申请/专利权人：长江地球物理探测(武汉)有限公司

申请日：2017-08-10

公开（公告）日：2024-01-30

公开（公告）号：CN107356673B

主分类号：G01N29/04

分类号：G01N29/04;G01N29/22

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.30#授权;2017.12.12#实质审查的生效;2017.11.17#公开

摘要：一种用于工程设备无损检测领域中锚杆无损检测方法的增强锚杆底端反射信号的装置以及相应增强锚杆底端反射信号的方法。装置包括最外层、第二层以及最内圈三层结构，具体由圆筒形外壳、接合段、空腔段、反射弧、固定螺栓等部分组成。圆筒形外壳作为装置最外层与锚杆孔孔壁及砂浆接触，接合段、固定螺栓与锚杆杆体接触，用来将装置固定在锚杆杆体上，空腔段及反射弧用来使入射信号产生强反射。增强锚杆底端反射型号的方法包括将上述装置固定在锚杆底端，利用锚杆杆体与底端环境波阻抗差异越大、反射能量越强特性，通过该装置可以使入射信号在锚杆杆体底端产生最大反射，从而达到增强锚杆无损检测底端反射信号的目的。

主权项：1.一种使用增强锚杆底端反射信号装置的无损检测方法，其特征在于：所述装置能够安装固定在锚杆的底端，所述装置包括外壳，外壳的内部侧壁划分为接合段和空腔段，其中所述接合段的侧壁与所述锚杆杆体接触并固定在一起，所述外壳的底部内壁上设计有反射弧，所述空腔段和所述反射弧用来使入射信号产生强反射；所述外壳的内部侧壁形成高低不同的第二层和最内圈两层，其与所述外壳的最外层形成三层结构；所述外壳为圆筒形，所述最外层的直径小于锚杆孔直径10-20mm，所述第二层的直径大于锚杆杆体直径，所述最内圈的直径小于锚杆杆体直径；其中所述第二层对应所述接合段，所述最内圈对应所述空腔段，在所述第二层与所述最内圈之间设置有顶托段，所述顶托段用于托住锚杆底部；所述第二层的直径大于锚杆杆体直径1～2mm；所述最内圈直径小于锚杆杆体直径2～4mm；所述第二层对应所述接合段的长度为4cm，所述最内圈对应所述空腔段的长度为5～8cm，所述顶托段的长度为4mm；或者，所述外壳为圆筒形，所述最外层的直径小于锚杆孔直径10-20mm，所述第二层的直径与锚杆杆体直径一致，所述最内圈的直径大于锚杆杆体直径；其中所述第二层对应所述接合段，所述最内圈对应所述空腔段；所述最内圈直径大于锚杆杆体直径2～4mm；所述第二层对应所述接合段的长度为4cm，所述最内圈对应所述空腔段的长度为5～8cm；在所述接合段设置有固定螺栓，用于增强所述装置与所述锚杆的接合牢固度；所述装置的材料包括聚乙烯，由空气及聚乙烯反射介质组成反射材料；所述方法包括如下步骤：将所述装置安装固定在锚杆底端；在锚杆端头激发一定频率的弹性波；通过检测仪采集来自安装固定有所述装置的锚杆杆体底端的反射信号。

全文数据：一种増强锚杆底端反射信号的装置及使用该装置的检测方法技术领域[0001]本发明属于工程设备无损检测技术领域，特别涉及一种能够增强锚杆无损检测中锚杆底端反射信号的装置以及使用该装置的检测方法，从而降低锚杆检测资料分析的难度、提高锚杆无损检测方法的准确性和精确度，从而更客观准确评价锚杆锚固质量状态。背景技术[0002]锚杆支护在水利水电、矿山、公路铁路等隧道、边坡岩土工程中广泛使用。而锚杆支护工程质量的判断和评价需要通过锚杆无损检测技术来实现。[0003]锚杆无损检测技术作为锚杆支护工程中常用的质量检测方法。其工作原理就是在锚杆端头激发弹性波，弹性波在锚杆杆体体系中传播，在传播至锚杆杆体底端后发生反射，产生的反射波被安装在锚杆端头的接收器所接收。通过分析来自锚杆底端的反射信号，来评价锚杆锚固质量。此方法的核心要素就是分析来自锚杆底端的反射信号，当锚杆底端反射能量越强，接收到的锚杆底端反射信号就越清晰，通过分析清晰的锚杆底端反射信号就可以对所检测的锚杆锚固质量状态做出准确的评价。而当锚杆底端的反射能量较小时，接收到的锚杆底端反射信号就难于识别，就无法对所检测的锚杆锚固质量状态做出准确的评价。[0004]在锚杆支护质量检测过程中，因锚杆杆体底端与砂浆胶结较好时，锚杆与砂浆波阻抗差异较小，难于发生较强反射，导致可以进行分析的有效信号微弱、甚至无法识别的情况是经常能遇到的，这在种情况下，检测人员很难对所检测的锚杆锚固质量状态做出准确的评价。在以往的研宄中，对于此类问题的研宄都集中在如何在微弱的反射信号中提取出有效反射信号，然而此种方法费时费力，而且准确性也较低。[0005]相比于现有技术，如〇呢014644281、0呢0153238111、0见01650341六，本申请在关键环节上存在明显的优势。第一个关键环节是在锚杆插孔过程中，底端反射装置在锚杆杆体与孔壁有较大磨擦阻力情况下能不能牢固安装在锚杆底端，本专利对底端反射信号增强装置与锚杆的结合进行了详尽及巧妙的设计，保证了底端反射装置在有较大磨擦阻力情况还能够牢固安装在锚杆底端;第二个关键环节是锚杆底端反射介质，本专利基于波阻抗原理，入射波传播到锚杆底端能反射强反射的原因，是入射波遇到了两种波阻抗差异较大的传播介质，本专利通过各种测试及对比，明确了由空气及聚乙烯反射介质组成的反射材料，两种材质波阻抗差异都与锚杆及混泥土有非常大的差异。发明内容[0006]针对上述存在的技术问题，本发明突破传统思维，以波阻抗原理为基础进行延伸，利用入射波在两种介质中传播时，两种介质波阻抗差异越大，在两种介质表面发生反射能量就越强的特性，设计出一种可以增强锚杆无损检测底端反射信号的装置，并通过各种试验测试及对比，获得了空气、聚乙稀、混凝土、锚杆等一系列材料的波阻抗参数，其中空气的波阻抗接近于零、聚乙烯波阻抗约为0•49，混凝土波阻抗约为8•6，锚杆材质波阻抗约为40.6,通过选取其中波阻抗差异较大的空气及聚乙烯反射介质组成的底端反射装置材料。在检测方法中通过使用该装置设置出锚杆杆体底端与接触环境之间的最大波阻抗差异，从而使入射信号在锚杆杆体底端产生最大反射，进而通过分析清晰的增强后的锚杆底端反射信号，达到降低锚杆无损检测资料分难、费时费力以及准确性较低的技术问题。[0007]一种增强锚杆底端反射信号的装置，其能够安装固定在锚杆的底端，装置包括外壳，外壳的内部侧壁划分为接合段和空腔段，其中接合段的侧壁与锚杆杆体接触并固定在一起，外壳的底部内壁上设计有反射弧，空腔段和反射弧用来使入射信号产生强反射。[0008]其中，外壳的内部侧壁形成高低不同的第二层和最内圈两层，其与外壳的最外层形成三层结构。[0009]优选的，外壳为圆筒形，最外层的直径小于锚杆孔，第二层的直径大于锚杆杆体直径，最内圈的直径小于锚杆杆体直径;其中第二层对应接合段，最内圈对应空腔段，在第二层与最内圈之间设置有顶托段，上述顶托段用于托住锚杆底部。其中最外层的直径小于锚杆孔10-20mm;第二层的直径大于锚杆杆体直径最内圈直径小于锚杆杆体直径2-4mm;第二层对应接合段的长度约4cm，最内圈对应空腔段的长度为5_8cm，顶托段的长度约4ram〇[0010]此外还能够优选为外壳为圆筒形，最外层的直径小于锚杆孔，第二层的直径与锚杆杆体直径一致，最内圈的直径大于锚杆杆体直径;其中第二层对应接合段，最内圈对应空腔段。其中最外层的直径小于锚杆孔10-20_;最内圈直径大于锚杆杆体直径2-4mm;第二层对应接合段的长度约4cm，最内圈对应空腔段的长度为5-8cm。[0011]以上装置还能够在接合段设置有固定螺栓，用于增强装置与锚杆的接合牢固度。[0012]本发明还涉及一种使用上述装置的基于增强锚杆底端反射信号的无损检测方法，包括如下步骤:将上述装置安装固定在锚杆底端;在锚杆端头激发一定频率的弹性波;通过检测伩采集来自安装固定有上述装置的锚杆杆体底端的反射信号。[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果在于突破传统思维定视，从锚杆杆体本身出发，在波阻抗原理基础上，通在锚杆杆体底端安装反射信号增强装置，使锚杆底端的反射信号大大增强，从根本上改变了锚杆底端反射信号普遍较微弱的现状，通过分析获取增强后的锚杆底端反射信号，极大降低了测试人员对底端反射信号的判别分析难度，提高了锚杆无损检测技术的检测精度和准确度。附图说明[0014]图1:增强锚杆底端反射信号的装置示例1;[0015]图2:装置示例1的截面图；[0016]图3:增强锚杆底端反射信号的装置示例2;[0017]图4:装置示例2的截面图；[0018]图5:使用增强锚杆底端反射信号的装置的检测方法示意图；[0019]图6:增强锚杆底端反射信号装置安装后的检测波形；[0020]图7:未安装增强锚杆底端反射信号装置的检测波形。[0021]1-外壳、2-接合段、3-空腔段、4-反射弧、5-顶托段、6-固定螺栓、7-最外层、8-第二层、9-最内圈、10-信号激振器、11-入射波、12-锚杆、13-底端反射伯号增强装置、14-销杆杆体底端、15_入射波反射过程、I6-反射波、17-信号接收器、18-安装反射装置后底端的增强信号、19-未安装反射装置的底端信号。具体实施方式[0022]下面结合附图对本发明进一步说明。[0023]一种增强锚杆底端反射信号的装置其能够安装固定在锚杆12的底端，装置包括外壳1，外壳1的内部侧壁划分为接合段2和空腔段3,其中接合段2的侧壁与锚杆杆体接触并固定在一起，外壳1的底部内壁上设计有反射弧4,空腔段3和反射弧4用来使入射信号产生强反射。装置具体可包括两种，分别都是由最外层7、第二层8以及最内圈9构成的三层结构以及其他部件组成。该装置外形都为圆筒形，这种圆筒形状设计主要目的是便于锚杆12插杆施工，当然根据需要外壳也可以是圆筒形以外的其他形状，例如方筒形等。[0024]参见说明书附图1-2,其为示例1的装置，具体内部结构为三层结构:最外层7为直径小于锚杆孔10〜20mm的圆筒;第二层8为直径大于锚杆杆体直径1〜2mm的圆筒形空腔;最内圈9为直径小于锚杆杆体直径2〜4mm的圆筒形空腔。最外层7与第二层8之间对应设置有长度约4cm的接合段2,在接合段2同时设置有固定螺栓6,设置该接合段2的主要目的是使该装置与锚杆杆体增加接触面，增强装置与锚杆的接合牢固度;在第二层8与最内圈9之间设置有长度约4mm的顶托段5，设置该顶托段5的主要目的用来托住锚杆底部，并且当有砂浆从最外层7与锚杆壁之间空隙部位渗透进来时，也能被顶托段5截住，使砂浆不能进入到最内圈9的圆筒形空腔内；在最内圈9设有长度5〜8cm的空腔段3,空腔段3底部设置有弧形反射面即反射弧4,设置空腔段3及反射弧4可以使入射信号发生最大反射。[0025]参见说明书附图3-4,其为示例2的装置，具体内部结构也为三层结构:最外层7为直径小于锚杆孔10〜20mm的圆筒;第二层8为直径与锚杆杆体直径一致的圆筒形空腔，两者直径一致既可以使锚杆12与装置接合紧密，又可以防止砂浆进入最内圈9空腔内；最内圈9为直径大于锚杆杆体直径2〜4mm的圆筒形空腔，此设计主要为使锚杆杆底形成更大的底端反射面。最外层7与第二层8之间对应设置有长度约4cm的接合段2,在接合段2设置有固定螺栓6,设置该接合段2的主要目的是使该装置与锚杆杆体增加接触面，增强装置与锚杆的接合牢固度。在最内圈9设有长度5〜8cm的空腔段3,空腔段3底部设置有弧形反射面即反射弧4,设置空腔段3及反射弧4可以使入射信号发生最大反射。[0026]说明书附图5示意了使用增强锚杆底端反射信号的装置的检测方法。在锚杆12支护施工过程中，在锚杆底端预先安装一个底端反射信号增强装置13,通过底端反射信号增强装置13与锚杆杆体本身共同形成一个锚杆底端的最大波阻抗差异环境。当对安装底端反射信号增强装置13的锚杆12进行无损检测时，在锚杆端头激发一定频率的弹性波，弹性波沿锚杆杆体进行传播，当入射的弹性波传播到锚杆杆体底端14时，根据波的反射原理，波在不同介质中传播时会发生反射，而介质波阻抗差异的大小决定了入射波发生反射的强弱。通过预先安装在锚杆杆体底端14的反射信号增强装置13,可以使传播到锚杆杆体底端14的入射波最大程度上发生反射，进而锚杆检测仪器能够采集到来自锚杆杆体底端14的最强反射信号，锚杆底端14反射信号越强，锚杆检测仪器采集的底端反射信号也就也清晰，锚杆检测仪器采集的信号越清晰，也就使检测人员能够更容易、更精确判断锚杆质量状态。具体参见说明书附图5,一种基于增强锚杆底端14反射信号的无损检测方法，首先信号激振器10在锚杆端头激发入射波11，入射波11沿着锚杆杆体12传播，到达底端反射信号增强装置I3,在锚杆杆体底端14发生入射波反射过程15，产生增强后的反射波16沿锚杆杆体传播回锚杆端头，被安装于锚杆端头的信号接收器17所接收。[0027]说明书附图6为安装了反射信号增强装置后的检测波形，从波形中可以看出，在锚杆底端的反射信号有了显著的增强，安装反射装置后底端的增强信号18的反射信号声幅达到51mv，反射信号直观明显;附图7为未安装反射信号增强装置的检测波形，从波形中可以看出，在锚杆底端的反射信号微弱、难于识别，未安装反射装置的底端信号19的反射信号声幅为17mV。通过附图6-7可以看出，在入射信号恒定的情况下，安装了反射信号装置的底端反射信号增强了约3倍，且直观清晰，大大降低了锚杆无损检测资料分析的难度、提高锚杆无损检测的准确性。[0028]由此可知，由于使用了增强锚杆底端反射信号的装置，在锚杆底端形成一个最大波阻抗差异环境，实现了达到增强锚杆无损检测底端反射信号的目的。[0029]上面所述的只是用图解说明本发明一种增强锚杆底端反射信号的装置及使用该装置的检测方法的一些实施方式，由于对相同技术领域的普通技术人员来说很容易在此基础上进行若干修改和改动，因此本说明书并非是要将本发明一种增强锚杆底端反射信号的装置及使用该装置的检测方法局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

权利要求：1.一种增强锚杆底端反射信号的装置，其能够安装固定在锚杆的底端，装置包括外壳，外壳的内部侧壁划分为接合段和空腔段，其中接合段的侧壁与销杆杆体接触并固定在一起，外壳的底部内壁上设计有反射弧，空腔段和反射弧用来使入射信号产生强反射。2.如权利要求1所述的一种增强锚杆底端反射信号的装置，外壳的内部侧壁形成高低不同的第二层和最内圈两层，其与外壳的最外层形成三层结构。3.如权利要求2所述的一种增强锚杆底端反射信号的装置，外壳为圆筒形，最外层的直径小于锚杆孔，第二层的直径大于锚杆杆体直径，最内圈的直径小于锚杆杆体直径;其中第二层对应接合段，最内圈对应空腔段，在第二层与最内圈之间设置有顶托段，上述顶托段用于托住锚杆底部。4.如权利要求3所述的一种增强锚杆底端反射信号的装置，其中最外层的直径小于锚杆孔10〜20mm;第二层的直径大于锚杆杆体直径1〜2_;最内圈直径小于锚杆杆体直径2〜4mm;第二层对应接合段的长度约4cm，最内圈对应空腔段的长度为5〜8cm，顶托段的长度约4mm〇5.如权利要求2所述的一种增强锚杆底端反射信号的装置，外壳为圆筒形，最外层的直径小于锚杆孔，第二层的直径与锚杆杆体直径一致，最内圈的直径大于锚杆杆体直径;其中第二层对应接合段，最内圈对应空腔段。6.如权利要求5所述的一种增强锚杆底端反射信号的装置，其中最外层的直径小于锚杆孔10〜20mm;最内圈直径大于锚杆杆体直径2〜4ram;第二层对应接合段的长度约4cm，最内圈对应空腔段的长度为5〜8cm。7.如权利要求1-6任一项所述的一种增强锚杆底端反射信号的装置，在接合段设置有固定螺栓，用于增强装置与锚杆的接合牢固度。8.如权利要求1-7任一项所述的一种增强锚杆底端反射信号的装置，该装置的材料包括聚乙稀。9.一种使用如权利要求1-8任一项所述装置的基于增强锚杆底端反射信号的无损检测方法，包括如下步骤：将权利要求1-8任一项所述装置安装固定在锚杆底端；在锚杆端头激发一定频率的弹性波；通过检测仪采集来自安装固定有权利要求1-8任一项所述装置的锚杆杆体底端的反射信号。

百度查询： 长江地球物理探测(武汉)有限公司 一种使用增强锚杆底端反射信号装置的无损检测方法

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