[发明专利]一种超声导波锚杆质量无损检测仪

说明书

本发明涉及一种超声导波锚杆质量无损检测仪，属于无损检测领域。包括：电源供电模块、主处理器FPGA控制模块、超声导波激励信号发生模块、功率放大模块、压电换能器模块、信号调理模块、数据采集模块、从处理器STM32控制模块和人机交互模块。通过各个模块之间的相互作用，将锚杆锚固结构的锚杆长度、有效锚固长度、锚固段缺陷位置和锚杆质量评级等信息呈现在液晶显示屏上，方便使用者直观的了解锚杆锚固的质量信息。本发明适用范围广，可以对各种环境下的锚杆锚固结构进行无损检测。传统的通过小锤敲击震动产生应力波的测量方法，会因为敲击力的不同造成测量偏差，本装置选用自主发生超声导波的方法，可根据实际测量需要生成不同频率的超声导波信号，对测量结果评定更加全面。

技术领域

本发明涉及一种超声导波锚杆质量无损检测仪，属于无损检测领域。

背景技术

锚杆锚固技术作为支护系统的一个重要组成部分，被广泛地应用于煤矿巷道以及边坡围岩的加固与支护中。在工程应用上，锚杆的锚固质量的好坏直接关系着工程项目的安全，引起锚杆失效的原因有很多，如：锚固剂与杆体和围岩粘结不牢，锚杆所处的环境恶劣造成介质老化，受到机械或者外力冲击造成断裂等等，锚杆一旦失效，会对岩土结构的稳定性产生巨大威胁，甚至造成灾难性的后果。

锚杆锚固技术已广泛应用于各类岩土工程中，目前国内外的锚杆锚固质量检测主要有液压千斤顶拉拔试验法、扭矩扳手法、内置测力传感器法和钻孔取芯法等，由于这些传统的检测方法普遍存在成本高、检测范围有限、精度较差等问题，且部分方法属于有损检测，因此本设计把锚杆锚固的研究工作放在了无损检测领域，并且选用无损检测领域应用范围最广的超声导波无损检测方法，保障了岩土工程项目的安全，对锚杆锚固质量检测领域具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为解决现有锚杆锚固质量检测中存在的成本高、检测范围有限、精度较差的问题，提出一种超声导波锚杆质量无损检测仪。该仪器采用高低频超声导波对锚杆锚固质量进行综合检测，能够在工程现场检测出锚杆的长度、有效锚固长度以及锚固力、内部缺陷位置等信息，并对锚杆锚固质量进行综合评价。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

超声导波锚杆质量无损检测仪包括：电源供电模块、主处理器FPGA控制模块、超声导波激励信号发生模块、功率放大模块、压电换能器模块、信号调理模块、数据采集模块、从处理器STM32控制模块和人机交互模块。

其中，电源供电模块为整个系统各子模块电路提供电压，以保障各个模块正常工作。电源模块与主处理器FPGA控制模块、超声导波激励信号发生模块、功率放大模块、压电换能器模块、信号调理模块、数据采集模块、从处理器STM32控制模块和人机交互模块相连。

主处理器FPGA控制模块包含基本的FPGA电路组成结构，包括FPGA芯片、下载电路、复位电路和时钟电路，能够保证FPGA最小系统正常工作。FPGA因为运算处理速度快、灵活性高等优点使得其在信号处理方面有着优异的表现。

超声导波激励信号发生模块通过Verilog编程语言结合DDS技术实现信号发生功能，发射出频率和幅值可调的汉宁窗调制的正弦波信号，即在主处理器FPGA控制模块的控制下发射出超声导波信号A，为整个锚杆锚固质量无损检测仪提供输入信号。

功率放大模块将超声导波激励信号发生模块发射的超声导波信号A进行功率放大，然后传递给压电换能器模块；放大后的超声导波信号B能量更加集中，能够在锚杆中传播更远的距离，更加完整的反馈锚杆内的信息。

压电换能器模块作为无损检测仪和待测锚杆试件的连接部分，具有可随时更换的优点，起到了重要的信号承载及传递作用；压电换能器模块将功率放大模块传递的信号B输出给待测锚杆试件，再将经待测锚杆试件反射后的信号C传递给信号调理模块。