本發(fā)明涉及錨桿無損檢測的裝置及方法，屬于工程檢測領域。

背景技術：

錨桿無損檢測是邊坡和洞室工程施工中廣泛使用的一種檢測方法，主要是通過在桿頭采用聲波進行擊發(fā)和接收，根據(jù)聲波在桿底和桿中間產(chǎn)生的反射情況來檢測錨桿長度和注漿密實度。該方法是聲波一維反射法，由于聲波在桿體內(nèi)會產(chǎn)生復雜的轉(zhuǎn)化和容易受周圍環(huán)境的噪聲干擾，檢測工作中存在干擾大、反射波信號弱、檢測精度低的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種采用余弦線性掃描信號進行錨桿無損檢測的裝置及方法，具有抗干擾能力強、不會產(chǎn)生誤判、檢測準確率高等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種采用余弦線性掃描信號進行錨桿無損檢測的方法，包括如下步驟：

①通過程序編碼生成一個具有一定時間長度、起始頻率和終止頻率的余弦信號，經(jīng)發(fā)射換能器產(chǎn)生余弦振動信號，將該振動信號作為發(fā)射信號輸出到錨桿體內(nèi)，同時接收來自桿體內(nèi)部的反射信號；

②對接收的反射信號進行解碼，解碼采用傅立葉分析方法，解碼核函數(shù)、角頻率、起始與終止頻率與發(fā)射信號相同；

③提取桿底和桿身的反射信號，評判檢測錨桿。

本發(fā)明通過程序編碼生成一個具有一定時間長度、起始頻率和終止頻率的余弦信號(由于余弦信號具有初始位移大、容易識別、精度高的特點，所以錨桿檢測選用余弦信號，而不選用正弦信號)，將其寄生在存貯器中，使用時，通過計算機指令將其發(fā)送到信號模塊上，經(jīng)放大后加到發(fā)射換能器(即下文中提到的無損檢測裝置)上產(chǎn)生余弦振動信號，進入被檢測錨桿體內(nèi)，余弦信號在錨桿體內(nèi)傳播時，遇到砂漿空腔、不密實、錨桿底端等聲波反射層時，會被反射回來，重新被錨桿頭部的接收傳感器接收和記錄。傳感器接收到的信號不僅是反射余弦信號，還包括從桿頭發(fā)射的余弦波、側(cè)面波、干擾波及其它的一些聲波，為了只提取反射波，就必須對接收到的信號進行解碼，也就是只保留與發(fā)射的余弦信號一樣的反射余弦信號。解碼采用傅立葉分析方法，解碼核函數(shù)、角頻率、起始與終止頻率與發(fā)射信號相同，經(jīng)過解碼，只保留了余弦反射信號，其它信號全被濾除。

所述步驟③中，利用L_i＝V_GT×T_i計算所有反射點長度，最遠的反射點為桿底，之前的反射點為缺陷，且成前后相關，分別計算缺陷長度，最后用計算長度合格百分比η_L，用計算注漿飽和度百分比η_B，其中L_i為反射點距桿外露端點的長度，V_GT為桿體波速度，T_i為各反射點時間，L_J為錨桿實測長度，L_s為錨桿設計長度，為空腔累計長度。

得出上述η_L和η_B后，參照說明書附圖6的表格進行錨桿質(zhì)量評判。

一種用上述無損檢測方法的無損檢測裝置，包括依次相連的電源模塊、聲波信號發(fā)射和接收模塊以及信號發(fā)射與接收探頭；所述檢測探頭包括一端為錨桿頭套筒的不銹鋼外殼，錨桿頭套筒上設置有夾緊螺絲，不銹鋼外殼內(nèi)封裝有超磁致伸縮棒，超磁致伸縮棒外側(cè)為激勵線圈，超磁致伸縮棒與錨桿頭套筒之間有隔振體，隔振體內(nèi)為壓電晶體，壓電晶體與錨桿頭套筒之間設置有金屬墊。

所述電源模塊包括依次連接的充電模塊、蓄電池和升壓整流模塊。

所述聲波信號發(fā)射和接收模塊包括：主要由信號發(fā)生器、編碼器、D/A轉(zhuǎn)換器和時鐘控制系統(tǒng)組成的發(fā)射模塊，以及主要由雙通道接收器、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示與存貯設備組成的接收模塊，發(fā)射模塊、接收模塊與信號放大單元連接。

本發(fā)明采用余弦線性掃描編碼，發(fā)射具有密碼信息的聲波信號，同時接收來自桿體內(nèi)部的反射聲波信號，通過對接收的信號進行解碼，還原發(fā)射出去的真實檢測信號，判斷檢測錨桿的長度和空腔長度。本發(fā)明具有抗干擾能力強、不會產(chǎn)生誤判、檢測準確率高等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明信號發(fā)射與接收探頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的無損檢測原理圖；

圖3是本發(fā)明無損檢測裝置的組成示意圖；

圖4為發(fā)射信號編碼流程圖；

圖5為接收解碼流程圖；

圖6為錨桿質(zhì)量評價標準表格。

具體實施方式

如圖3所示，無損檢測裝置包括依次相連的電源模塊、聲波信號發(fā)射和接收模塊以及信號發(fā)射與接收探頭。電源模塊由充電模塊、蓄電池、升壓整流模塊3部分組成；發(fā)射模塊包括信號發(fā)生器、編碼器、D/A轉(zhuǎn)換器、信號放大器和時鐘控制器5部分；接收模塊包括2通道接收、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示與存貯；

如圖1所示，檢測探頭包括一端為錨桿頭套筒2的不銹鋼外殼1，錨桿頭套筒2上設置有夾緊螺絲8，不銹鋼外殼1內(nèi)封裝有超磁致伸縮棒3，超磁致伸縮棒3外側(cè)為激勵線圈4，超磁致伸縮棒3與錨桿頭套筒2之間有隔振體5，隔振體5內(nèi)為壓電晶體6(壓電陶瓷接收晶體)，壓電晶體6與錨桿頭套筒2之間設置有金屬墊7。

如圖2所示，檢測時，將錨桿頭套筒2套在錨桿出露端，用夾緊螺絲8上緊。

如圖4所示，對發(fā)射信號進行編碼，當編碼電流通過激勵線圈4時，超磁致伸縮棒3隨著編碼信號發(fā)射伸縮，產(chǎn)生與編碼一致的聲波信號，經(jīng)桿頭傳入桿體上，當這些信號經(jīng)過有空腔的位置和到達桿的另一端時，就反射回來，被壓電晶體6接收。

檢測信號處理與計算：將檢測信號文件拷入計算機中，按圖5流程進行處理。對檢測信號進行解碼后，提取桿底和桿身的反射信號，利用L_i＝V_GT×T_i(L_i為反射點距桿外露端點的長度，V_GT為桿體波速度，T_i為各反射點時間)計算所有反射點長度，最遠的反射點為桿底，之前的反射點為缺陷，且成前后相關，分別計算缺陷長度，最后用(L_J為錨桿實測長度，L_s為錨桿設計長度)計算長度合格百分比η_L，用(L_J為錨桿實測長度，為空腔累計長度)計算注漿飽和度百分比η_B。

得出上述η_L和η_B后，參照說明書附圖6的表格進行錨桿質(zhì)量評判。

以下采用一個具體實施例來說明本發(fā)明的流程及設備：

某邊坡采用1m×1m混凝土柵格支護，柵格交叉點采用Φ26、長度5m～10m的螺紋鋼錨桿支護，現(xiàn)需要檢測錨桿長度、注漿密實度，評價錨桿錨固效果。檢測儀器與技術：

(1)錨桿無損檢測儀

錨桿無損檢測儀的發(fā)射和接收信號為聲波余弦線性掃描信號，其主要性能指標為：通道數(shù)1道，通頻帶100～20000Hz。主機聲波信號發(fā)生器為高精度、高分辨率晶體頻率振蕩發(fā)生器，16位A/D轉(zhuǎn)換，動態(tài)范圍144dB的信號放大器，時鐘控制器為高精度石英晶振型時鐘控制芯片。主機存貯采用1G電子硬盤，顯示屏為14英寸液晶屏。

余弦諧波發(fā)射長度為0.5個周期、時長100μs，掃描初始頻率2000Hz，終止頻率為10000Hz，信號編碼采用余弦泰勒級數(shù)展開技術，接收信號的解碼采用傅立葉變換。

(2)檢測探頭為集超磁發(fā)射和壓電接收為一體的聲波探頭，工作時，超磁體在主機發(fā)射控制下產(chǎn)生余弦聲波信號，信號傳播到錨桿內(nèi)，遇到不保滿的缺陷或桿底時，會產(chǎn)生回波，回波沿桿體反射回來被壓電體所接收。發(fā)射和接收振幅誤差小于5％，相位差小于0.1μs。檢測探頭結(jié)構(gòu)如圖1，不銹鋼外殼1為探頭金屬外殼，錨桿頭套筒2帶有鑲嵌槽，超磁致伸縮棒3為稀土軸向取向多晶超磁致伸縮材料，其外側(cè)為激勵線圈4，隔振體5為硅膠隔振充填體，其內(nèi)部為接收壓電晶體6，壓電晶體6為厚度2mm、直徑8mm，中頻率范圍100～30000Hz的壓電體，壓電晶體6的一側(cè)為聲傳導金屬墊7。

檢測過程：

(1)儀器現(xiàn)場處理

現(xiàn)場檢測前先除去錨桿上的掛網(wǎng)、浮漿，使用工具將埋藏在混凝土上的桿頭鑿出，使桿頭外露不少于5cm。

(2)儀器連接與安裝

儀器、探頭和錨桿的連接如圖2和圖3，先用黃油等粘合劑將探頭的鑲嵌孔充滿，然后將探頭鑲嵌在桿頭上，用螺絲上緊，桿頭與探頭間不應為空腔，以保證聲波振蕩傳播。

(3)現(xiàn)場檢測

安裝好儀器后，設置檢測工程、項目、錨桿編號等工程特性參數(shù)，設置檢測日期、儀器、檢測人員等責任參數(shù)，設置記錄長度、掃描時間間隔、檢測信號掃描長度、掃描起始和終止頻率、信號增益等儀器工作參數(shù)。

每一個錨桿進行3次檢測，3次檢測的波形相似。

檢測信號解碼和資料分析：

(1)解碼：

將檢測的信號傳到計算機上，利用聲波余弦掃描解碼軟件進行解碼，顯示接收到的回波信號，每個錨桿檢測的3個信號的解碼信號相同。

(2)解釋：

解碼后的信號無回波，說明錨桿體長度超過掃描信號接收時間范圍，或發(fā)射信號能量弱；一個或多個回波，利用綜合桿體速度和回波時間計算異常位置，最遠的為桿低反射，長度為桿長，其它的為缺陷和缺陷位置。