CN114088615B - 一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，包括钢质杆件、车体、振动马达、频率检测元件和集成引线束，所述钢质杆件的内部开设有通槽，所述车体放置在通槽的内部，所述车体的顶部分别开设有第一安装槽和第二安装槽，本发明是基于岩土工程、结构工程中大量使用的钢筋、锚杆等钢质杆件作为“信号发生器”，通过在钢质杆件内部挖槽，安置可移动的激振装置及频率传感元件，并利用具有刻度的集成引线束精准确定激振装置及频率传感元件的位置，可实现对金属杆件全长任意位置进行激励及信号采集的操作，并且本发明设计的激振及检测元件可回收及重复利用，也便于维修，能显著降低检测成本。

Description

一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备

技术领域

本发明涉及材料强度检测装备技术领域，具体涉及一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备。

背景技术

在地下工程领域，准确、全面地获取岩石及胶凝类材料的强度信息对巷道、边坡及建筑结构风险评估具有重要意义。目前，常用的岩石及胶凝类材料的强度检测方法主要有钻芯试验法、超声波速法、回弹法以及拔出法等，其中钻芯试验法及拔出法会对原有结构造成损伤，不适合大量采用；回弹法检测只针对结构表面，对于大体积混凝土等胶凝类材料试件的强度检测并不适应；而超声波速法受环境干扰大，并且检测结果仅代表检测范围内的平均结果，无法精准给出指定位置点的材料强度情况。

基于上述情况，第一发明申请人所在团队公开了申请号为202010421408.1《评价岩石及胶凝类材料损伤情况的检测系统和方法》，该申请文件中提出利用与材料耦合金属杆件的振动频率来检测材料强度，但实际应用过程显示，当金属杆件较短时（不大于0.8m），仅通过外端部激振即可对杆件全长范围进行检测，但当金属杆件较长时（大于0.8 m），仅通过金属杆件外端部激励得到的锚杆振动波形衰减较快，难以传递至杆件尾部，导致有效波形“淹没”在噪音波形中无法识别，另外，在原有的发明中，频率检测元件需事先黏贴，不仅不可回收，检测位置也是固定的，很显然，能够发明一种全长范围内可激振、可采集信息的构件装备对于更全面、更准确地检测大尺度岩石及胶凝类材料试件不同位置处的强度具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，包括钢质杆件、车体、振动马达、频率检测元件和集成引线束，所述钢质杆件的内部开设有通槽，所述车体放置在通槽的内部，所述车体的顶部分别开设有第一安装槽和第二安装槽，所述频率检测元件固定安装在第一安装槽的内部，所述振动马达固定安装在第二安装槽的内部，所述频率检测元件和振动马达的下端均贯穿到车体的下方，所述集成引线束固定安装在车体的一侧。

进一步地，所述车体的内部包含有驱动马达，且驱动马达为车体的行走轮提供动力，所述车体内部的驱动马达为伺服电机，且可正反转，所述车体的最大速度为0.02m/s。

进一步地，所述车体的主体为遥控电动小车，所述车体的内部含有电源模块，所述车体内部的驱动马达和振动马达均通过电源模块供电。

进一步地，所述集成引线束与频率检测元件和振动马达电性连接，所述集成引线束的另一端与外置主机电性连接。

进一步地，所述通槽为曲墙式设计，且该曲墙式设计中通槽的底部为平底设计，所述钢质杆件的外径为28mm，所述钢质杆件与岩石或胶凝类材料耦合在一起。

进一步地，所述车体的顶部和侧边均固定安装有稳定保障结构，所述稳定保障结构远离车体的一侧与通槽的内壁贴合，所述稳定保障结构的主体为轮盘。

进一步地，所述集成引线束的表面刻设有刻度线，所述频率检测元件通过集成引线束供电。

进一步地，所述频率检测元件与振动马达的底端均固定安装有磁铁，所述磁铁的底部与通槽内腔的底部贴合。

本发明的有益效果是，现有利用金属杆件振动频率检测所耦合材料强度的技术，激振点仅局限于金属杆件外端部，但此种激振方式得到的锚杆振动波形衰减较快，当金属杆件长度大于0.8 m时，振动波形难以传递至杆件尾部，导致有效波形“淹没”在噪音波形中无法识别，另外，原有的检测技术涉及采用的频率检测元件需事先黏贴，不仅不可回收，检测位置也是固定的，本发明是基于岩土工程、结构工程中大量使用的钢筋、锚杆等钢质杆件作为“信号发生器”，通过在钢质杆件内部挖槽，安置可移动的激振装置及频率传感元件，并利用具有刻度的集成引线束精准确定激振装置及频率传感元件的位置，可实现对金属杆件全长任意位置进行激励及信号采集的操作，并且本发明设计的激振及检测元件可回收及重复利用，也便于维修，能显著降低检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明实际检测状态下的示意图；

图2：本发明所述图1中A处局部放大图；

图3：本发明所述钢质杆件和车体的左视图；

图4：本发明所述车体的俯视图。

附图标记如下：

1、钢质杆件；2、车体；3、振动马达；4、频率检测元件；5、集成引线束；6、通槽；7、稳定保障结构；8、磁铁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，包括钢质杆件1、车体2、振动马达3、频率检测元件4和集成引线束5，钢质杆件1的内部开设有通槽6，车体2放置在通槽6的内部，车体2的顶部分别开设有第一安装槽和第二安装槽，频率检测元件4固定安装在第一安装槽的内部，振动马达3固定安装在第二安装槽的内部，频率检测元件4和振动马达3的下端均贯穿到车体2的下方，集成引线束5固定安装在车体2的一侧。

优选的，车体2的内部包含有驱动马达，且驱动马达为车体2的行走轮提供动力，车体2内部的驱动马达为伺服电机，且可正反转，车体2的最大速度为0.02m/s，由于车体2的内部设置有伺服电机，因此车体2能够具备前进以及后退的功能，而且速度为可调节的状态。

优选的，车体2的主体为遥控电动小车，车体2的内部含有电源模块，车体2内部的驱动马达和振动马达3均通过电源模块供电，该装置中的遥控电动小车为非钢制设计，且遥控电动小车通过外部的遥控设备进行遥控操作。

优选的，集成引线束5与频率检测元件4和振动马达3电性连接，集成引线束5的另一端与外置主机电性连接，该装置中振动马达3的振动形式（波形、频率和振幅）以及频率检测元件4的采集时间和频率等均通过外置主机来进行设置。

优选的，通槽6为曲墙式设计，且该曲墙式设计中通槽6的底部为平底设计，钢质杆件1的外径为28mm，钢质杆件1与岩石或胶凝类材料耦合在一起，由于通槽6为曲墙式设计，且底部为平底，能够为车体2的顺利移动创造条件，且能够保证在车体2移动的过程中不会产生倾斜现象。

优选的，车体2的顶部和侧边均固定安装有稳定保障结构7，稳定保障结构7远离车体2的一侧与通槽6的内壁贴合，稳定保障结构7的主体为轮盘，稳定保障结构7的设置，能够保证车体2在通槽6的内部直线行驶，不会产生偏移行驶轨道的现象。

本发明的一个具体实施方式为：

如图1所示，钢质杆件1与岩石或胶凝类材料的耦合形式，具体可通过预埋浇筑或钻孔安装的方式实现，所采用的钢质杆件1在与材料耦合前已进行了开槽工作，并在通槽6内部放置了安装振动马达3及频率检测元件4的遥控电动小车。

如图2所示，频率检测元件4与振动马达3的底端均固定安装有磁铁8，磁铁8的底部与通槽6内腔的底部贴合，通过磁铁8的设置，能够保证振动马达3和频率检测元件4与通槽6的内壁贴合，使振动马达3能带动钢质杆件1一同振动，而频率检测元件4能随钢质杆件1同步振动。

如图4所示，集成引线束5的表面刻设有刻度线，频率检测元件4通过集成引线束5供电，车体2在通槽6中的行驶距离可通过集成引线束5上的刻度线来识别，并且该装置亦可通过外置的激光雷达测距设备进行测距，以便于精确了解车体2的测量位置。

该装置的工作原理如下：通过外部遥控器来遥控车体2，并且车体2可带动振动马达3及频率检测元件4前后运动，根据具有刻度线的集成引线束5能够将振动马达3及频率检测元件4传送至钢质杆件1指定位置，然后，通过针对频率检测元件4及振动马达3先后给出信号采集指令与特定形式的振动指令，可对钢质杆件1指定位置处的振动频率进行采集，进而根据已授权专利《评价岩石及胶凝类材料损伤情况和检测系统》反演钢质杆件1指定位置处所耦合材料的强度。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，其特征在于：包括钢质杆件（1）、车体（2）、振动马达（3）、频率检测元件（4）和集成引线束（5），所述钢质杆件（1）的内部开设有通槽（6），所述车体（2）放置在通槽（6）的内部，所述车体（2）的顶部分别开设有第一安装槽和第二安装槽，所述频率检测元件（4）固定安装在第一安装槽的内部，所述振动马达（3）固定安装在第二安装槽的内部，所述频率检测元件（4）和振动马达（3）的下端均贯穿到车体（2）的下方，所述集成引线束（5）固定安装在车体（2）的一侧；

所述通槽（6）为曲墙式设计，且该曲墙式设计中通槽（6）的底部为平底设计，所述钢质杆件（1）的外径为28mm，所述钢质杆件（1）与岩石或胶凝类材料耦合在一起；

所述车体（2）的顶部和侧边均固定安装有稳定保障结构（7），所述稳定保障结构（7）远离车体（2）的一侧与通槽（6）的内壁贴合，所述稳定保障结构（7）的主体为轮盘；

所述频率检测元件（4）与振动马达（3）的底端均固定安装有磁铁（8），所述磁铁（8）的底部与通槽（6）内腔的底部贴合；

所述集成引线束（5）的表面刻设有刻度线，所述频率检测元件（4）通过集成引线束（5）供电。

2.根据权利要求1所述的一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，其特征在于：所述车体（2）的内部包含有驱动马达，且驱动马达为车体（2）的行走轮提供动力，所述车体（2）内部的驱动马达为伺服电机，且可正反转，所述车体（2）的最大速度为0.02m/s。

3.根据权利要求2所述的一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，其特征在于：所述车体（2）的主体为遥控电动小车，所述车体（2）的内部含有电源模块，所述车体（2）内部的驱动马达和振动马达（3）均通过电源模块供电。

4.根据权利要求1所述的一种检测岩石及胶凝类材料强度的全长可激振构件装备，其特征在于：所述集成引线束（5）与频率检测元件（4）和振动马达（3）电性连接，所述集成引线束（5）的另一端与外置主机电性连接。