[发明专利]一种锚杆锚固质量检测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种锚杆锚固质量检测仪，该仪器利用高低频导波相结合的方法对锚杆锚固质量进行无损检测，可以现场检测出锚杆的长度，有效锚固长度，锚固力，对锚杆锚固质量进行综合评价，适用于煤矿巷道、地下隧道等各类岩土工程中的锚杆锚固质量检测，属于无损检测领域。

背景技术

锚杆作为支护系统的一个重要组成部分，被广泛地应用于地下巷道以及边坡围岩的加固与支护中。在工程实际中，锚杆的锚固质量的好坏直接关系着工程项目的安全，锚杆一旦失效，会对岩土工程的稳定性产生巨大威胁，甚至造成灾难性的后果。

引起锚杆失效的主要原因有：1、锚杆锚固长度不足，未达到设计要求；2、由于施工不当，造成锚固剂与杆体和围岩未能有效粘结；3、在锚杆安装一段时期后，因地质条件变化或者爆破、重型机械和地震力引发的冲击使得锚杆局部处于应力集中状态，导致锚杆被拉断；4、由于围岩的横向滑动，使锚杆的应力状态由轴向拉应力变为横向剪应力，导致锚杆被剪断；5、由于锚杆所处的环境恶劣，受到潮湿空气、地下水的渗入，使得锚固介质逐步老化，造成锚杆失效。目前，锚杆锚固技术已广泛应用于各类岩土工程中，为了拉动内需，我国在2010年前将投入4万亿元资金进行各种基础设施的建设，为了保障岩土工程项目的安全，对锚杆锚固质量进行无损检测具有重要的意义。

目前，在工程实际中，一般采用拉拔试验法检测锚杆锚固质量。拉拔试验法采用千斤顶对锚杆进行拉拔试验，以锚固力是否达到设计值来评价锚杆锚固质量，其缺点在于对锚杆进行拉拔试验会使锚杆的锚固力发生损失，因此只能对锚杆进行少量的抽样检测，无法全面了解工程中锚杆的锚固质量，进行拉拔试验也比较耗时、费力。对于锚固质量较好的锚固体，其强度远大于锚杆本身的强度，因此在测出锚杆的极限锚固力之前，锚杆杆体已经被拉断，因此拉拔试验法这种测试方法本身存在一定的局限性。另外，拉拔试验法只能获得锚杆的锚固力，对于锚杆长度、锚杆锚固段的长度等表征锚杆锚固质量的重要指标无法进行检测。另一种检验锚杆锚固质量的方法是取岩芯法，用取芯钻沿平行锚杆的方向把锚杆、锚固介质以及部分岩石整体取出来，用目测的方法对锚固质量进行评价。虽然取岩芯可以提供非常有用的信息，但它不仅是一个破坏性的检测手段，而且受到许多因素的制约而无法成为一个常规的检测手段。这两种方法都是破坏性检测方法。

发明内容

本发明的目的是为解决锚杆锚固的质量检测问题，提出一种锚杆锚固质量检测仪。该仪器采用高频和低频导波对锚杆锚固质量进行综合检测的智能检测，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，并对锚杆锚固质量进行综合评价。

本检测仪包括中央控制模块、导波激发模块、功率放大模块、通道切换模块、信号调理模块、数据采集模块、用户交互模块、充电电池模块、电源适配器以及导波收发传感器。

其中，中央控制模块由嵌入式处理器及带断电保护的存储器组成。在其上运行有嵌入式操作系统和锚杆锚固质量检测分析处理程序。中央控制模块负责控制检测仪的运行，并对检测结果进行分析和评价。

导波激发模块负责根据中央控制模块设定的频率、电压、周期，生成相应的导波激励信号。

功率放大模块根据中央控制模块设定的增益，将导波激发模块生成的导波激励信号进行功率放大。

通道切换模块受中央控制模块的控制，在进行高频导波测试时，当导波激发模块激发导波时，将功率放大模块与导波收发传感器、信号调理模块接通；在接收回波信号时，切断功率放大模块通路，将导波收发传感器与信号调理模块接通。在进行低频导波测试时，将导波收发传感器与信号调理模块接通。

信号调理模块在中央控制模块的控制下，将由导波收发传感器经通道切换模块传送来的导波激励信号进行限幅、滤波和放大。

数据采集模块在中央控制模块的控制下，对信号调理模块处理后的信号进行模数转换，采集回波信号。

用户交互模块具有液晶面板和图形化操作界面，负责提供输入输出交互界面，用户通过该模块输入检测参数，并通过该模块对检测仪进行操作。此外，该模块还提供网络接口以及USB标准接口，使检测仪能够与网络或其他外设进行通讯。

充电电池模块为整个仪器供电。

电源适配器为充电电池充电。

导波收发传感器包括高频探头和低频探头，分别在在锚杆内激励、接收高频和低频导波信号。

各组成部分的连接关系为：

中央控制模块与导波激发模块、功率放大模块、通道切换模块、信号调理模块、数据采集模块、用户交互模块、充电电池模块相连。

导波激发模块与中央控制模块、功率放大模块、充电电池模块相连。