本實(shí)用新型屬于煤礦錨桿檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于應(yīng)力波法的錨桿無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。

背景技術(shù)：

錨桿是煤礦井下生產(chǎn)使用非常廣泛的材料。礦用錨桿是一種安設(shè)在巖土層中的受力桿件，它的一端與工程建筑物相連，另一端錨固在巖土層中，必要時(shí)對(duì)其施加預(yù)引力，用以有效地承受結(jié)構(gòu)載荷，防止結(jié)構(gòu)變形，從而維護(hù)結(jié)構(gòu)建筑物的穩(wěn)定，因此錨桿錨固的質(zhì)量在很大程度上影響到煤礦安全生產(chǎn)。

目前，錨桿錨固質(zhì)量的檢測(cè)方法在工程界主要有兩種，一種是有損檢測(cè)，另一種是無(wú)損檢測(cè)。有損檢測(cè)包括取芯法和拉拔實(shí)驗(yàn)法，這兩種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是直觀、準(zhǔn)確，但都是破壞性檢測(cè)方法，而且操作復(fù)雜，工作量大，開銷巨大。無(wú)損檢測(cè)包括應(yīng)力波法和超聲波法。超聲波法在實(shí)際中，信號(hào)在錨桿內(nèi)傳播的過(guò)程中衰減嚴(yán)重，且需要對(duì)錨桿端頭打磨平整才可將超聲波耦合進(jìn)錨桿桿體。

現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備有拉拔計(jì)、測(cè)力錨桿和以超聲波理論為基礎(chǔ)的GRANIT型錨桿無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。拉拔計(jì)、測(cè)力錨桿這兩種受力檢測(cè)手段對(duì)經(jīng)錨桿加固的巷道產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動(dòng)，降低了錨桿對(duì)圍巖的加固作用，只適合于抽檢，不適合于大面積的進(jìn)行錨桿質(zhì)量檢查。GRANIT型錨桿無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，可以對(duì)錨桿進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，但由于其超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重，所以通常只能對(duì)3.0m以內(nèi)的錨桿進(jìn)行檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提供一種基于應(yīng)力波法的錨桿無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，該檢測(cè)設(shè)備對(duì)錨桿檢測(cè)無(wú)破壞，工作量小，克服了有損檢測(cè)的缺點(diǎn)及超聲波法信號(hào)衰減嚴(yán)重、測(cè)量長(zhǎng)度短的問(wèn)題。該設(shè)備操作簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，人機(jī)交互性好，測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，效果好，數(shù)據(jù)處理速度快，可以測(cè)量10m以上的錨桿，且錨桿長(zhǎng)度測(cè)量誤差小于3％，優(yōu)于普通的錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)設(shè)備。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是：

一種基于應(yīng)力波法的錨桿無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，包括順序連接的加速度傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和ARM控制器模塊，還包括激振錘、電源模塊、LCD顯示模塊和SD卡存儲(chǔ)模塊；電源模塊分別與信號(hào)調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和ARM控制器模塊連接，ARM控制器模塊還與LCD顯示模塊和SD卡存儲(chǔ)模塊連接，加速度傳感器安裝在錨桿上，激振錘敲擊錨桿。

所述的加速度傳感器安裝在錨桿自由段的端部。

所述的信號(hào)調(diào)理模塊，進(jìn)一步包括順序連接的信號(hào)放大電路和信號(hào)濾波電路，加速度傳感器與信號(hào)放大電路連接，信號(hào)濾波電路與AD轉(zhuǎn)換模塊連接。

所述的信號(hào)放大電路，包括第一運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容和第七電容；第一運(yùn)算放大器的正輸入端分別與第一電阻、第三電容、第四電容的一端連接，負(fù)輸入端分別與第二電阻一端、第五電容的一端、第四電容的另一端連接；第一電阻的另一端與加速度傳感器的正輸出端連接；第二電阻的另一端與加速度傳感器的負(fù)輸出端連接；第三電容的另一端、第四電容的另一端接地；第一電容、第二電容的一端接地，另一端接+5V電壓；第一運(yùn)算放大器的1號(hào)管腳接+5V電壓，2號(hào)管腳接-5V電壓，3號(hào)管腳分別與第三電阻、第四電阻的一端連接，4號(hào)和5號(hào)管腳接地；第四電阻的另一端接地；第三電阻的另一端與第一運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接，信號(hào)輸出端還與信號(hào)濾波電路連接；

通過(guò)對(duì)兩個(gè)外部電阻R₃和R₄進(jìn)行增益設(shè)置，穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用單個(gè)電阻設(shè)置增益的儀表放大器，增益表達(dá)式為：

所述的信號(hào)濾波電路，包括第二運(yùn)算放大器、第三運(yùn)算放大器、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第八電容、第九電容、第十電容和第十一電容；第五電阻的一端與信號(hào)放大電路的第一運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接，另一端分別與第六電阻、第九電容的一端連接；第六電阻的另一端與第二運(yùn)算放大器的正輸入端連接；第二運(yùn)算放大器的正輸入端還與第八電容的一端連接；第八電容的另一端接地；第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與第二運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接；第二運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端還與第九電容的另一端、第七電阻的一端連接；第二運(yùn)算放大器的1號(hào)管腳接+5V電壓，2號(hào)管腳接-5V電壓；第七電阻的另一端分別與第八電阻、第十一電容的一端連接；第八電阻的另一端分別與第三運(yùn)算放大器的正輸入端連接；第三運(yùn)算放大器的正輸入端還與第十電容的一端連接；第十電容的另一端接地；第三運(yùn)算放大器的1號(hào)管腳接+5V電壓，2號(hào)管腳接-5V電壓；第三運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端分別與第十一電容的另一端、第三運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端、AD轉(zhuǎn)換模塊連接。

所述的信號(hào)濾波電路為四階巴特沃斯低通濾波器。

本實(shí)用新型提供的一種基于應(yīng)力波法的錨桿無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，測(cè)量效果好，與取芯法、拉拔實(shí)驗(yàn)法和超聲波法相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本設(shè)備屬于無(wú)損檢測(cè)，不對(duì)錨桿錨固本身造成破壞；與超聲波法無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，本設(shè)備避免了超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重且只能測(cè)量3m以內(nèi)的錨桿的缺點(diǎn)；

2.該設(shè)備可以測(cè)量10m以上的錨桿，且錨桿長(zhǎng)度測(cè)量誤差小于3％，優(yōu)于普通的錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)設(shè)備；

3.該設(shè)備便攜性好，適合于在復(fù)雜的環(huán)境中測(cè)量錨桿，有可以早期發(fā)現(xiàn)故障、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)和準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)；

4.人機(jī)交互性好，可以鍵盤輸入，設(shè)置檢測(cè)地點(diǎn)、日期、錨桿號(hào)及采樣頻率，擁有波形一鍵存儲(chǔ)及上位機(jī)數(shù)據(jù)分析等功能。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型錨桿檢測(cè)模型圖；

圖2為本實(shí)用新型檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為信號(hào)放大電路圖；

圖4為信號(hào)濾波電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述，但不是對(duì)本實(shí)用新型的限定。

實(shí)施例：

如圖1所示，錨桿包括自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區(qū)域，其功能是對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力；錨固段是指水泥漿體將預(yù)應(yīng)力筋與土層粘結(jié)的區(qū)域，其功能是將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處；錨固界面為自由段和錨固段交接的面；底端為錨桿錨固段的端尾；加速度傳感器安裝在錨桿自由段端頭；當(dāng)開始測(cè)量時(shí)，利用激勵(lì)錘敲擊錨桿自由段端頭產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波沿著錨桿桿體縱向傳播至錨固界面時(shí)，一部分應(yīng)力波被反射，而另一部分應(yīng)力波則透射進(jìn)入錨固段內(nèi)繼續(xù)傳播，到達(dá)錨固底端時(shí)再次發(fā)生反射，理想情況下，加速度傳感器會(huì)接收到先后兩次的反射信號(hào)。

如圖2所示，一種基于應(yīng)力波法的錨桿無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，包括順序連接的加速度傳感器1、信號(hào)調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊4和ARM控制器模塊5，還包括激振錘、電源模塊7、LCD顯示模塊6和SD卡存儲(chǔ)模塊8；電源模塊7分別與信號(hào)調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊4和ARM控制器模塊5連接，ARM控制器模塊5還與LCD顯示模塊6和SD卡存儲(chǔ)模塊8連接，加速度傳感器1安裝在錨桿上，激振錘敲擊錨桿。

所述的加速度傳感器1安裝在錨桿自由段的端部。

所述的信號(hào)調(diào)理模塊，進(jìn)一步包括順序連接的信號(hào)放大電路2和信號(hào)濾波電路3，加速度傳感器1與信號(hào)放大電路2連接，信號(hào)濾波電路3與AD轉(zhuǎn)換模塊4連接。

如圖3所示，所述的信號(hào)放大電路2，包括第一運(yùn)算放大器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6和第七電容C7；第一運(yùn)算放大器的正輸入端分別與第一電阻R1、第三電容C3、第四電容C4的一端連接，負(fù)輸入端分別與第二電阻R2一端、第五電容C5的一端、第四電容C4的另一端連接；第一電阻R1的另一端與加速度傳感器的正輸出端連接；第二電阻的R2另一端與加速度傳感器的負(fù)輸出端連接；第三電容C3的另一端、第四電容C4的另一端接地；第一電容C1、第二電容C2的一端接地，另一端接+5V電壓；第一運(yùn)算放大器U1的1號(hào)管腳接+5V電壓，2號(hào)管腳接-5V電壓，3號(hào)管腳分別與第三電阻R3、第四電阻R4的一端連接，4號(hào)和5號(hào)管腳接地；第四電阻R4的另一端接地；第三電阻R3的另一端與第一運(yùn)算放大器U1的信號(hào)輸出端連接，信號(hào)輸出端還與信號(hào)濾波電路3連接。

如圖4所示，所述的信號(hào)濾波電路3，包括第二運(yùn)算放大器U3、第三運(yùn)算放大器U4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10和第十一電容C11；第五電阻R5的一端與信號(hào)放大電路的第一運(yùn)算放大器U1的信號(hào)輸出端連接，另一端分別與第六電阻R6、第九電容C9的一端連接；第六電阻R6的另一端與第二運(yùn)算放大器U2的正輸入端連接；第二運(yùn)算放大器U2的正輸入端還與第八電容C8的一端連接；第八電容C8的另一端接地；第二運(yùn)算放大器U2的負(fù)輸入端與第二運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸出端連接；第二運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸出端還與第九電容C9的另一端、第七電阻R7的一端連接；第二運(yùn)算放大器U2的1號(hào)管腳接+5V電壓，2號(hào)管腳接-5V電壓；第七電阻R7的另一端分別與第八電阻R8、第十一電容C11的一端連接；第八電阻R8的另一端分別與第三運(yùn)算放大器U3的正輸入端連接；第三運(yùn)算放大器U3的正輸入端還與第十電容C10的一端連接；第十電容C10的另一端接地；第三運(yùn)算放大器U3的1號(hào)管腳接+5V電壓，2號(hào)管腳接-5V電壓；第三運(yùn)算放大器U3的信號(hào)輸出端分別與第十一電容C11的另一端、第三運(yùn)算放大器U3的負(fù)輸入端、AD轉(zhuǎn)換模塊4連接。

所述的信號(hào)濾波電路3為四階巴特沃斯低通濾波器。