本實用新型屬于煤礦錨桿檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于應(yīng)力波法的錨桿無損檢測設(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，必要時對其施加預(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)量的檢測方法在工程界主要有兩種，一種是有損檢測，另一種是無損檢測。有損檢測包括取芯法和拉拔實驗法，這兩種方法的最大優(yōu)點是直觀、準確，但都是破壞性檢測方法，而且操作復(fù)雜，工作量大，開銷巨大。無損檢測包括應(yīng)力波法和超聲波法。超聲波法在實際中，信號在錨桿內(nèi)傳播的過程中衰減嚴重，且需要對錨桿端頭打磨平整才可將超聲波耦合進錨桿桿體。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實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)力波法的錨桿無損檢測設(shè)備，該檢測設(shè)備對錨桿檢測無破壞，工作量小，克服了有損檢測的缺點及超聲波法信號衰減嚴重、測量長度短的問題。該設(shè)備操作簡單，環(huán)境適應(yīng)性強，人機交互性好，測量數(shù)據(jù)精度高，效果好，數(shù)據(jù)處理速度快，可以測量10m以上的錨桿，且錨桿長度測量誤差小于3％，優(yōu)于普通的錨桿長度檢測設(shè)備。

實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是：

一種基于應(yīng)力波法的錨桿無損檢測設(shè)備，包括順序連接的加速度傳感器、信號調(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卡存儲模塊；電源模塊分別與信號調(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。

所述的信號調(diào)理模塊，進一步包括順序連接的信號放大電路和信號濾波電路，加速度傳感器與信號放大電路連接，信號濾波電路與AD轉(zhuǎn)換模塊連接。

所述的信號放大電路，包括第一運算放大器、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；第一運算放大器的1號管腳接+5V電壓，2號管腳接-5V電壓，3號管腳分別與第三電阻、第四電阻的一端連接，4號和5號管腳接地；第四電阻的另一端接地；第三電阻的另一端與第一運算放大器的信號輸出端連接，信號輸出端還與信號濾波電路連接；

通過對兩個外部電阻R₃和R₄進行增益設(shè)置，穩(wěn)定度遠遠高于采用單個電阻設(shè)置增益的儀表放大器，增益表達式為：

所述的信號濾波電路，包括第二運算放大器、第三運算放大器、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放大電路的第一運算放大器的信號輸出端連接，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算放大器的正輸入端連接；第二運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；第二運算放大器的負輸入端與第二運算放大器的信號輸出端連接；第二運算放大器的信號輸出端還與第九電容的另一端、第七電阻的一端連接；第二運算放大器的1號管腳接+5V電壓，2號管腳接-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算放大器的正輸入端連接；第三運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；第三運算放大器的1號管腳接+5V電壓，2號管腳接-5V電壓；第三運算放大器的信號輸出端分別與第十一電容的另一端、第三運算放大器的負輸入端、AD轉(zhuǎn)換模塊連接。

所述的信號濾波電路為四階巴特沃斯低通濾波器。

本實用新型提供的一種基于應(yīng)力波法的錨桿無損檢測設(shè)備，測量效果好，與取芯法、拉拔實驗法和超聲波法相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

1.本設(shè)備屬于無損檢測，不對錨桿錨固本身造成破壞；與超聲波法無損檢測技術(shù)相比，本設(shè)備避免了超聲波信號衰減嚴重且只能測量3m以內(nèi)的錨桿的缺點；

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

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

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

附圖說明

圖1為本實用新型錨桿檢測模型圖；

圖2為本實用新型檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為信號放大電路圖；

圖4為信號濾波電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步闡述，但不是對本實用新型的限定。

實施例：

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)開始測量時，利用激勵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，一部分應(yīng)力波被反射，而另一部分應(yīng)力波則透射進入錨固段內(nèi)繼續(xù)傳播，到達錨固底端時再次發(fā)生反射，理想情況下，加速度傳感器會接收到先后兩次的反射信號。

如圖2所示，一種基于應(yīng)力波法的錨桿無損檢測設(shè)備，包括順序連接的加速度傳感器1、信號調(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卡存儲模塊8；電源模塊7分別與信號調(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。

所述的信號調(diào)理模塊，進一步包括順序連接的信號放大電路2和信號濾波電路3，加速度傳感器1與信號放大電路2連接，信號濾波電路3與AD轉(zhuǎn)換模塊4連接。

如圖3所示，所述的信號放大電路2，包括第一運算放大器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；第一運算放大器U1的1號管腳接+5V電壓，2號管腳接-5V電壓，3號管腳分別與第三電阻R3、第四電阻R4的一端連接，4號和5號管腳接地；第四電阻R4的另一端接地；第三電阻R3的另一端與第一運算放大器U1的信號輸出端連接，信號輸出端還與信號濾波電路3連接。

如圖4所示，所述的信號濾波電路3，包括第二運算放大器U3、第三運算放大器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的一端與信號放大電路的第一運算放大器U1的信號輸出端連接，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的另一端與第二運算放大器U2的正輸入端連接；第二運算放大器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；第二運算放大器U2的負輸入端與第二運算放大器U2的信號輸出端連接；第二運算放大器U2的信號輸出端還與第九電容C9的另一端、第七電阻R7的一端連接；第二運算放大器U2的1號管腳接+5V電壓，2號管腳接-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算放大器U3的正輸入端連接；第三運算放大器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；第三運算放大器U3的1號管腳接+5V電壓，2號管腳接-5V電壓；第三運算放大器U3的信號輸出端分別與第十一電容C11的另一端、第三運算放大器U3的負輸入端、AD轉(zhuǎn)換模塊4連接。

所述的信號濾波電路3為四階巴特沃斯低通濾波器。