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原文传递基于三分量探头的锚杆无损检测辅助装置及方法

专利名称：	基于三分量探头的锚杆无损检测辅助装置及方法
摘要：	本发明公开了一种基于三分量探头的锚杆无损检测辅助装置，它包括三分量加速度传感器和锤，所述锤包括锤壳体、第一钢针、第二钢针、第三钢针、第四钢针、第一钢珠、第二钢珠、第三钢珠、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧、橡胶连接弹簧装置和端头，本发明采用三分量加速度传感器能有效消除由振源敲击产生的直接传到传感器探头的直达波影响，从而放大反射波信号，进而提高采集信号的信噪比，同时设计敲击锤，在不增加振源能量的情况下使得锚杆内的入射应力波波前叠加，增加了入射应力波的传播能量，使得获取的反射波信息将更加丰富，特别适用于长锚杆深部反射波信号的获取，从而提高锚杆检测效率且检测准确性更高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	长江水利委员会长江科学院
发明人：	周黎明;张敏;付代光;王法刚;董亮;陈志学;夏波;张杨;付小念;董士琦
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-05T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-07T00:00:00+0800
申请号：	CN202310816319.0
公开号：	CN117007678A
代理机构：	武汉开元知识产权代理有限公司
代理人：	李满
分类号：	G01N29/04;G01N29/07;G01N29/22;G01N29/34;G01N9/36;G01N9/24;G;G01;G01N;G01N29;G01N9;G01N29/04;G01N29/07;G01N29/22;G01N29/34;G01N9/36;G01N9/24
申请人地址：	430010 湖北省武汉市汉口后九万方长江科学院岩土重点实验室
主权项：	1.一种基于三分量探头的锚杆无损检测辅助装置，其特征在于，它包括三分量加速度传感器(4)和锤(6)，所述锤(6)包括锤壳体(6.1)、第一钢针(12)、第二钢针(16)、第三钢针(19)、第四钢针(22)、第一钢珠(15)、第二钢珠(18)、第三钢珠(21)、第一弹簧(14)、第二弹簧(17)、第三弹簧(20)、第四弹簧(23)、橡胶连接弹簧装置(13)和端头(24)，其中，第一钢针(12)的底部与第二钢针(16)的顶部固定连接，第二钢针(16)的底部与第三钢针(19)的顶部固定连接，第三钢针(19)的底部与第四钢针(22)的顶部固定连接，第四钢针(22)的底部与端头(24)固定连接，第一钢珠(15)被限制在橡胶连接弹簧装置(13)与第一钢针(12)底端之间滑动，第二钢珠(18)被限制在第二钢针(16)底部与第一钢珠(15)之间滑动；第三钢珠(21)被限制在第三钢针(19)底部与第二钢珠(18)之间滑动，第一弹簧(14)的顶端连接橡胶连接弹簧装置(13)，第一弹簧(14)的底端连接第一钢珠(15)的顶端，第二弹簧(17)的顶端连接第一钢珠(15)的底端，第二弹簧(17)的底端连接第二钢珠(18)的顶端，第三弹簧(20)的顶端连接第二钢珠(18)的底端，第三弹簧(20)的底端连接第三钢珠(21)的顶部，第三钢珠(21)的底端连接第四弹簧(23)的顶端，第四弹簧(23)的底端连接端头(24)，橡胶连接弹簧装置(13)安放在锤壳体(6.1)的顶部，第一钢针(12)的顶部穿过锤壳体(6.1)的顶部以及橡胶连接弹簧装置(13)，端头(24)固定在锤壳体(6.1)的底部；所述三分量加速度传感器(4)的Z向分量方向与锚杆的轴线平行。 2.根据权利要求1所述的基于三分量探头的锚杆无损检测辅助装置，其特征在于：所述第四钢针(22)的直径大于第三钢针(19)的直径，第三钢针(19)的直径大于第二钢针(16)的直径，第二钢针(16)的直径大于第一钢针(12)的直径，第三钢珠(21)能在第三钢针(19)、第二钢针(16)和第一钢针(12)上滑动，并能实现对第四钢针(22)的敲击，第二钢珠(18)能在第二钢针(16)和第一钢针(12)上滑动，并能实现对第三钢针(19)的敲击，第一钢珠(15)能在第一钢针(12)上滑动，并能实现对第二钢针(16)的敲击。 3.根据权利要求1所述的基于三分量探头的锚杆无损检测辅助装置，其特征在于：所述第一钢针(12)的顶部设置有钢针端头防护橡胶(11)。 4.一种利用权利要求1所述辅助装置的锚杆无损检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：将三分量加速度传感器(4)安装在锚杆端部(5)上，其中，三分量加速度传感器(4)的Z分量与锚杆轴线平行；步骤2：将锤(6)放置在锚杆端部(5)上，握住锤(6)并拉动橡胶连接弹簧装置(13)使第一钢珠(15)移动至锤壳体(6.1)顶部，通过松开橡胶连接弹簧装置(13)使锤(6)敲击锚杆端部(5)一次，其中，此次敲击形成了三次连续敲击，依次分别为第一钢珠(15)敲击第二钢针(16)导致端头(24)敲击锚杆端部(5)、第二钢珠(18)敲击第三钢针(19)导致端头(24)敲击锚杆端部(5)、第三钢珠(21)敲击钢针(22)导致小锤端头(24)敲击锚杆端部(5)；由锤(6)敲击产生的应力波包括由敲击产生的直接传到三分量加速度传感器(4)的直达波和由锚杆注浆缺陷及孔底界面产生的反射波，三分量加速度传感器(4)的Z分量接收模块接受上述反射波；步骤3：根据Z分量中反射波的旅行时间，计算锚杆注浆的缺陷和孔底段，并计算锚杆长度及注浆密实度。 5.根据权利要求4所述的锚杆无损检测方法，其特征在于：根据Z分量中反射波的旅行时间，计算锚杆注浆的缺陷和孔底段的具体方法为： x＝0.5Δtxcm 式中：x表示传感器至缺陷界面的距离，当为孔底缺陷时，此时x的值等于锚杆的长度，Δtx为缺陷反射波的旅行时间，cm表示锚杆上的波速。 6.根据权利要求4所述的锚杆无损检测方法，其特征在于：所述步骤3中，锚杆注浆密实度依据锚杆缺陷段总长度占锚杆有效粘结长度的比值计算，锚杆长度依据孔底反射波旅行时间计算。 7.根据权利要求6所述的锚杆无损检测方法，其特征在于：依据锚杆缺陷段总长度占锚杆有效粘结长度的比值计算锚杆注浆密实度的具体方法为： D＝(Lr-Lx)/Lr×100％式中：D表示锚杆注浆密实度；Lr为锚杆的设计锚固段长度；Lx为锚杆缺陷段总长。 8.根据权利要求6所述的锚杆无损检测方法，其特征在于：依据孔底反射波旅行时间计算锚杆长度的具体方法为： x1＝0.5Δtx1cm 式中：x1表示传感器至孔底的距离，此时x1的值等于锚杆的长度，Δtx1为孔底反射波的旅行时间。 9.根据权利要求4所述的锚杆无损检测方法，其特征在于：所述步骤2中，由于锚杆内部的变形为线弹性，故锚杆在同一区城与同一时间受到多个应力波作用时，该区域范围内的应力和速度均等于各个应力源在该区域的叠加，因此，此次敲击形成了三次连续敲击产生的应力波传播方向一致，当三个波的波前相遇的瞬间，在相遇平面上的应力立即变为原来的三倍，随着三个波的波前的继续行进，重迭区的应力值稳定，从而达到应力波波前叠加的效果。 10.根据权利要求4所述的锚杆无损检测方法，其特征在于：所述步骤2中，锤(6)的敲击位置(10)中心和三分量加速度传感器(4)的传感头中心连线方向与三分量加速度传感器(4)的X分量方向一致。
所属类别：	发明专利