基于声波测试的锚杆锚固质量检测信号分析与评价系统实现

基于声波检测的锚杆锚固系统在受荷载条件下的声学特性,结合试验研究表明：锚杆锚固质量的优劣可用固结波速和锚杆工作荷载这两个参数来评判。固结波速确定的关键在于对锚杆底端反射信号的识别,采用小波分析方法处理检测信号,发现应用“db4”小波对检测信号进行4尺度或5尺度分解后,其最高频重构信号的第二个“波浪”的开始点所对应的时刻即是原始信号的底端反射时间点。采用自适应滤波法用参考信号对检测信号进行逼近得到完整的底端反射信号,表明这两种方法有很好的一致性。锚杆工作荷载是检测信号基频的三次方函数,通过频谱分析获得了信号基频。结合上述分析方法以Matlab为开发平台编写了锚杆锚固质量无损检测信号分析系统并应用于实践,实现了锚杆锚固质量的智能评价,提高了分析精度。     

锚杆锚固质量的多尺度熵评价方法研究

建立了基于应力波法检测锚杆锚固质量的有限元分析模型,研究了锚固系统缺陷轴向长度增加情况下应力波的传播特性。计算了反射信号的多尺度熵,发现有缺陷锚固系统反射信号的多尺度熵在大部分时间尺度上比无缺陷的大,即有缺陷锚固系统反射信号的复杂度高。引入伪判定系数参量定量描述有缺陷和无缺陷时反射信号多尺度熵值曲线之间的偏离程度,计算发现缺陷的轴向长度越长,伪判定系数越小,说明2条多尺度熵值曲线的偏离程度越大,即该缺陷长度对应信号的复杂度越高。结果表明利用多尺度熵方法可对锚杆锚固质量进行有效的评价。     

全长锚固锚杆早期锚固质量无损检测技术

借鉴桩基检测原理,通过理论分析和实验研究,证明了锚杆锚固体中固结波速确实会发生变化,其变化范围介于激发应力波在自由锚杆杆体中的传播速度和应力波在锚固介质中的传播速度之间,其值大小与锚杆、锚固介质及围岩的黏结强度有关.养护初期（＜14 d ）,随着养护时间的增加,固结波速逐渐减小.当养护时间达到一定值（约14 d）后,随着养护时间的增加,固结波速逐渐增大,并最终趋于定值.同时给出了固结波速和锚固质量的定性关系.     

注浆锚杆锚固质量的无损检测试验研究

注浆锚杆广泛应用于深部软岩巷道支护,其注入浆液的密实度极大的影响着注浆锚杆的锚固质量,但是目前如何快速、准确、大范围的检测锚固质量尚无有效的技术手段。文章基于弹性应力波在注浆锚杆锚固体中传播时透射与反射规律,对注浆锚杆自由段、锚固段长度和锚固段内缺陷位置和长度进行了无损检测试验研究,并采用小波变换理论对试验信号进行了分析。研究结果表明：通过小波工具箱中的低通滤波器对信号进行低频分析,能够准确的识别出注浆锚杆的自由段长度|通过高通滤波器对信号进行高频分析,能够准确的识别出注浆锚杆的锚固段长度,锚固段内缺陷长度以及缺陷的具体位置。研究成果可为进一步开发注浆锚杆锚固质量无损检测技术和方法提供试验基础。     

小波分析技术在地震信号噪声处理中的应用

小波分析是20世纪80年代中后期逐渐发展起来的一个新的数学分支,它具有多分辨率分析的优良特性,在许多方面获得了广泛应用。信号中混入噪声之后,会引起信号的奇异性变化。随机噪声和有效信号本身在奇异点的奇异指数大小不同,从而它们的小波变换的模极大值在不同尺度下的传播行为也不一样。依据此区别,对于一个含噪地震道记录信号进行小波分解(即多分辨率分解)之后,在模极大值图上去除那些幅度随尺度增加而减小的极值点(对应噪声的极值点),而保留幅度随尺度增加而增大的点(对应信号突变点位置),这样就可以在模极大值图上达到去除噪声的目的。小波分析技术在地震信号噪声处理中,去噪效果明显优于传统的傅立叶变换方法。     

基于数值模拟的锚杆锚固缺陷检测研究

针对锚杆锚固中缺陷检测质量不高的问题,本文采用电磁超声技术完成锚杆质量检测,首先利用PCDISP软件获得频散曲线,确定最佳激励频率;然后应用COMSOL有限元仿真软件建立锚杆锚固三维模型,并设定偏置磁场最优参数,分析了锚固的有效长度、锚杆锈蚀深度和缺陷的大小对检测波形的影响;最后搭建物理实验平台,对采集到的回波信号进行分析,实验数据验证了数值分析结果的有效性。结果表明:电磁超声技术用于锚杆锚固质量检测,能有效检测出锚固有效长度和缺陷位置。     

应力波法锚杆锚固质量无损检测现场实验研究

为了验证应力波锚杆无损检测法的有效性,结合国阳二矿进行的现场试验,采用CMT(A)锚杆弹性波无损检测仪,采集应力波波形,利用分析处理软件对实测波形进行分析处理,得出锚杆的锚固长度、工作荷载、固结波速等信息,评价锚杆的锚固质量。经过对比发现应力波锚杆检测法能较准确的评价锚杆的锚固长度、工作荷载等信息。研究表明:应力波锚杆无损检测法是一种实时、有效的检测方法,适合对锚杆的锚固质量进行大范围普查。     

基于相位推算法的锚杆施工质量无损检测分析方法

将相位推算法引入到锚杆施工质量的无损检测分析中,首先对采集信号进行傅氏变换和数字滤波,将采集信号的主频作为相位推算法计算式中的频率初始值,再利用相位计算结果随时间的变化规律,判断锚杆底端或缺陷位置处的反射信号.通过对实测锚杆资料的处理结果来看,在锚杆底端或缺陷位置处信号的相位曲线会发生明显的畸变,由此可准确判断反射信号的位置,确定锚杆长度、灌浆饱满度以及缺陷位置.研究结果表明,利用瞬时相位曲线可迅速准确地识别锚杆底端与缺陷处的反射信号,由此分析锚杆施工质量,提高了应力波无损检测方法解释结果的可靠性.     

预应力锚杆弹性波检测的激振波及其传播规律研究

由于预应力的影响,煤矿预应力锚杆的振动特性与非预应力锚杆截然不同,通过理论分析、数值模拟和现场实测,分析了预应力锚杆弹性波检测的激振及其振动特性.采用理论分析和数值模拟方法分析了预应力锚杆锚固体波速的影响因素,得出了锚固体波速计算公式;并分析了激振应力波在预应力锚固系统内的传播规律.预应力和锚固体黏结强度大小不仅影响反...     

单轴加载条件下大理岩的实时轴向波速变化特征与频谱分析

为研究大理岩在单轴应力条件下的实时轴向波速的变化特征,采用自主研发设计的超声波检测替代承压装置,完成了大理岩、Q345钢的单轴压缩试验与实时轴向超声波测试,并结合FFT方法分析了大理岩试样与Q345钢试样的波速、频谱特征。试验结果表明:在单轴加载条件下,Q345钢试件耦合面的接触性状是导致其波速增长的主要原因,而大理岩纵波波速随应力的变化则受耦合面接触性状与孔隙闭合特征的共同控制,大理岩在弹性范围内的波速变化可分为孔隙压密段与线弹性段两个阶段;试件端面接触性状越稳定,波速增长越慢,波速越高,次频带谐波能量越低;随着岩石内部的孔隙、裂纹被压密,纵波波速增大,频域信号的低频段能量逐渐向高频段转移。     

堆叠自编码器在锚固缺陷类型识别中的应用

为了解决传统特征提取方法依赖人工经验，无法挖掘数据深层次的特征而降低锚杆锚固缺陷识别准确率的问题，本文提出一种基于自动选层堆叠自编码器特征提取的锚杆锚固缺陷识别算法。该算法首先利用Adam优化算法对重构误差进行优化，自动确定堆叠编码器网络深度及参数，从而有效提高提取特征对缺陷的敏感度。然后利用Softmax多分类器对提取的特征信号进行锚固锚固缺陷识别。最后通过数值模拟和物理模拟两种方法对所提算法进行了验证。结果表明：基于自动选层堆叠编码器的特征提取方法，能有效提取锚杆锚固缺陷特征，使得数值模拟和物理模拟缺陷平均识别率均达到97%以上。     

磁致伸缩扭转导波在纤维增强塑料锚杆中的应用

针对电磁超声信号信噪比低、回波特征不明显的问题,本文对磁致伸缩扭转导波特性进行了分析,扭转导波非频散适合信号处理,且在传播过程中能量衰减较小。利用ANSYS有限元仿真软件分析了扭转导播在纤维增强塑料(FRP)锚杆内的位移、功率流特性;搭建了物理实验平台,在FRP锚杆内激励和接收磁致伸缩扭转导波信号,对采集到的回波信号进行CEEMD-LMS算法滤波;实验数据验证了数值分析结果的有效性。结果表明:磁致伸缩扭转导波在FRP锚杆内的传播功率趋向于表面,适用于FRP锚杆表面缺陷检测;经CEEMD-LMS滤波算法处理后的磁致伸缩导波信号信噪比得到提升;磁致伸缩扭转导波技术可对有周向缺陷的FRP锚杆长度、缺陷位置进行识别。     

连续小波变换在基桩完整性检测分析中的应用

基于一维连续小波变换的基桩完整性检测分析方法, 通过对应力波信号进行多尺度一维连续小波分解, 根据局部模极大值线(Local Maximum Line)判断信号的奇异点位置。然后根据奇异点位置确定入射波、缺陷反射波、桩底反射波位置。这种分析方法可以实现对反射波测试数据更为灵活精细的分析, 消除了由实测信号直接判读反射波到达时刻存在的潜在误差。给出了实测桩端部响应信号的分析实例, 说明将连续小波变换应用于基桩完整性检测是有效的。     

经验模态分解(EMD)法在锚固无损检测中的应用

提出一种基于改进的经验模态分解(EMD)锚固动测信号处理方法。EMD法能将信号中不同尺度的波动和趋势项逐级分解开来,具有自调节自适应的特征,能在时频域内描述非平稳非线性信号的局部特性。基于改进的EMD算法,实现应力波反射法锚固动测缺陷信号的分离与诊断,消除了由实测信号直接读取反射波特性所存在的误差,具有较好的准确性和灵活性。模型试验结果表明,该法简单、有效,并具有较高的分析精度。     

刚性罐道动态测试信号分析中的小波应用研究

在刚性罐道动态测试信号分析中,综合运用多种类型小波和运算分析方法并取得较好的效果。应用小波对容器冲击信号进行定位分析,采用Laplace小波相关滤波法求解分析冲击信号的特性参数,通过小波包分解提取倾角信号中代表罐道弯曲和倾斜的缓慢变化分量。     

20~1 000 kHz超声导波用于锚杆锚固质量检测的探索

为使超声波无损检测技术应用于锚杆锚固质量的检测，采用理论分析和实验室测试的方法对超声导波在锚杆中的传播规律进行了研究。在20～1 000 kHz导波频率范围内，对不同锚固质量的锚固锚杆进行了扫频，并根据实验结果得出了群速度随频率变化曲线。研究结果表明：频率较低时，同一频率导波在不同锚固质量的锚杆传播的群速度不一样，可用于锚杆锚固质量的检测；频率较高时，它们的群速度几乎一致，可用来检测锚固锚杆的长度，但存在一些可用于锚杆锚固质量检测的导波。