錨桿長度測量方法及錨桿長度測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種錨桿長度測量方法及錨桿長度測量儀，其發(fā)射模塊根據(jù)設(shè)定的頻率間隔產(chǎn)生多個不同頻率值的正弦信號，并將這些正弦信號依次發(fā)射到錨桿上；每個正弦信號從錨桿的始端開始進(jìn)行傳輸，在錨桿末端發(fā)生反射后又反向傳輸?shù)藉^桿始端，這樣在錨桿始端入射波和反射波會疊加形成駐波信號；接收模塊依次接收錨桿始端的駐波信號；控制模塊將所有駐波信號電壓值和頻率值映射在一個二維曲線上；通過尋找二維曲線的第一個波谷點所對應(yīng)的頻率值來實現(xiàn)錨桿長度的測量。本發(fā)明的測量信號為電磁波，能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測，具有耦合方便，測量長度范圍寬，測量精度高等優(yōu)點。
【專利說明】描桿長度測量方法及描桿長度測量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及錨桿長度測量領(lǐng)域，具體涉及一種錨桿長度測量方法及錨桿長度測量 儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)外測量錨桿長度的方法主要有拉拔實驗法、沖擊應(yīng)力波法和超聲波法 等。拉拔實驗方法多停留在用千斤頂進(jìn)行機械破損性拉拔實驗階段，會對錨固結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán) 重破壞，降低錨桿對圍巖的加固作用，因此只能少量抽檢。沖擊應(yīng)力波法通過檢測從錨桿底 部反射回來的波的時間，結(jié)合固結(jié)波速理論，求出錨桿的長度，存在振動波和錨桿的耦合問 題，測量效果往往因人而異。超聲波法可以實現(xiàn)錨桿長度的無損檢測，將超聲波耦合進(jìn)入桿 體，然后分析聲頻應(yīng)力波在錨固體系中的反射相位特征和能量衰減變化規(guī)律。但是超聲波 在錨桿內(nèi)衰減嚴(yán)重，通常只能對3米以內(nèi)的錨桿進(jìn)行檢測，對錨桿測量端頭也要求苛刻，需 要現(xiàn)場對錨桿端頭進(jìn)行打磨平整，才能將超聲波耦合進(jìn)入桿體。由此可見，現(xiàn)有方法均無法 測量10米以上的金屬錨桿的長度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的是傳統(tǒng)測量方法無法測量IOm以上金屬錨桿的長度的問題，而 提供的一種能夠?qū)崿F(xiàn)10米以上的金屬錨桿的長度測量的錨桿長度測量方法及錨桿長度測 量儀。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] 錨桿長度測量方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1、設(shè)定發(fā)射模塊產(chǎn)生的正弦信號的起始頻率4、終止頻率fH、頻率間隔f DIV ;
[0007] 步驟2、從起始頻率&開始，發(fā)射模塊依據(jù)頻率間隔fDIV產(chǎn)生1個不同頻率值的正 弦信號，并將這1個不同頻率值的正弦信號依次發(fā)射到錨桿上；
[0008] 步驟3、每個正弦信號從錨桿的始端開始進(jìn)行傳輸，在錨桿末端發(fā)生反射后又反向 傳輸?shù)藉^桿始端，這樣在錨桿始端入射波和反射波會疊加形成駐波信號；接收模塊依次接 收錨桿始端的駐波信號；
[0009] 步驟4、控制模塊將駐波信號電壓值和頻率值分別映射在y軸和X軸上表示，所有 駐波信號電壓值和對應(yīng)的頻率值將構(gòu)成一個二維曲線；
[0010] 步驟5、控制模塊尋找上述二維曲線的第一個波谷點所對應(yīng)的頻率值& ;
[0011] 步驟6、控制模塊根據(jù)下式計算錨桿的長度L，即
[0012] L = V4fO ①
[0013] 式中：&為二維曲線第一個波谷點所對應(yīng)的頻率值；Vq為正弦信號在錨桿中的傳 播速度。
[0014] 上述步驟5具體過程為：
[0015] 步驟5. 1、設(shè)定迭代次數(shù)N、有效閾值K和抽取間隔k，從不同頻率值對應(yīng)的駐波信 號電壓值所構(gòu)成的駐波離散數(shù)組N(i)，i = 0, 1，2, 3, . . .，1-1中以k為間隔抽取出滿足式 ②的數(shù)據(jù)N((i+l)*k)依次保存在新的駐波離散數(shù)組隊(i)中，

【權(quán)利要求】
1. 錨桿長度測量方法，其特征是，包括如下步驟： 步驟1、設(shè)定發(fā)射模塊產(chǎn)生的正弦信號的起始頻率4、終止頻率fH、頻率間隔fDIV; 步驟2、從起始頻率4開始，發(fā)射模塊依據(jù)頻率間隔fDIV產(chǎn)生1個不同頻率值的正弦信 號，并將這1個不同頻率值的正弦信號依次發(fā)射到錨桿上； 步驟3、每個正弦信號從錨桿的始端開始進(jìn)行傳輸，在錨桿末端發(fā)生反射后又反向傳輸 到錨桿始端，這樣在錨桿始端入射波和反射波會疊加形成駐波信號；接收模塊依次接收錨 桿始端的駐波信號； 步驟4、控制模塊將駐波信號電壓值和頻率值分別映射在y軸和x軸上表示，所有駐波 信號電壓值和對應(yīng)的頻率值將構(gòu)成一個二維曲線； 步驟5、控制模塊尋找上述二維曲線的第一個波谷點所對應(yīng)的頻率值4 ; 步驟6、控制模塊根據(jù)下式計算錨桿的長度L，即L=Vq/4f〇 ① 式中：f〇為二維曲線第一個波谷點所對應(yīng)的頻率值；Vq為正弦信號在錨桿中的傳播速 度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿長度測量方法，其特征是，步驟5具體為： 步驟5. 1、設(shè)定迭代次數(shù)N、有效閾值K和抽取間隔k，從不同頻率值對應(yīng)的駐波信號電 壓值所構(gòu)成的駐波離散數(shù)組N(i)，i= 0, 1，2, 3, . . .，1-1中以k為間隔抽取出滿足式②的 數(shù)據(jù)N((i+l)*k)依次保存在新的駐波離散數(shù)組隊(i)中，
步驟5. 2、找出上述新的駐波離散數(shù)組隊(i)的第一個數(shù)據(jù)隊(0);若新的駐波離散數(shù)組 隊⑴的第一個數(shù)據(jù)隊(0)為駐波離散數(shù)組N(i)的第q個數(shù)據(jù)N(q)，即隊(0) =N(q)，貝1J以 N(q)為中心，根據(jù)式③擴展出2k+l個數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)依次保存在擴展離散數(shù)組Ns(i)， i= 0, 1，2, 3, ? ? ?，2k中， Ns (i) ={N(q-k)，N(q+l-k)，? --，N(q-l+k)，N(q+k)} ③ 步驟5. 3、將迭代次數(shù)設(shè)為2k_l，從擴展離散數(shù)組Ns (i)中把滿足式④的數(shù)據(jù)Ns (i+1) 依次保存到波谷數(shù)組凡(i)中，
步驟5. 4,找出波谷數(shù)組凡(i)的第一個數(shù)據(jù)凡(0);若波谷數(shù)組凡(i)的第一個數(shù)據(jù) 凡(0)為擴展離散數(shù)組隊(1)中的第m個數(shù)據(jù)，也是駐波離散數(shù)組N(i)的第q+m個數(shù)據(jù)，即 Ne(0) =Ns(m) =N(q+m);貝U二維曲線的第一個波谷點所對應(yīng)的頻率值fQ為： f〇= fi+frav* (q+m) ⑤ 式中，4為起始頻率，fDIV為頻率間隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錨桿長度測量方法，其特征是，步驟5. 1中，設(shè)定的迭代次數(shù) N與設(shè)定的抽取數(shù)據(jù)間隔k有關(guān)，即
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錨桿長度測量方法，其特征是，步驟5. 1中，設(shè)定的有效閾值 K與控制模塊內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換位數(shù)a有關(guān)，即0〈K〈2a。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿長度測量方法，其特征是，步驟2中，發(fā)射模塊產(chǎn)生的正 弦信號的總數(shù)1為：
式中，4為設(shè)定的起始頻率，fH為設(shè)定的終止頻率，fDIV為設(shè)定的頻率間隔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿長度測量方法，其特征是，步驟2中，發(fā)射模塊采用等時 間間隔的方式將1個不同頻率值的正弦信號依次發(fā)射到錨桿上。
7. 基于上述測量方法所設(shè)計的錨桿長度測量儀，其特征在于：主要由發(fā)射模塊、接收 模塊、控制模塊、系統(tǒng)電源、晶振、LCD和SD卡組成；上述發(fā)射模塊包括信號產(chǎn)生電路和信號 放大電路；上述接收模塊包括信號檢波電路和信號濾波電路；系統(tǒng)電源、晶振、LCD和SD卡 連接在控制模塊上，控制模塊的輸出端連接信號產(chǎn)生電路的輸入端，信號產(chǎn)生電路的輸出 端與信號放大電路的輸入端相連，信號放大電路的輸出端連接錨桿的始端；信號檢波電路 的輸入端連接錨桿的始端，信號檢波電路的輸出端與信號濾波電路的輸入端相連，信號濾 波電路的輸出端連接控制模塊的輸入端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的錨桿長度測量儀，其特征在于：所述信號放大電路為多級信 號放大電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的錨桿長度測量儀，其特征在于：所述信號檢波電路為雙運放 精密檢波電路。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的錨桿長度測量儀，其特征在于：所述信號濾波電路為2個二 階有源低通濾波器級聯(lián)而成。
【文檔編號】G01B15/00GK104406549SQ201410735032
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】張法全, 周強, 王國富, 葉金才, 張海如, 龐成, 韋秦明 申請人:桂林電子科技大學(xué)