基于半波偶极子理论的锚杆长度无损测量仪设计.pdf

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1、煤炭工程第４９卷第１期ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ.４９，Ｎｏ.１ｄｏｉ：１０.１１７９９／ｃｅ２０１７０１０３８基于半波偶极子理论的锚杆长度无损测量仪设计张法全，周强，王国富，叶金才（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）摘要：针对声频应力波法应用于金属锚杆无损测量时反射波信号处理复杂及测量长度受限的问题，设计了一种基于天线理论的锚杆长度无损测量仪，通过添加一根金属参考线的方式，将单根金属锚杆等效为半波偶极子天线，采用ＡＤ９９１３作为天线馈源产生０～１００ＭＨｚ的正弦扫描信号耦合进金属锚杆，检测金属锚杆首次发生谐振时对应的正弦信

2、号的频率，依据谐振频率与波长以及波长与天线长度的关系，计算出金属锚杆的长度。在整个测量过程中，电路对信号的相位特性不需要严格约束，对１０ｍ长以上的锚杆进行实际测量，绝对误差可控制在５％以内。关键词：金属锚杆；无损测量；谐振频率；偶极天线；ＡＤ９９１３中图分类号：ＴＤ１７８文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－０９５９（２０１７）０１-０１３１-０４Ｄｅｓｉｇｎｏｆｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｆｏｒｍｅｔａｌｂｏｌｔｌｅｎｇｔｈｂａｓｅｄｏｎｈａｌｆ－ｗａｖｅｄｉｐｏｌｅａｎｔｅｎｎａｔｈｅｏｒｙＺＨＡＮＧＦａ－ｑｕａｎ

3、，ＺＨＯＵＱｉａｎｇ，ＷＡＮＧＧｕｏ－ｆｕ，ＹＥＪｉｎ－ｃａｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｒｅｆｌｅｃｔｅｄｗａｖｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｌｉｍｉｔｅｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｅｎｇｔｈｏｆａｕｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｍｅｔｈｏｄａｐｐｌｉｅｄｉｎｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｍｅｔａｌｂｏｌｔ

4、.Ａｎｅｗｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｈａｌｆ－ｗａｖｅｄｉｐｏｌｅａｎｔｅｎｎａｔｈｅｏｒｙ，ｂｙａｄｄｉｎｇａｍｅｔａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｌｉｎｅ，ｔｈｅｓｉｎｇｌｅｍｅｔａｌｂｏｌｔｉｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏｈａｌｆ－ｗａｖｅｄｉｐｏｌｅａｎｔｅｎｎａ；ＡＤ９９１３ｉｓｕｓｅｄａｓａｎｔｅｎｎａｆｅｅｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅａ０～１００ＭＨｚｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｓｉｇｎａｌ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｕｐｌｅｄｉｎｔｏｔｈｅｂｏｌｔ；ｔｈｅｆｉｒｓｔｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｉｇｎａ

5、ｌｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｄｅｔｅｃｔｅｄ，ｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ａｎｄｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅａｎｔｅｎｎａｌｅｎｇｔｈ，ｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｂｏｌｔｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ.Ｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ，ｎｏｓｔｒｉｃｔｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓａｒｅｒｅｑｕｉｒｅｄｆｏｒｓｉｇｎａｌｐｈａｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄｔｈｅａｂｓｏｌｕｔｅｅｒｒｏｒｃａｎｂｅｃｏｎｔｒｏｌ

6、ｌｅｄｗｉｔｈｉｎ５％ｉｎａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｂｏｌｔｍｏｒｅｔｈａｎ１０ｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔａｌｂｏｌｔ；ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｄｉｐｏｌｅａｎｔｅｎｎａ；ＡＤ９９１３［１］锚杆锚固技术作为围岩的一种加固技术，自从２０世在国内无损检测技术主要是使用声频应力波法来检测锚固纪５０年代引入国内后，已经在矿业采掘和岩土工程界广泛质量，该方法是通过分析反射波的走时、相位特性以及能运用，锚杆锚固工程具有高度复杂性和隐蔽性，锚杆支护量衰减变化来判断锚杆长度，对波形相位要求严

7、格，直接质量的检测一直没有得到很好的解决。锚杆质量检测主要影响到时提取，当锚杆较长时，获得的波形数据质量不高，［２］分为有损检测和无损检测，有损检测具有破损性只能进经常会出现错判和漏判情况。行少量抽检且其精度可靠性低；无损检测最早是瑞典推出针对以上问题，设计了一种基于半波偶极子天线理论［３］的超声波反射法，但超声波衰减大，测量长度有限，现的金属锚杆长度无损检测设备，测量信号为电磁波，衰减收稿日期：２０１６－０１－２７基金项目：国家自然科学基金（６１３６２０２０）；广西自然科学基金（２０１３ＧＸＮＳＦＡＡ０１９３２７，２０１３ＧＸＮＳＦＦＡ０１９００４）；

8、桂林电子科技大学研究生教育创新计划资助项目（ＧＤＹＣＳＺ２０１４６１）作者简介：