一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，屬于無損檢測領(lǐng)域，采用電磁鐵形成外部偏置磁場，高頻交流線圈做成自激自收的自比式傳感器，在偏置磁場環(huán)境下，給高頻線圈提供激勵(lì)信號(hào)，在錨桿內(nèi)部發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，激發(fā)的超聲導(dǎo)波在錨桿中傳播，同時(shí)利用逆磁致伸縮效應(yīng)接收回波信息并將其傳入計(jì)算機(jī)，利用相關(guān)融合、反褶積等信號(hào)處理方法，實(shí)現(xiàn)反射時(shí)刻的識(shí)別，獲得錨桿有關(guān)幾何參數(shù)和初步缺陷狀態(tài)，達(dá)到對(duì)錨桿質(zhì)量評(píng)估。本檢測方法具有檢測效率高、檢測精度好、無需耦合劑等優(yōu)點(diǎn)，適用于復(fù)雜工程環(huán)境下錨桿的無損檢測。
【專利說明】
一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種在礦山工程、巖土工程、地下工程中對(duì)錨桿進(jìn)行檢測的裝置和方 法，尤其涉及一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，屬于無損檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)錨桿進(jìn)行檢測的方法主要有拉拔實(shí)驗(yàn)、取巖芯法、聲波法(含應(yīng)力 波)等。
[0003] 拉拔實(shí)驗(yàn)、取巖芯法均屬于破壞性的檢測方法，雖然是傳統(tǒng)的測試方法，但使用起 來費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且抽檢的樣本數(shù)十分有限，難免會(huì)以偏概全，無法成為常規(guī)的檢測手段。
[0004] 基于磁致伸縮效應(yīng)的電磁超聲檢測技術(shù)是一種新型無損檢測技術(shù)，它具有非接觸 式，無需耦合劑、檢測速度快、靈敏度高和環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，使得該技術(shù)在錨桿無損 檢測中有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 但上述現(xiàn)有技術(shù)的局限性在于由該原理制成的檢測裝置的核心部件超聲波換能 器（即所述傳感器部分）的換能效率較低，從而造成超聲信號(hào)的信噪比較低，對(duì)于檢測結(jié)果 的精度有一定的影響。需要在實(shí)際錨桿無損檢測中優(yōu)化檢測裝置，提高換能效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種易于安裝、基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式 錨桿無損檢測方法。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 步驟1、設(shè)置檢測裝置：
[0009] 對(duì)于錨桿錨固系統(tǒng)，所述錨桿朝外端部周圍設(shè)置有至少兩個(gè)電磁鐵，所述至少兩 個(gè)電磁鐵以錨桿為中軸線呈均勻?qū)ΨQ分布，將高頻交流線圈設(shè)置在所述至少兩個(gè)電磁鐵形 成的偏置磁場內(nèi)，組成自激自收的自比式傳感器；
[0010]步驟2、高頻交流線圈通過信號(hào)激勵(lì)裝置提供激勵(lì)信號(hào)，在電磁鐵形成的外加偏置 磁場作用下，使得被檢測的錨桿內(nèi)部發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，進(jìn)而在錨桿中激發(fā)出縱向模態(tài)為 主的超聲導(dǎo)波；
[0011] 步驟3、在所述自比式傳感器中利用逆磁致伸縮效應(yīng)接收錨桿底部端面或缺陷反 射的導(dǎo)波回波信號(hào)，并在所述自比式傳感器上連接數(shù)據(jù)采集裝置；
[0012] 步驟4、將步驟3中經(jīng)數(shù)據(jù)采集裝置接收的波回波信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)對(duì) 其進(jìn)行處理和識(shí)別計(jì)算，完成對(duì)象錨桿的無損檢測。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟4中計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置接收的導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行處理和 識(shí)別計(jì)算，具體包括如下步驟：
[0014] a.對(duì)所述超聲導(dǎo)波回波信號(hào)基于相關(guān)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)融合處理；
[0015] b.對(duì)經(jīng)過步驟a加權(quán)融合處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行反褶積處理；
[0016] c.從步驟b反褶積處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)中提取激勵(lì)首波和反射回波之間的 時(shí)間差、激勵(lì)首波和缺陷回波之間的時(shí)間差，計(jì)算錨桿的幾何參數(shù)。
[0017] 進(jìn)一步的，對(duì)經(jīng)所述步驟a加權(quán)融合處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí) 現(xiàn)對(duì)錨桿質(zhì)量定性評(píng)估。
[0018] 進(jìn)一步的，所述步驟a的處理過程如下：
[0019] 設(shè)采集到的錨桿導(dǎo)波回波信號(hào)為xi(n)，X2(n)，......xa(n)，首先對(duì)上述xi(n)，X2 (n),......xa(n)中任意兩個(gè)進(jìn)行兩兩互相關(guān)運(yùn)算，參見如下公（1.1):
[0021]其中，N為實(shí)際導(dǎo)波回波信號(hào)的有限長度；
[0022] Xi(n)，xj(n)表示超聲導(dǎo)波回波信號(hào)xi(n)，X2(n)，......xa(n)中的信號(hào)（Ki彡a, 1彡j彡a且i乒j);
[0023] Rdm)表示Xl(n)，幻(n)在m時(shí)刻的互相關(guān)程度。
[0024]又因?yàn)殡x散信號(hào)的能量計(jì)算公式(1.2)如下：
[0026]其中，Ey信號(hào)Xl(n)與&(n)互相關(guān)后的能量；
[0027] Rij (m)為公式（1.1)對(duì)應(yīng)互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果；
[0028]若對(duì)X1(n)，X2(n)，......xa(n)進(jìn)行兩兩的互相關(guān)運(yùn)算所得信號(hào)的能量為，則第 i個(gè)信號(hào)和其他所有信號(hào)的總的相關(guān)能量的公式(1.3)如下：
[0030]其中，￡1第1個(gè)信號(hào)和其他所有信號(hào)的總的相關(guān)能量；
[0031]由于X1(n)，X2(n)，......x a(n)中每個(gè)所分配的權(quán)值Pi與相關(guān)能量Ei成正比例，貝lj 有公式(1.4)和公式(1.5)如下：
[0032] P1：P2： . . -Pi： . . . ：pa = El：E2： . . . ：Ei： . . . ：Ea (1.4)
[0033] 且
[0035]根據(jù)公式（1.4)和公式（1.5)計(jì)算出xi(n)，X2(n)，......xa(n)中每個(gè)所分配的權(quán) 值Pi;對(duì)xi(n)，X2(n)，......xa(n)進(jìn)行加權(quán)融合處理，如公式（1.6)所示：
[0037]其中，X(n)表示經(jīng)加權(quán)融合處理后的信號(hào)結(jié)果；
[0038] Xi(n)表不超聲導(dǎo)波回波信號(hào)。
[0039] 進(jìn)一步的，所述步驟b的處理過程如下：
[0040]首先，列出脈沖反褶積方程(1.7)并代入相關(guān)數(shù)值：
[0042] 其中，rxx(0)，rxx(l)......rxx(m)表示加權(quán)融合后X(n)的自相關(guān)函數(shù)；
[0043] a(n) = [a(0) ,a(l) ,a(2)......a(m)]，m為反濾波因子長度；
[0044] A表示白噪系數(shù)，其范圍是〇.5%-10%，進(jìn)一步優(yōu)選范圍是0.5%-5%;
[0045] 通過脈沖反褶積方程（1.7)求取出反濾波因子a(n)后，將反濾波因子a(n)與X(n) 進(jìn)行褶積，參見如下公式(1.8):
[0047]其中，S(n)表示脈沖反褶積后輸出的記錄；
[0048] X(n)為經(jīng)加權(quán)融合處理后的信號(hào)結(jié)果；
[0049] 進(jìn)一步的，所述步驟1的檢測裝置中，將電磁鐵通過支架固定在錨桿朝外端部周 圍。
[0050] 進(jìn)一步的，所述步驟1的檢測裝置中，所述高頻交流線圈為銅漆包線繞制。
[0051] 進(jìn)一步的，所述步驟1的檢測裝置中，所述電磁鐵為馬蹄形電磁鐵，個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)， 設(shè)置于錨桿朝外端部，在所述高頻交流線圈外部呈均勻?qū)ΨQ分布。
[0052]進(jìn)一步的，所述步驟1的檢測裝置中，所述電磁鐵與高頻交流線圈的距離為3mm~ 5mm 〇
[0053]進(jìn)一步的，所述高頻交流線圈通入的激勵(lì)信號(hào)為經(jīng)漢寧窗調(diào)制的正弦脈沖激勵(lì)信 號(hào)。
[0054] 進(jìn)一步的，所述高頻交流線圈通入頻率為60KHZ、70KHZ和80KHZ的激勵(lì)信號(hào)。本發(fā) 明的有益效果如下：
[0055] 本發(fā)明基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，包括高頻交流線圈構(gòu)成集 收發(fā)一體的自比式傳感器，自比式傳感器接有數(shù)據(jù)采集裝置和信號(hào)激勵(lì)裝置，數(shù)據(jù)采集裝 置與計(jì)算機(jī)連接。
[0056] 本發(fā)明的檢測裝置安裝方式簡單，可以克服現(xiàn)場測試條件苛刻、環(huán)境復(fù)雜，穩(wěn)定性 差的不足等缺點(diǎn)且激發(fā)電流的頻率等參數(shù)可以人為的控制，對(duì)于信號(hào)處理和識(shí)別具有較好 的效果。
【附圖說明】
[0057]圖1為本發(fā)明基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法的原理示意圖。
[0058]圖2為65KHZ脈沖激勵(lì)信號(hào)下無缺陷錨桿的回波信號(hào)圖。
[0059]圖3為60KHZ脈沖激勵(lì)信號(hào)下缺陷錨桿的回波信號(hào)圖。
[0060]圖4為70KHZ脈沖激勵(lì)信號(hào)下缺陷錨桿的回波信號(hào)圖。
[0061]圖5為80KHZ脈沖激勵(lì)信號(hào)下缺陷錨桿的回波信號(hào)圖。
[0062]圖6為60KHZ、70KHZ、80KHZ激勵(lì)信號(hào)下缺陷錨桿回波信號(hào)融合信號(hào)結(jié)果圖。
[0063]圖7為基于相關(guān)加權(quán)融合的數(shù)據(jù)處理流程圖。
[0064] 其中，1電磁鐵、2高頻交流線圈、3螺母、4托板、5砂漿、6錨桿。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合圖1~圖7和具體實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0066] 步驟1、設(shè)置檢測裝置：
[0067] 如圖1所示，對(duì)于錨桿錨固系統(tǒng)，所述錨桿6朝外端部的周圍設(shè)置有2個(gè)、4個(gè)或8個(gè) 電磁鐵1，所述2個(gè)、4個(gè)或8個(gè)電磁鐵1以錨桿6為中軸線呈均勻?qū)ΨQ分布，將高頻交流線圈2 設(shè)置在所述2個(gè)、4個(gè)或8個(gè)電磁鐵1形成的偏置磁場內(nèi)，組成自激自收的自比式傳感器；
[0068] 步驟2、高頻交流線圈2通過信號(hào)激勵(lì)裝置提供激勵(lì)信號(hào)，在電磁鐵1形成的外加偏 置磁場作用下，在被檢測的錨桿6內(nèi)部發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，進(jìn)而在錨桿6中激發(fā)出超聲導(dǎo)波 信號(hào)；
[0069] 步驟3、在所述自比式傳感器中利用逆磁致伸縮效應(yīng)接收錨桿底部端面或缺陷反 射的導(dǎo)波回波信號(hào)，并在所述自比式傳感器上連接數(shù)據(jù)采集裝置；
[0070] 步驟4、將步驟3中經(jīng)數(shù)據(jù)采集裝置接收的導(dǎo)波回波信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī) 對(duì)其進(jìn)行處理和識(shí)別計(jì)算，完成對(duì)象錨桿的無損檢測。
[0071] 進(jìn)一步的，所述步驟4中計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置接收的導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行處理和 識(shí)別計(jì)算，具體包括如下步驟：
[0072] a.對(duì)所述超聲導(dǎo)波回波信號(hào)基于相關(guān)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)融合處理；
[0073] b.對(duì)經(jīng)過步驟a加權(quán)融合處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行反褶積處理；
[0074] c.從步驟b反褶積處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)中提取激勵(lì)首波和反射回波之間的 時(shí)間差、激勵(lì)首波和缺陷回波之間的時(shí)間差，計(jì)算錨桿6的幾何參數(shù)。進(jìn)一步的，對(duì)經(jīng)所訴步 驟a加權(quán)融合處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿6質(zhì)量定性評(píng)估；
[0075] 進(jìn)一步的，所述步驟a的處理過程如下：
[0076]設(shè)采集到的錨桿導(dǎo)波回波信號(hào)為xi(n)，X2(n)，......xa(n)，首先對(duì)上述xi(n)，X2 (n),......xa(n)中任意兩個(gè)進(jìn)行兩兩互相關(guān)運(yùn)算，參見如下公（1.1):
[0078] 其中，N為實(shí)際導(dǎo)波回波信號(hào)的有限長度；
[0079] Xi(n)，xj(n)表示超聲導(dǎo)波回波信號(hào)xi(n)，X2(n)，......xa(n)中的信號(hào)（Ki彡a, 1彡j彡a且i乒j);
[0080] Ru(m)表示Xl(n)，幻(n)在m時(shí)刻的互相關(guān)程度；
[0081 ]又因?yàn)殡x散信號(hào)的能量計(jì)算公式(1.2)如下：
[0083]其中，信號(hào)Xl(n)與&(n)互相關(guān)后的能量；
[0084] Rij (m)為公式（1.1)對(duì)應(yīng)互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果；
[0085]若對(duì)xl(n)，X2(n)，......xa(n)進(jìn)行兩兩的互相關(guān)運(yùn)算所得信號(hào)的能量為，則第 i個(gè)信號(hào)和其他所有信號(hào)的總的相關(guān)能量的公式(1.3)如下：
[0087]其中，￡1第1個(gè)信號(hào)和其他所有信號(hào)的總的相關(guān)能量。
[0088]由于xl(n)，X2(n)，......x a(n)中每個(gè)所分配的權(quán)值Pl與相關(guān)能量￡1成正比例，則 有公式(1.4)和公式(1.5)如下：
[0089] P1：P2： . . -Pi： . . . ：pa = El：E2： . . . ：Ei： . . . ：Ea (1.4)
[0090] 且
[0092]根據(jù)公式（1.4)和公式（1.5)計(jì)算出xi(n)，X2(n)，......xa(n)中每個(gè)所分配的權(quán) 值Pi;最后再對(duì)xi(n)，X2(n)，......xa(n)如公式（1.6)所示，進(jìn)行加權(quán)融合處理：
[0094]其中，X(n)經(jīng)加權(quán)融合處理后的信號(hào)結(jié)果；
[0095] Xi(n)表不超聲導(dǎo)波回波信號(hào)。
[0096] 進(jìn)一步的，所述步驟b的處理過程如下：
[0097]首先，列出脈沖反褶積方程(1.7)并代入相關(guān)數(shù)值：
[0099] 其中，rxx(0)，rxx(l)......rxx(m)表示加權(quán)融合后X(n)的自相關(guān)函數(shù)；
[0100] 反濾波因a(n) = [a(0)，a(l)，a(2)......a(m)]，m為反濾波因子長度；
[0101] A表示白噪系數(shù)，其范圍是0.5%-10%，進(jìn)一步優(yōu)選范圍是0.5%-5%;
[0102]通過脈沖反褶積方程（1.7)求取出反濾波因子a(n)后，將反濾波因子a(n)與X(n) 進(jìn)行褶積，參見如下公式(1.8):
[0104]其中，S(n)表示脈沖反褶積后輸出的記錄；
[0105] X(n)為經(jīng)加權(quán)融合處理后的信號(hào)結(jié)果。
[0106] 進(jìn)一步的，所述步驟1的檢測裝置中，將電磁鐵1通過支架固定在錨桿6端部周圍。
[0107] 進(jìn)一步的，所述步驟1的檢測裝置中，所述高頻交流線圈2為銅漆包線繞制。進(jìn)一步 的，所述步驟1的檢測裝置中，所述電磁鐵1為馬蹄形電磁鐵，個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)，設(shè)置于錨桿6朝 外端部周圍，在所述高頻交流線圈2外部呈均勻?qū)ΨQ分布。進(jìn)一步的，所述步驟1的檢測裝置 中，所述電磁鐵1與高頻交流線圈2的距離為3mm~5mm。
[0108] 進(jìn)一步的，所述高頻交流線圈2通入的激勵(lì)信號(hào)為經(jīng)漢寧窗調(diào)制的正弦脈沖激勵(lì) 信號(hào)。
[0109] 進(jìn)一步的，所述高頻交流線圈2通入頻率為60KHZ、70KHZ和80KHZ的激勵(lì)信號(hào)。下面 對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)的描述：
[0110] 如圖1(為實(shí)際裝置的切面圖）所示，將電磁鐵1用支架固定在錨桿6端部周圍呈均 勻?qū)ΨQ分布，然后將銅漆包線制成的高頻交流線圈2安裝在錨桿6錨頭處，離電磁鐵1的距離 為3mm~5mm，并依次通入頻率為60KHZ、70KHZ、80KHZ的經(jīng)漢寧窗調(diào)制的正弦脈沖激勵(lì)信號(hào)。 此時(shí)，在偏置磁場與高頻交流線圈2的作用下錨桿6內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生磁致伸縮力進(jìn)而引起超聲 導(dǎo)波在錨桿6內(nèi)部傳播，經(jīng)過端面或缺陷時(shí)發(fā)生反射。反射后的超聲導(dǎo)波因逆磁致伸縮效應(yīng) 使得同一高頻交流線圈2兩端的電流、電壓等波形發(fā)生變化。然后利用連接在自比式傳感器 上的數(shù)據(jù)采集裝置采集錨桿導(dǎo)波回波信號(hào)并將其傳入計(jì)算機(jī)中做識(shí)別和處理。
[0111] 數(shù)據(jù)采集裝置采集回頻率為60KHZ、70KHZ、80KHZ的激勵(lì)電流信號(hào)產(chǎn)生的3組回波 信號(hào)圖形。利用上述相關(guān)公式所示對(duì)這3組回波信號(hào)進(jìn)行基于相關(guān)函數(shù)的加權(quán)融合處理。首 先對(duì)各個(gè)回波信號(hào)進(jìn)行兩兩互相關(guān)運(yùn)算，求出兩兩互相關(guān)后的能量。然后據(jù)此相關(guān)能量的 大小確定各信號(hào)的權(quán)值，再對(duì)各信號(hào)所分配的權(quán)值來進(jìn)行加權(quán)融合，得到加權(quán)融合信號(hào)。最 后將加權(quán)融合信號(hào)進(jìn)行反褶積處理來提高檢測信號(hào)的分辨率，從中提取檢測信號(hào)的激勵(lì)首 波及反射回波、激勵(lì)首波與缺陷回波之間的時(shí)間差，計(jì)算錨桿6的幾何參數(shù)。再對(duì)融合后的 信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿6質(zhì)量的定性評(píng)估。
[0112] 進(jìn)一步舉例，參見圖1到圖5:
[0113] 利用室內(nèi)澆注錨桿6長度為2100mm進(jìn)行基于磁致伸縮效應(yīng)的錨桿無損檢測。利用 電磁鐵1在外部形成所需的偏置磁場，然后給高頻交流線圈2依次加入頻率為60KHZ、70KHZ、 80KHZ的經(jīng)漢寧窗調(diào)制的正弦脈沖電流激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集裝置可采集得到若干組回波 信號(hào)。如圖2為在無缺陷的錨桿中所測的波形圖，從圖中可以看出回波信號(hào)非常明顯。如圖3 為所測含缺陷的回波波形圖，由圖可見反射的缺陷信號(hào)很明顯。如圖6為缺陷錨桿回波信號(hào) 融合結(jié)果圖，從中讀出其缺陷波峰值和端部反射波峰值，并計(jì)算端部反射時(shí)間，再根據(jù)實(shí)驗(yàn) 條件下測得磁致伸縮模態(tài)導(dǎo)波在錨桿中傳播的波速，由此可計(jì)算出錨桿6的長度，達(dá)到高精 度檢測。再對(duì)融合后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿6質(zhì)量的定性評(píng)估。
[0114] 簡單總結(jié)，本發(fā)明主要包括下列三個(gè)方面：
[0115] 1、超聲導(dǎo)波信號(hào)的產(chǎn)生
[0116] 利用電磁鐵在外部形成所需的偏置磁場，同時(shí)給高頻交流線圈通入經(jīng)漢寧窗調(diào)制 的正弦脈沖激勵(lì)信號(hào)，調(diào)節(jié)其頻率大小依次為601(取、701(112、801012。在外加偏置磁場的作用 下在錨桿中會(huì)激發(fā)出模態(tài)較單一的超聲導(dǎo)波，該導(dǎo)波頻散較小且具有良好的信噪比，易于 檢測即為我們所要的超聲導(dǎo)波信號(hào)。
[0117] 2、反射信號(hào)的接收
[0118]該裝置利用電磁鐵形成外部偏置磁場，高頻交流線圈做成自比式傳感器，在錨桿 中激發(fā)產(chǎn)生模態(tài)較為單一的超聲導(dǎo)波，在遇到端面或缺陷時(shí)發(fā)生反射。反射信號(hào)傳回使同 一傳感器高頻線圈兩端的電壓、電流等波形發(fā)生變化。此時(shí)，由安裝在高頻線圈兩端的數(shù)據(jù) 采集裝置采集回波信息并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，然后再將采集到的回波信息傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別和處 理。
[0119] 3、反射回波信號(hào)的數(shù)據(jù)處理
[0120] 對(duì)采集回來的信號(hào)信息進(jìn)行基于相關(guān)函數(shù)的加權(quán)融合算法處理和加權(quán)融合后的 脈沖反褶積處理。首先利用相關(guān)算法對(duì)數(shù)據(jù)采集器采集的回波信號(hào)進(jìn)行兩兩互相關(guān)運(yùn)算， 然后根據(jù)互相關(guān)結(jié)果，求出兩兩互相關(guān)后的能量。根據(jù)此相關(guān)能量的大小確定各信號(hào)的權(quán) 值，再對(duì)每個(gè)信號(hào)所分配的權(quán)值來進(jìn)行加權(quán)融合，得到加融合信號(hào)。最后將融合信號(hào)進(jìn)行反 褶積處理來提高檢測信號(hào)的分辨率，從中提取檢測信號(hào)的首波及反射波之間的時(shí)間差，計(jì) 算錨桿的幾何參數(shù)。再對(duì)融合后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿質(zhì)量的定性評(píng)估。
[0121] 本發(fā)明中利裝置利用電磁鐵形成外部偏置磁場，高頻交流線圈做成自比式傳感 器，在錨桿中激發(fā)產(chǎn)生超聲導(dǎo)波。同時(shí)根據(jù)逆磁致伸縮效應(yīng)在同一傳感器內(nèi)接收缺陷或者 端面反射的回波。通過計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的信息采用基于相關(guān)函數(shù)加權(quán)融合算法和脈沖反褶 積進(jìn)行處理，獲得錨桿有關(guān)幾何參數(shù)和初步評(píng)估的缺陷狀態(tài)。解決了現(xiàn)有方法中檢測精度 不高，穩(wěn)定性差，成本投入大等問題。基于磁致伸縮效應(yīng)的檢測方法具有裝置輕便、效率高、 無需耦合且檢測范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在錨桿無損檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0122] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征在于:其包括如下步驟： 步驟1、設(shè)置檢測裝置： 對(duì)于錨桿錨固系統(tǒng)，所述錨桿(6)朝外端部周圍設(shè)置有至少兩個(gè)電磁鐵（1)，所述至少 兩個(gè)電磁鐵（1)以錨桿(6)為中軸線呈均勻?qū)ΨQ分布，將高頻交流線圈（2)設(shè)置在所述至少 兩個(gè)電磁鐵(1)形成的偏置磁場內(nèi)，組成自激自收的自比式傳感器； 步驟2、高頻交流線圈（2)通過信號(hào)激勵(lì)裝置提供激勵(lì)信號(hào)，在電磁鐵（1)形成的外加偏 置磁場作用下，在被檢測的錨桿(6)內(nèi)部發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，進(jìn)而在錨桿(6)中激發(fā)出以縱 向模態(tài)為主的超聲導(dǎo)波； 步驟3、在所述自比式傳感器中利用逆磁致伸縮效應(yīng)接收錨桿(6)底部端面或缺陷反射 的導(dǎo)波回波信號(hào)，并在所述自比式傳感器上連接數(shù)據(jù)采集裝置； 步驟4、將步驟3中經(jīng)數(shù)據(jù)采集裝置接收的導(dǎo)波回波信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)其 進(jìn)行處理和識(shí)別計(jì)算，完成對(duì)象錨桿(6)的無損檢測。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述步驟4中計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置接收的導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行處理和識(shí)別計(jì)算，具體 包括如下步驟： a. 對(duì)所述超聲導(dǎo)波回波信號(hào)基于相關(guān)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)融合處理； b. 對(duì)經(jīng)過步驟a加權(quán)融合處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)進(jìn)行反褶積處理； c. 從步驟b反褶積處理后的超聲導(dǎo)波回波信號(hào)中提取激勵(lì)首波和反射回波之間的時(shí)間 差、激勵(lì)首波和缺陷回波之間的時(shí)間差，計(jì)算錨桿(6)的幾何參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述步驟a的處理過程如下： 設(shè)采集到的錨桿導(dǎo)波回波信號(hào)為X1(n)，x2(n)，......xa(n)，首先對(duì)上述 xi(n),x2(n),......xa(n)中任意兩個(gè)進(jìn)行兩兩互相關(guān)運(yùn)算，參見如下公式(1.1):其中，N為實(shí)際導(dǎo)波回波信號(hào)的有限長度； xi(n)，xj(n)表示超聲導(dǎo)波回波信號(hào)xi(n)，X2(n)，......xa(n)中的信號(hào)（Ki彡a, 1彡j 彡a且i乒j); Rij(m)表示xi(n)，xj(n)在m時(shí)刻的互相關(guān)程度； 又因?yàn)殡x散信號(hào)的能量的計(jì)算公式(1.2)如下：其中，表示信號(hào)^(1〇與幻(n)互相關(guān)后的能量； RuOn)為公式(1.1)對(duì)應(yīng)互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果； 若對(duì)X1(n)，X2(n)，......xa(n)進(jìn)行兩兩的互相關(guān)運(yùn)算所得信號(hào)的能量為E^，則第i個(gè) 信號(hào)和其他所有信號(hào)的總的相關(guān)能量的公式(1.3)如下：其中，Ei表示第i個(gè)信號(hào)和其他所有信號(hào)的總的相關(guān)能量； 由于xi(n)，X2(n)，......xa(n)中每個(gè)所分配的權(quán)值pi與相關(guān)能量Ei成正比例，貝lj有公 式(1.4)和公式(1.5)如下： Pl：P2： . . -Pi： . . . ：Pa = El：E2： . . . ：Ei： . . . ：Ea (1.4) 且根據(jù)公式（1.4)和公式（1.5)計(jì)算出xi(n)，X2(n)，......xa(n)中每個(gè)所分配的權(quán)值pi; 對(duì)xi(n)，X2(n)，......xa(n)進(jìn)行加權(quán)融合處理，如公式（1.6)所示：其中，X(n)表示經(jīng)加權(quán)融合處理后的信號(hào)結(jié)果； xi(n)表不超聲導(dǎo)波回波信號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述步驟b的處理過程如下： 首先，列出脈沖反褶積方程(1.7)并代入相關(guān)數(shù)值：其中，rxx(0)，rxx(l)......rxx(m)表不加權(quán)融合后X(n)的自相關(guān)函數(shù)； [a(0) ,a(l) ,a(2)......a(m)] =a(n) ,a(n)為反濾波因子，m為反濾波因子長度； 入表示白噪系數(shù)； 通過脈沖反褶積方程（1.7)求取出反濾波因子a(n)后，將反濾波因子a(n)與X(n)進(jìn)行 褶積，參見如下公式(1.8):其中，S(n)表示脈沖反褶積后輸出的記錄； X(n)為經(jīng)加權(quán)融合處理后的信號(hào)結(jié)果。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述步驟1的檢測裝置中，將電磁鐵(1)通過支架固定在錨桿(6)端部周圍。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述白噪系數(shù)X的取值范圍為〇.5%-10%。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述步驟1的檢測裝置中，所述電磁鐵（1)為馬蹄形電磁鐵，個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)，設(shè)置于錨 桿(6)朝外端部，在所述高頻交流線圈（2)外部呈均勻?qū)ΨQ分布。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述步驟1的檢測裝置中，所述電磁鐵(1)與高頻交流線圈（2)的距離為3mm~5_。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其特征 在于:所述高頻交流線圈（2)通入的激勵(lì)信號(hào)為經(jīng)漢寧窗調(diào)制的正弦脈沖激勵(lì)信號(hào)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種基于磁致伸縮效應(yīng)的自比式錨桿無損檢測方法，其 特征在于:所述高頻交流線圈（2)通入頻率為60KHZ、70KHZ和80KHZ的激勵(lì)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01N29/50GK106053602SQ201610290357
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】孫曉云, 陳建鋒, 程久龍
【申請(qǐng)人】石家莊鐵道大學(xué)