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基于Chirp信号锚杆锚固质量检测仪器开发与应用

作　者: 宋伟
导　师: 肖柏勋; 王运生
学　校: 长江大学
专　业: 固体地球物理学
关键词: 锚杆检测仪器 Chirp信号可控震源 Hilbert变换 Wigner-Ville分布 Wi-Fi无线数据传输技术
分类号: TU476
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

改革开放以来,随着国家加大基础设施建设的投入力度,各类大型岩土工程不断涌现,使得锚杆锚固技术得到了广泛的应用。然而锚杆施工属于隐蔽工程,施工质量受到地质条件和施工工艺等因素影响,往往会存在不易察觉的隐患,从而造成工程事故和重大经济损失。因此,必须对锚杆的施工质量进行检测,以确保工程安全。目前,用于锚杆施工质量检测的方法有很多,其中使用最为广泛的是应力波无损检测方法。相对于其它检测方法,应力波无损检测具有无损、快速、实时并能全面反映锚杆施工质量等优点。然而该方法也存在很多问题,如在检测过程中时常会出现锚杆底端和缺陷位置反射难以识别,砂浆密实度检测不准确等情况。针对上述问题本文从两个方面提出了改进方法：(1)将可控震源技术引入到锚杆锚固质量检测仪器的研发中,在激振信号已知的情况下能够提高对检测信号中有效信息的提取效率；(2)研究出一种合适的信号处理方法,提高锚杆底端反射点和锚固缺陷位置反射点的判断的准确度。在可控震源的研究中,本文首先介绍了超磁致伸缩效应和超磁致伸缩震源的设计原理,为研制可控震源奠定基础。其次分析比较了几种常见的震源信号,发现Chirp信号具有频带宽、自相关性好、穿透能力和抗干扰能力强等特点,非常适合作为锚杆检测震源信号。最后利用超磁致伸缩材料成功研制出了以Chirp信号作为激振信号的超磁脉冲震源,实现了可控震源在锚锚杆锚固质量检测中的应用。相对于传统锤击和压电陶瓷震源,该震源激发波形稳定,对检测条件要求较低,并有利于检测数据的后续分析。在信号处理方面,本文提出将Wigner-Ville分布和Hilbert变换应用于锚杆锚固质量检测信号处理中,并使用这些方法对大量锚杆模型进行检测分析,以尝试找到一种适合于锚杆检测领域的信号处理方法,提高锚杆锚固质量检测的精度和可靠性。最后借助Delphi软件开发平台成功开发出了一套锚杆锚固质量分析软件,以便于其应用与推广。在上述基础上,本文将无线传输技术应用于锚杆锚固质量检测仪器的研发中,并利用笔记本电脑和美国NI公司生产的基于Wi-Fi无线传输技术的动态数据采集设备WLS-9234数据采集卡成功研制出了一套锚杆锚固质量检测仪器。该仪器操作简单,携带方便,能够适应各种复杂的检测环境,提高了检测人员的工作效率。最后使用该仪器和软件对大量的模型锚杆和现场试验锚杆进行了检测分析,结果表明该仪器有效的提高了锚杆锚固质量的检测准确性,能很好的满足工程需求。但由于锚杆锚固系统是一个复杂的体系,应力波无损检测理论研究尚不完善,致使该方法总体检测精度不高,还有待广大锚杆工作者进一步的研究。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 研究的背景及意义  9-10
  1.2 锚杆检测技术的发展状况  10-12
  1.3 研究的内容及创新点  12-14
第2章锚杆工作机理与应力波无损检测原理  14-22
  2.1 锚杆工作机理  14-15
  2.2 应力波无损检测原理  15-22
第3章可控超磁震源技术及Chirp信号研究  22-38
  3.1 超磁致伸缩效应  22-26
  3.2 可控超磁震源技术  26-29
  3.3 Chirp信号研究  29-38
第4章信号处理方法研究及分析软件  38-54
  4.1 Wigner-Ville分布  38-43
  4.2 Hilbert变换  43-48
  4.3 锚杆锚固质量分析软件  48-54
第5章无线信号采集系统  54-63
  5.1 无线信号采集技术  54-58
  5.2 信号采集系统  58-63
第6章锚杆锚固质量检测仪器的应用  63-75
  6.1 锚杆锚固质量检测仪器操作  63-65
  6.2 模型锚杆检测分析  65-75
第7章结论与建议  75-77
  7.1 主要结论  75-76
  7.2 建议  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
个人简历  81-82

基于Chirp信号锚杆锚固质量检测仪器开发与应用

内容摘要

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