[发明专利]一种基于超声导波声场调控技术的隐蔽性柱状钢制结构长度测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于超声导波声场调控技术的隐蔽性柱状钢制结构长度测量方法及装置，属于无损检测和长度测量领域。所述的隐蔽性柱状钢制结构为带有包覆层的芯壳结构，如边坡锚杆、公路护栏立柱等。本发明装置包括移动设备、监测主机和超声导波换能器三个组成部分，其间部分或者全部通过有线或无线方式连接。本发明方法包括标准库建立，检测主频、检测模态、波结构自动化推荐，换能器工作参数及安装方式自动化推荐，导波声场调控这几个步骤。本方法利用对超声导波传播特性的分析及使用和换能器的安装布置完成了对导波声场的调控，使得接收的回波信号中仅含有目标模态，解决了传统超声导波检测中多模态问题，具有重要的工程意义。

技术领域

本发明属于无损检测和长度测量领域，具体涉及一种基于超声导波声场调控技术的隐蔽性柱状钢制结构长度测量方法及装置。

背景技术

在市政工程、水利水电、公路铁路建设、各种地下工程(隧道、洞室等)中，隐蔽性柱状钢制结构得到了广泛的应用，例如：因具有锚固质量好、强度高、安全可靠、节省材料、降低成本等优点而被广泛应用于边坡护理中的锚杆；因能够在交通事故发生时有效降低灾难严重程度而被广泛用作高速公路护栏的立柱等。

本发明所述的隐蔽性柱状钢制结构包含芯层和包覆层，例如图3所示的隐蔽性柱状钢制结构中的锚杆，1为螺纹钢芯层，2为混凝土包覆层，3为挡板，4为螺栓，锚杆全长9米，埋深8.7米。通常，根据实际工程经验，边坡类锚杆的全长通常大于6米，埋深大于全长的90％。

但是这些隐蔽性的柱状钢制结构，不仅受到穿过地层层位、场地条件等因素的影响，还取决于施工工艺与施工管理水平，往往存在种种潜在缺陷使施工质量难以满足设计要求，如：因为局部腐蚀造成隐蔽性钢制柱状结构的断裂，因为应力状况改变导致的隐蔽性柱状钢制结构被剪断，因为个别施工方谋取不当利益擅自缩短隐蔽性柱状钢制结构长度等，从而造成工程事故与重大经济损失。由于其强隐蔽性的特点，进行有效的检测存在很大的困难。因此对隐蔽性的柱状钢制结构长度测量的研究也就具有很强的经济意义和社会意义。

目前有许多对隐蔽性柱状结构长度的检测方法，如拉拔法、大地穿透雷达识别法、超声波法、光纤光栅法、导波检测法等。然而上述技术方法在隐蔽性柱状钢制结构的无损检测中都存在一定的局限性。拉拔法对于隐蔽性柱状钢制结构的检测是破坏性的、操作比较麻烦、成本较高、精度较低，只能用于抽样检测；大地穿透雷达识别法能够成功用于混凝土中钢筋分布的探测，但是其主要的缺陷是检测长度范围较小；超声波法是通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术，超声波法应用的是体波，由于体波每次只能覆盖待检结构的较小区域，即进行单点的检测，对于大型的或者是远距的结构检测效率低；光纤光栅法能对隐蔽性柱状钢制结构的长度进行较为精确的检测，但是光纤光栅安装复杂，成本较高，且不利于回收。没有明确说明的情况下，通常超声波指的体波。