[发明专利]评价岩石及胶凝类材料损伤情况的检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种评价岩石及胶凝类材料损伤情况的检测系统和方法，属于材料检测技术领域。本发明检测系统包括激振系统和信号采集处理系统；本发明检测方法包括如下各步骤：步骤1：选择或加工检测用的金属杆件，使得金属杆件是中空管或带通槽的杆件；步骤2：在金属杆件的中空部或通槽内布设用于采集振动信号的频率传感器；步骤3：金属杆件与被检测介质进行耦合；步骤4：振动信号检测；步骤5：利用信号采集处理系统中的信号采集模块和信号处理模块识别有效波形并计算出对应的频率值；步骤6：根据植入系统内部的频率‑损伤度/强度关系得出介质的损伤度。本发明利用与材料介质相耦合杆件的振动频率来反演材料介质损伤或强度变化。

技术领域

本发明涉及一种岩石及胶凝类材料损伤或强度检测技术，属于岩石及胶凝类材料检测技术领域。

背景技术

在地下工程领域，岩石或类岩石材料的损伤/强度检测对于巷道支护设计、建筑结构稳定性评估具有重要意义。目前，常见的岩石或类岩石材料的损伤/强度检测方法主要有变形模量法、应力应变法、超声波速以及耗散能等方法，但是上述方法往往都难以实现原位、无损检测，其中，超声波法等方法受环境干扰极大、测试困难。

另外，上述方法也难以深入至介质内部实现不同位置处损伤/强度的检测。而目前，在岩土工程以及结构工程中，锚杆、土钉或者钢筋的使用极为普遍，同时大量的实验及研究表明，上述杆件在不同性质的介质中受到的约束情况不同，而约束的变化会引起杆件振动固有频率的变化。很显然，能够发明一种能利用与材料介质相耦合杆件的振动频率来反演材料介质损伤或强度变化的检测系统具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种评价岩石及胶凝类材料损伤情况的检测系统和方法，能利用与材料介质相耦合杆件的振动频率来反演材料介质损伤或强度变化。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种评价岩石及胶凝类材料损伤情况的检测系统，包括激振系统和信号采集处理系统，

所述激振系统包括与被检测介质耦合的金属杆件，金属杆件为中空管或带通槽的杆件，金属杆件的中空部或通槽内装有频率传感器，频率传感器的引线从所述金属杆件的一端伸出连接至所述信号采集处理系统，所述金属杆件的另一端从所述被检测介质伸出形成外露端，激振系统还包括用于敲击所述外露端的激振锤；

所述信号采集处理系统包括：用于采集频率传感器传递的波形信号的信号采集模块，用于识别有效波形信号并计算对应频率值的信号处理模块，用于根据频率值和预存的频率-强度关系函数获得介质强度的结果输出模块，用于存储信号采集模块、信号处理模块、结果输出模块中数据的存储模块。

一种评价岩石及胶凝类材料损伤情况的检测方法，包括如下各步骤：

步骤1：选择或加工检测用的金属杆件，使得金属杆件是中空管或带通槽的杆件；金属杆件的中空部或通槽用于频率传感器沿杆身的布设以及导线的引出；

步骤2：在金属杆件的中空部或通槽内布设用于采集振动信号的频率传感器；频率传感器的引线从金属杆件的一端伸出连接至信号采集处理系统；

步骤3：金属杆件与被检测介质进行耦合：若被检测介质是岩石类材料，利用钻机在被检测介质上钻出与金属杆件直径相适应的孔，保证金属杆件接入岩石材料内部能与周围介质紧密接触；若被检测介质是胶凝材料，将金属杆件直接预埋进被检测介质模具内部；上述两种情况均应保证金属杆件的非引线端从所述被检测介质伸出形成外露端；

步骤4：振动信号检测：

步骤401：将布设在金属杆件内部的频率传感器与信号采集处理系统相连接；

步骤402：根据实际检测情况，设定检测参数；

步骤403：在被检测介质不同的工况下，利用激振锤敲击金属杆件的外露端；