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一种应用于锚杆无损检测的信号激震器

关注:100发表时间:2015-06-10 00:00:00

      声频应力波法检测锚杆长度与锚固质量是目前锚杆无损检测方法中最常见的一类方法,其检测原理是:瞬态激发的声频应力波在锚固体系的传播过程中,锚固体系广义波阻抗的变化可能引起盈利波的边界效应,应力波的一部分能量可透射出锚固体系,即在锚固段上下界面、施工缺陷等边界条件变化处发生能量重分配,产生反射波和透射波,故锚固体系边界条件变化引起盈利波的相位特征,能量衰减规律反映锚杆的锚固状态。

      根据上述原理的描述,一个完整的锚杆无损检测仪包含四大部分,即信号激震装置、信号接收传感器、信号采集器以及具备强大信号分析处理功能的软件,如下图1所示。


图1  声频应力波法检测锚杆质量原理示意图

      在这四大部分中,信号接收传感器与信号采集器的要求均很容易实现;数据分析处理软件要求能自动分析、识别反射信号并自动计算出锚杆长度以及定量缺陷位置与程度;信号激震装置要求具有能量大、频率高、短脉冲、宽频带、信号稳定、可控等特点,一般要求激发频率在1 ~ 100 KHz之间。目前激震装置主要有小锤敲击、电火花震源、磁致伸缩震源、超声换能器等。


(1) 小锤敲击:小锤敲击是目前市面上锚杆无损检测仪常见的激震装置。该方式既能满足能量要求也有效减少了余震,但由于其人为操作可控性差,并且激发信号频率与实际要求有很大差距,且对直径较小的锚杆检测由于其界面小,敲击极为不便。

(2) 电火花震源:电火花振源是一种非常常见的激震方式,但其可控性同样较差,且检测过程多需要提供单独电源,使用极为不方便,目前市面上很少有锚杆无损检测配置电火花激震源。

(3) 磁致伸缩震源:超磁伸缩震源也是目前市面上锚杆无损检测仪常见的配置,我公司开发的SET-PB-01型锚杆质量检测仪即通配了超磁伸缩震源。该震源的特点是能量大、可控性好,但其余震强,很容易干扰反射信号,同样对小直径锚杆检测也极为不便。

(4) 超声换能器:超声换能器激震频率较高,可控性非常好,并且无余震干扰,但其能量小,极大限制了检测锚杆的长度,市面上已极少有锚杆质量检测仪使用此方法作为震源。

    通过上述几种信号激震装置的对比分析我们“定义”了锚杆无损检测仪激震装置的3个关键词——能量、可控、余震。围绕上述3个关键问题,公司研发团队通过数字模拟和现场模型实验提出了一种全新的信号激发方式,并开发了相应的激震装置。该方法应用了磁致伸缩原理,使锚杆杆体自激励产生一个非常稳定的信号,激发出的信号频率通过测试主机发射脉宽即可控制;由于信号为杆体自发产生,其激发出的信号能量完全符合检测要求;此外,自激励产生的信号基本无余震。下图2为激振器工作原理示意图。


图2   新型信号激震器工作原理示意图