CN1834580A - 利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法，属于无损检测领域。该方法是先确定自由锚杆的参数，计算自由锚杆群速度频散曲线；从该曲线上选取检测频率并输入任意函数发生器(1)生成单音频信号，经功率放大模块(2)、转换开关模块(3)、导波收发元件(4)，在锚杆中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态遇到锚杆端部产生端面回波，该端面回波经导波收发元件4、转换开关模块3、增益放大模块5传至示波器6；确定端面回波对应时间，从自由锚杆群速度频散曲线中获取群速度，用此群速度乘以端面回波时间，除以2，得到工程锚杆的长度。本发明具有无需考虑锚杆周围介质、检测准确度高、检测成本低等优点。

Description

利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法
技术领域
本发明涉及一种利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法，属于无损检测领域。
背景技术
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。除此之外，施工过程中，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。
国外虽然已经对利用导波进行锚杆长度检测有所研究，但在每次检测之前必须分析周围介质具体性质，由于实际工程中锚杆工作环境较为复杂，周围介质具体参数很难准确确定，采用此方法费时费力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有导波检测技术中存在的不足，提供了一种利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法，能够快速、准确地检测埋于不同介质中锚杆的长度。
本发明为一种利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法，其特征在于，该种方法是按以下步骤进行检测的：
1)确定被检测自由锚杆的有效直径、密度、纵波波速、横波波速，其中，光滑锚杆有效直径即为标注直径，螺纹锚杆有效直径为去除螺纹后杆体实际直径，计算自由锚杆群速度频散曲线；
2)从自由锚杆群速度频散曲线上选取0-1MHz范围内群速度在4000m/s以上纵向轴对称模态所对应频率、1-2MHz范围内群速度在4700m/s以上纵向轴对称模态所对应频率、2-3MHz范围内群速度在5300m/s以上纵向轴对称模态所对应频率、3MHz以上范围内群速度在5600m/s以上纵向轴对称模态所对应频率作为检测频率；
3)将所选检测频率输入任意函数发生器1，任意函数发生器1生成中心频率为该检测频率的单音频信号，经功率放大模块2放大后，通过转换开关模块3传输至置于埋于介质中锚杆端部的导波收发元件4，在锚杆中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态遇到锚杆端部产生端面回波，由同一导波收发元件4接收此端面回波信号，经转换开关模块3传输至增益放大模块5，经增益放大模块5放大后传至示波器6；通过示波器6显示的端面反射波形图确定端面回波对应时间，从自由锚杆群速度频散曲线中获取对应该检测频率下纵向模态的群速度，用此群速度乘以端面回波对应时间，除以2，即得到埋于介质中的工程锚杆的测量长度。
所述的导波收发元件4为压电超声探头、电磁导波探头或单晶探头。
本发明主要具有以下优点：(1)无需考虑锚杆周围介质影响，适用于各种工况；(2)检测准确度高，误差能够满足工程要求；(3)检测成本低。
附图说明
图1检测装置原理图
图2检测方法流程示意图
图3自由锚杆纵向轴对称模态群速度频散曲线
图4激励信号中心频率为2.61MHz时所接收的埋于水泥中工程锚杆端面反射波形
具体实施方式
以下结合本发明的内容提供以下实施例：
如图1所示，本实施例中锚杆为长度2m，直径22mm的冷拉二级光滑圆钢。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。
1)根据工程锚杆参数，计算群速度频散曲线，在2-3MHz范围内选取群速度为5758m/s模态所对应频率2.61MHz作为检测频率；
2)将检测频率输入任意函数发生器1，任意函数发生器1产生一个中心频率为2.61MHz的单音频信号。经功率放大模块2进行电流放大，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；导波收发元件4由压电探头、电磁导波探头或单晶探头组成；
3)上述纵向轴对称导波模态在锚杆另一端部反射，导波收发元件接收到纵向导波的锚杆端部回波信号，经转换开关模块3，并由增益放大模块5放大电流信号后，送入示波器6；
4)根据示波器6上显示的端面反射波形图，确定端面回波时间，将其乘以此频率下的纵向导波模态在自由锚杆群速度频散曲线上所对应的群速度，并除以2，即得到锚杆长度。
图4为2.61MHz频率下所接收的埋于水泥中工程锚杆端面反射波形图。第一次端面回波时间为0.705ms，此频率下自由锚杆导波模态的群速度为5758m/s，故锚杆长度计算为2.03m，误差仅为1.5％。

Claims (2)

1、一种利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法，其特征在于，该种方法是按以下步骤进行检测的：
1)确定被检测自由锚杆的有效直径、密度、纵波波速、横波波速，其中，光滑锚杆有效直径即为标注直径，螺纹锚杆有效直径为去除螺纹后杆体实际直径，计算自由锚杆群速度频散曲线；
2)从自由锚杆群速度频散曲线上选取0-1MHz范围内群速度在4000m/s以上纵向轴对称模态所对应频率、1-2MHz范围内群速度在4700m/s以上纵向轴对称模态所对应频率、2-3MHz范围内群速度在5300m/s以上纵向轴对称模态所对应频率、3MHz以上范围内群速度在5600m/s以上纵向轴对称模态所对应频率作为检测频率；
3)将所选检测频率输入任意函数发生器1，任意函数发生器1生成中心频率为该检测频率的单音频信号，经功率放大模块2放大后，通过转换开关模块3传输至置于埋于介质中锚杆端部的导波收发元件4，在锚杆中激励纵向轴对称导波模态；该导波模态遇到锚杆端部产生端面回波，由同一导波收发元件4接收此端面回波信号，经转换开关模块3传输至增益放大模块5，经增益放大模块5放大后传至示波器6；通过示波器6显示的端面反射波形图确定端面回波对应时间，从自由锚杆群速度频散曲线中获取对应该检测频率下纵向模态的群速度，用该群速度乘以端面回波对应时间，除以2，即得到埋于介质中的工程锚杆的测量长度。
2、根据权利要求1所述的一种利用超声导波无损检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法，其特征在于：所述的导波收发元件4为压电超声探头、电磁导波探头或单晶探头。
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