[发明专利]一种锚杆长度的无损测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锚杆长度无损测量方法，尤其是一种适用于金属锚杆的电磁技术的长度无损测量方法。

背景技术

锚杆被广泛应用于地下巷道以及边坡围岩的加固与支护中。如果锚杆的安装长度没有达到设计要求，或使用中锚杆发生断裂等，对锚固质量影响很大。因此，锚杆长度的无损检测非常必要。但是，目前用于锚杆无损检测的方法如超声波法、冲击应力波法等，都存在着振动波与锚杆的耦合问题，操作复杂，测量效果往往因人而异。

运用电磁技术对锚杆进行无损检测，目前包括以下几种方法：（1）穿地雷达法。穿地雷达成功地用于探测混凝土中的钢筋。甚至可以确定钢筋是否锚固完好。其主要的缺陷是消耗功率大且探测深度不够，一般小于１m；（2）自感应法。采用一个线圈套在锚杆外露端头，把锚杆作为线圈的芯。锚杆的长度影响自感应系数的大小，测量自感应系数，可计算出锚杆的长度。该方法实际操作过于复杂，实用意义不大；（3）天线法。1990年南非的Agnew把混凝土中的钢筋看作为一个天线，实验室研究证明，该方法可以成功地测试钢筋的长度，从而也可用于测量金属锚杆的长度（Agnew G D．An investigation of methods for producing a non－destructive grouted tendon tester［J］．Consultancy report，University of Witwatersrand，Johannesburg，１９９０．）。但是天线辐射能量的测量跟信号耦合、环境介质和测量位置关系密切，因此难于实用；（4）相位差法。通过检测入射波与反射波之间的相位差来计算锚杆长度。这种用电波测量金属锚杆的方法，连接耦合较为方便。但是对于长度大多在几米到十几米的锚杆，需要特别高速且精准的时钟，实现起来很困难。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种方法简单、量程大、功耗低、使用方便的锚杆长度无损测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明的锚杆长度无损测量装置，它包括连接有显示器的单片机，单片机的输出端连接有测量频率信号产生器，测量频率信号产生器的输出端连接有阻抗匹配电路，阻抗匹配电路上设有与被测锚杆始端相接触的探针，阻抗匹配电路的输出端经峰值检波电路连接有A/D转换器，A/D转换器的输出端与单片机的输入端相连接；所述的阻抗匹配电路主要由串联为一组的电阻R2和电阻R3和串联为一组的电阻R1和电阻R4构成，两组电阻交汇之处短接；峰值检波电路由二极管D1、电阻R5和电容C1组成，二极管D1的负极与电阻R4连接，二极管D1的的正极分别连接电阻R5、电容C1和A/D转换器的输入端，电阻R5和电容C1与电阻R3连接，并接地；所述的单片机型号为PIC18F6680，所述的测量频率信号产生器的型号为CDCE906，所述的A/D转换器为PIC18F6680内部集成。

3.一种锚杆长度的无损测量锚杆长度方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将探针与被测锚杆的始端相接触；

b、开启电源，使单片机给测量频率信号产生器发送控制信号；

c、测量频率信号产生器以10kHz为步长，顺序发出100kHz到80MHz的测试频率信号，其中测试频率信号的输出峰值电压恒定为3.3V；

d、测试频率信号经阻抗匹配电路和探针从被测锚杆的始端进入，测试频率信号波沿被测锚杆始端向内传输，当测试频率信号波到达被测锚杆的终端后，产生信号反射并在被测锚杆上形成驻波；

e、被测锚杆上形成驻波的电压信号依次经探针、阻抗匹配电路、峰值检波电路和A/D转换器传输至单片机经显示器显示电信号的波长，完成一次锚杆长度无损测量的信号采集；

f、重复步骤c、d、e，对被测锚杆进行多次不同频率的信号采集，并记录每一次采集到的驻波电压信号和对应的测试频率信号，比较多次采集的驻波电压值的大小；

g、取产生最小驻波电压的测试频率f，通过公式：L=V/(4f)计算出被测锚杆的长度L；式中：f为测得产生最小驻波电压的测试频率，V为电波在被测锚杆中的传播速度。