式計算得出；但是，這種方法無法確定錨固段是否存在缺陷，而缺陷的存在會導(dǎo)致實際錨固長度減小，因此，利用這種方法計算得到的錨固長度是不準(zhǔn)確的，相應(yīng)的，由該長度計算出來的極限錨固力也不能準(zhǔn)確的反映出錨桿的錨固情況。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了基于反射能量比參量的錨固缺陷長度識別方法。
本發(fā)明提出的基于反射能量比參量的錨固缺陷長度識別方法，包括以下步驟：
S1：讀入檢測信號，從基于應(yīng)力波反射法的錨桿錨固質(zhì)量無損檢測儀器中讀入無損檢測信號，從中篩選出波形變化一致、無超量程特征的信號用于數(shù)據(jù)分析；
S2：小波多尺度分解，選擇小波基函數(shù)，然后選擇分解層數(shù)，對無損檢測信號進(jìn)行一維離散小波多尺度分解；
S3：波形比較法，將小波分解后獲得的低頻系數(shù)與檢測信號在不同尺度下的高頻系數(shù)相比較，將具有共同突變特征的地方找出來，進(jìn)而獲得錨固起始端位置和錨固段底端位置對應(yīng)的極值；
S4：理論計算法，根據(jù)錨桿和錨固段的設(shè)計長度，利用公式(lf表示錨桿自由段長度，vf表示應(yīng)力波在錨桿自由段傳播的速度)計算出錨固起始端位置對應(yīng)的應(yīng)力波傳播時間,利用公式(lm表示錨固部分的長度，vm表示固結(jié)波速)計算出錨固段底端位置對應(yīng)的應(yīng)力波傳播時間，進(jìn)而獲得錨固起始端位置和錨固段底端位置對應(yīng)的信號波形極值；
S5：計算反射能量比，將錨固起始端位置、錨固段底端位置對應(yīng)的信號波形極值數(shù)據(jù)代入公式(As為錨固起始端對應(yīng)的信號波形極值，Ae為錨固段底端對應(yīng)的信號波形極值)，計算出反射能量比值；
S6：判斷錨固缺陷長度：將反射能量比值re代入通過實驗室試驗獲得的缺陷長度與反射能量比之間的對應(yīng)關(guān)系式(式中A(re),a,b,c均為和圍巖性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，需要通過試驗來標(biāo)定),計算出錨固缺陷的具體長度ld。
優(yōu)選地，所述S2中，將無損檢測信號經(jīng)過兩組濾波器分解為第一層高頻系數(shù)和第一層低頻系數(shù)；然后將第一層低頻系數(shù)經(jīng)過兩組濾波器分解為第二層高頻系數(shù)和第二層低頻系數(shù)，接著將第二層低頻系數(shù)經(jīng)過兩組濾波器分解為第三層高頻系數(shù)和第三層低頻系數(shù)，經(jīng)過5次分解后，將無損檢測信號按照頻率高低分解開,在對信號進(jìn)行小波多尺度分解時所選的小波基函數(shù)分別為db5和db6。
優(yōu)選地，所述S3中，波形比較法包括谷峰—谷峰對應(yīng)法、峰峰—谷谷對應(yīng)法、峰谷—峰峰對應(yīng)法和峰峰—谷峰對應(yīng)法,進(jìn)行比較的波形分別為第五層低頻系數(shù)與第五層高頻系數(shù)，第五層低頻系數(shù)與第四層高頻系數(shù)。
本發(fā)明中，基于反射能量比參量的錨固缺陷長度識別方法只適用于應(yīng)力波無損檢測技術(shù),應(yīng)力波無損檢測技術(shù)是在錨桿端頭激發(fā)聲頻應(yīng)力波并接收反射波信號,通過對采集到的反射信號進(jìn)行分析來對錨桿的錨固質(zhì)量做出評價的一種無損檢測技術(shù),通過小波多尺度分解，能夠濾除無損檢測信號中高頻成分的干擾，能夠提取錨固起始端位置和錨固段底端位置對應(yīng)的極值，本發(fā)明能夠精確的識別錨固缺陷長度，方法簡單，使用方便，成本低。
附圖說明
圖1為本發(fā)明提出的基于反射能量比參量的錨固缺陷長度識別方法的原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步解說。
實施例
參考圖1，本實施例提出了基于反射能量比參量的錨固缺陷長度識別方法，包括以下步驟：
S1：讀入檢測信號，從基于應(yīng)力波反射法的錨桿錨固質(zhì)量無損檢測儀器中讀入無損檢測信號，從中篩選出波形變化一致、無超量程特征的信號用于數(shù)據(jù)分析；
S2：小波多尺度分解，選擇小波基函數(shù)，然后選擇分解層數(shù)，對無損檢測信號進(jìn)行一維離散小波多尺度分解；
S3：波形比較法，將小波分解后獲得的低頻系數(shù)與檢測信號在不同尺度下的高頻系數(shù)相比較，將具有共同突變特征的地方找出來，進(jìn)而獲得錨固起始端位置和錨固段底端位置對應(yīng)的極值；
S4：理論計算法，根據(jù)錨桿和錨固段的設(shè)計長度，利用公式(lf表示錨桿自由段長度，vf表示應(yīng)力波在錨桿自由段傳播的速度)計算出錨固起始端位置對應(yīng)的應(yīng)力波傳播時間,利用公式(lm表示錨固部分的長度，vm表示固結(jié)波速)計算出錨固段底端位置對應(yīng)的應(yīng)力波傳播時間，進(jìn)而獲得錨固起始端位置和錨固段底端位置對應(yīng)的信號波形極值；
S5：計算反射能量比，將錨固起始端位置、錨固段底端位置對應(yīng)的信號波形極值數(shù)據(jù)代入公式(As為錨固起始端對應(yīng)的信號波形極值，Ae為錨固段底端對應(yīng)的信號波形極值)，計算出反射能量比值；
S6：判斷錨固缺陷長度：將反射能量比值re代入通過實驗室試驗獲得的缺陷長度與反射能量比之間的對應(yīng)關(guān)系式(式中A(re),a,b,c均為和圍巖性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，需要通過試驗來標(biāo)定),計算出錨固缺陷的具體長度ld。
本實施例中，S2中，將無損檢測信號經(jīng)過兩組濾波器分解為第一層高頻系數(shù)和第一層低頻系數(shù)；然后將第一層低頻系數(shù)經(jīng)過兩組濾波器分解為第二層高頻系數(shù)和第二層低頻系數(shù)，接著將第二層低頻系數(shù)經(jīng)過兩組濾波器分解為第三層高頻系數(shù)和第三層低頻系數(shù)，經(jīng)過5次分解后，將無損檢測信號按照頻率高低分解開，在對信號進(jìn)行小波多尺度分解時所選的小波基函數(shù)分別為db5和db6,S3中，波形比較法包括谷峰—谷峰對應(yīng)法、峰峰—谷谷對應(yīng)法、峰谷—峰峰對應(yīng)法和峰峰—谷峰對應(yīng)法，進(jìn)行比較的波形分別為第五層低頻系數(shù)與第五層高頻系數(shù)，第五層低頻系數(shù)與第四層高頻系數(shù)。
在具體應(yīng)用時需要注意的是：無論是利用波形比較法還是數(shù)值計算法，或者是兩種方法相結(jié)合，都不能保證準(zhǔn)確的識別出錨固起始端和錨固段底端對應(yīng)的位置，而如果這兩個位置識別的不準(zhǔn)確，就會導(dǎo)致利用反射能量比方法對缺陷長度的判斷結(jié)果出現(xiàn)很大的偏差。因此，為了保證判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，在實際應(yīng)用中，需要采取“信號在多個尺度上進(jìn)行識別→分別計算re值→re值取平均”的方法。具體處理步驟如下：
①分別以db5和db6作為小波基把檢測信號分解到第5層。取其中的db5-d4層、db5-d5層、db6-d4層和db6-d5層共四組分解信號。
②利用S3、S4中所述的錨固起始端和錨固段底端位置識別方法在四組分解信號上分別進(jìn)行位置識別?？紤]到不同組分解信號中錨固起始端和錨固段底端對應(yīng)位置的識別結(jié)果具有一定的偏差，為了保證識別結(jié)果的準(zhǔn)確性，每組信號均按照識別規(guī)則識別出兩組結(jié)果。
③將每組識別結(jié)果分別代入式(As為錨固起始端對應(yīng)的信號波形極值，Ae為錨固段底端對應(yīng)的信號波形極值)計算反射能量比值，得到8個結(jié)果。將8個結(jié)果取平均得到re的平均值，將該值代入S6中進(jìn)行計算。
基于反射能量比參量的錨固缺陷長度識別方法通過對無損檢測信號進(jìn)行小波多尺度分解，能夠濾除信號中較高頻率成分的干擾，對信號中的相對較低的頻率成分進(jìn)行分析，本發(fā)明能夠精確的識別錨固缺陷長度，方法簡單，使用方便，成本低。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。