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CN114200016B - 岩石锚杆的双通道无损检测方法及相关设备 - Google Patents

岩石锚杆的双通道无损检测方法及相关设备 Download PDF

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CN114200016B CN202111211705.4A CN202111211705A CN114200016B CN 114200016 B CN114200016 B CN 114200016B CN 202111211705 A CN202111211705 A CN 202111211705A CN 114200016 B CN114200016 B CN 114200016B
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Abstract

本公开提供一种岩石锚杆的双通道无损检测方法及相关设备，该方法先分别获取第一接收传感器和第二接收传感器记录的两道声波信号；基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、声波信号的主频以及锚杆的外露段对应的第一声波速度，确定两道声波信号的目标相位差；然后计算两道声波信号的瞬时相位差；基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定两道声波信号的积分瞬时相位差；基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置，以完成所述岩石锚杆的无损检测，从而自动精确的识别反射信号的到达时间，进而保证了无损检测的准确性。

Description

岩石锚杆的双通道无损检测方法及相关设备
技术领域
本公开涉及岩土无损检测技术领域，尤其涉及一种岩石锚杆的双通道无损检测方法及相关设备。
背景技术
为了控制岩层的位移、防止岩爆、结构加固，大量全长粘结型岩石锚杆已广泛应用于边坡、大坝、隧道和采矿工程中。然而，由于注浆过程控制的不当，常常出现漏浆以及锚固长度不足长度等问题。由于锚杆结构的复杂性和隐蔽性，目前虽然有拉拔试验和钻孔取芯试验可以检测灌浆缺陷，但这些方法均属于有损检测，耗时且成本高，无法保证大量的岩石锚杆质量。
超声导波法和应力波反射法是目前常用的两种无损检测方法。这两种方法通过识别岩石锚杆的几何参数(即自由段长度、粘结长度以及灌浆缺陷的大小和位置)来评价锚固质量。值得注意得是，这两种方法的核心均在于准确的识别反射信号的到达时间。但是在实践中，直达波和来自锚杆外露端的多次反射很容易掩盖灌浆缺陷和锚杆底端的弱反射，这使得信号的智能判断是困难的。同时，由于岩石锚杆的外露段长度较短，目前的锚杆无损检测均只使用固定在自由端的一个发射器和一个接收传感器。基于单道锚杆检测信号，可以使用小波变换等时频方法进行分析。但是无法从本质上压制干扰波，提高信噪比，无法实现有效反射波的自动识别。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种岩石锚杆的双通道无损检测方法及相关设备。
基于上述目的，本公开提供了一种岩石锚杆的双通道无损检测方法，其中，所述方法应用于岩石锚杆的双通道无损检测装置中，所述装置包括在锚杆的外露段上间隔设置的第一接收传感器与第二接收传感器；所述方法包括：
获取所述第一接收传感器记录的第一声波信号和所述第二接收传感器记录的第二声波信号；
基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；
确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；
基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；
基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。
相应的，本公开还提供了一种岩石锚杆的双通道无损检测系统，其中，所述系统应用于岩石锚杆的双通道无损检测装置中，所述装置包括在锚杆的外露段上间隔设置的第一接收传感器与第二接收传感器；所述系统包括：
获取模块，获取所述第一接收传感器的第一声波信号和所述第二接收传感器的第二声波信号；
第一运算模块，基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；
第二运算模块，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；
第三运算模块，基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；
检测模块，基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。
相应的，本公开还提供了一种岩石锚杆的双通道无损检测装置，包括：
现场主机、发射换能器、发射机、第一接收传感器、第二接收传感器、第一固定装置以及第二固定装置；其中，
所述发射换能器固定在所述锚杆外露段端部，用于激发声波信号；
所述发射机用于调节发射换能器激发的所述声波信号的主频；
所述第一接收传感器通过所述第一固定装置固定在所述锚杆的外露段，用于接收所述发射换能器激发的所述声波信号，记录为第一声波信号；
所述第二接收传感器通过所述第二固定装置固定在所述锚杆的外露段，用于接收所述发射换能器激发的所述声波信号，记录为第二声波信号；
所述现场主机用于获取所述第一声波信号和所述第二声波信号；基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。
相应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上所述的岩石锚杆的双通道无损检测方法。
从上面所述可以看出，本公开提供的岩石锚杆的双通道无损检测方法，先获取第一接收传感器的第一声波信号和第二接收传感器的第二声波信号；基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号的主频以及锚杆的外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并基于所述第一瞬时相位与第二瞬时相位，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置，以完成所述岩石锚杆的无损检测，从而通过两道声波信号之间的相位关系进行信号判断，排除了噪声的干扰，精确的自动识别反射信号的到达时间，进而保证了无损检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例的一种岩石锚杆的双通道无损检测装置的结构示意图；
图2为本公开实施例的一种岩石锚杆的双通道无损检测方法的流程示意图；
图3为本公开实施例的一种第一声波信号与第二声波信号随时间变化的示意图；
图4为本公开实施例的一种第一声波信号和第二声波信号的频谱图；
图5为本公开实施例的一种第一重构信号和第二重构信号随时间变化的示意图；
图6为本公开实施例的一种第一瞬时相位和第二瞬时相位随时间变化的示意图；
图7为本公开实施例的一种第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差随时间变化的示意图；
图8为本公开实施例的一种归一化后的积分瞬时相位差的曲线图；
图9为本公开实施例的一种岩石锚杆的双通道无损检测系统的结构示意图；
图10为本公开实施例的一种具体电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术所述，超声导波法和应力波反射法是目前常用的两种无损检测方法。这两种方法通过识别岩石锚杆的几何参数(即自由段长度、粘结长度以及灌浆缺陷的大小和位置)来评价锚固质量。值得注意得是，这两种方法的核心均在于准确的识别反射信号的到达时间。一般通过分析反射信号的性质来判断锚杆的外露段底部、锚杆底部以及注浆缺陷的位置的到达时间，但是在实践中，直达波和来自锚杆外露端的多次反射很容易掩盖灌浆缺陷和锚杆底端的弱反射，这使得很难确定哪些信号是到达缺陷位置后反射回来的。同时，由于岩石锚杆的外露段长度较短，目前的锚杆无损检测均只使用固定在自由端的一个发射器和一个接收传感器，基于单道锚杆检测信号，可以使用小波变换等时频方法进行分析。但是无法从本质上压制干扰波，提高信噪比，无法实现有效反射波的自动识别。
图1显示了本公开实施例提供的一种岩石锚杆的双通道无损检测装置的结构示意图。如图1所示，上述岩石锚杆的双通道无损检测装置可以包括：现场主机1，发射换能器2.1，发射机2.2，第一接收传感器3.1，第二接收传感器3.2，第一通讯电缆6.1，第二通讯电缆6.2，第三通讯电缆6.2，第一固定装置4.1和第二固定装置4.2。其中，所述现场主机1通过第一通讯电缆6.1和第二通讯电缆6.2分别与第一接收传感器3.1和第二接收传感器3.2相连。第一接收传感器3.1和第二接收传感器3.2分别通过第一固定装置4.1和第二固定装置4.2固定在锚杆5的外露段。所述第一接收传感器3.1和所述第二接收传感器3.2的间隔距离可以根据需要进行设置。所述发射换能器2.1与发射机2.2通过第三通讯电缆6.3相连接，发射换能器2.1通过内置磁铁固定在锚杆5外露段端部。第一接收传感器3.1和第二接收传感器3.2分别通过固定装置4.1和4.2水平夹于锚杆5的外露段。发射换能器2.1可以用于激发声波信号。发射机2.2可以用来调节发射换能器2.1激发的声波信号的主频和能量大小。第一接收传感器3.1可以用于接收所述发射换能器激发的所述声波信号，记录为第一声波信号。第二接收传感器3.2可以用于接收所述发射换能器激发的所述声波信号，记录为第二声波信号。现场主机1则可以用于根据获取的第一声波信号和第二声波信号执行将在下文中详细描述的岩石锚杆的双通道无损检测方法，以确定锚杆5的外露段的长度、所述锚杆5的长度和注浆缺陷的位置。
本公开提出的岩石锚杆的双通道无损检测装置通过在锚杆的外露段上间隔设置两个接收传感器，分别进行声波记录，进而得到两个具有时差的声波信号，并计算这两个声波信号的积分瞬时相位差，通过该积分瞬时相位差来确定锚杆的外露段底部、锚杆底部以及注浆缺陷的位置的声波信号到达时间，进而准确的识别岩石锚杆的几何参数，从而完成岩石锚杆的无损检测。
在本公开中，岩石锚杆可以分为外露段和锚固段，外露段处于岩石外面，一般为裸露的钢筋。锚固段一般处于岩石内部，一般由外部包裹着水泥的钢筋组成。图1中，5.1表示锚杆5的钢筋，锚固段的钢筋的表面包裹着注浆水泥，5.2表示锚杆5中的注浆缺陷，5.3表示锚杆的外露端的底部，5.4表示锚杆的底部。
对应上述岩石锚杆的双通道无损检测装置，本公开实施例还提供了一种岩石锚杆的双通道无损检测方法，其实现流程可参考图2。该岩石锚杆的双通道无损检测方法可以应用于岩石锚杆的双通道无损检测装置中，特别地，可以由该装置中的现场主机执行。如前文所述，上述装置包括在锚杆的外露段上间隔设置的第一接收传感器与第二接收传感器。如图2所示，该方法包括以下步骤：
S101，获取所述第一接收传感器记录的第一声波信号和所述第二接收传感器记录的第二声波信号。
具体实施时，岩石锚杆的双通道无损检测装置在锚杆的外露段设置有一个发射换能器，用于发射声波。第一接收传感器与第二接收传感器设置在锚杆的外露段上且沿锚杆长度方向间隔设置。第一接收传感器与第二接收传感器分别用于接收记录第一声波信号和第二声波信号。在进行岩石锚杆无损检测时，先分别从第一接收传感器与第二接收传感器获取第一声波信号与第二声波信号。
S102，基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号或第二声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差。
具体实施时，先获取所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离。可选的，该间隔距离可以是预先设置好的一个固定距离，然后按照该固定距离来确定第一接收传感器与第二接收传感器的位置。此外，也可以在安装好第一接收传感器与第二接收传感器后，直接测量二者的间隔距离。此外，需要说明的是，由于第一接收传感器与第二接收传感器接收的是同一个发射换能器的声波，所以默认两个接收传感器接收的声波的主频基本相同。因此，在确定上述目标相位差时使用任意一个声波信号的主频即可。以使用第一声波信号的主频为例，在获得该间隔距离后，通过傅里叶变换计算获得的第一声波信号的频谱，然后通过该频谱确定第一声波信号的主频。参考图3，为第一声波信号与第二声波信号随时间变化的示意图，其中，实线表示第一声波信号，虚线表示第二声波信号，横坐标为时间，单位为毫秒(ms)，纵坐标为归一化后的声波振幅。将图3中的原始声波信号经过傅里叶变换，就可以得到如图4所示的声波信号的频谱图，其中，实线表示第一声波信号，虚线表示第二声波信号，横坐标为频率，单位为千赫兹(KHZ)，纵坐标为归一化的声波幅值，图4中峰值最大的实线对应的横坐标即为第一声波信号的主频。
在本公开中，由于锚杆的外露段和锚固段的材质和所处环境不同，所以声波在二者内的传播速度不同，一般在进行无损检测时，会事先通过实验标定外露段与锚固段对应的声波速度，在本公开中，第一声波速度表示声波在锚杆外露段的传播速度，第二声波速度表示声波在锚杆锚固段的传播速度。在获得所述间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述第一声波速度后，可以通过这些参数得到所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差。可选的，可以先通过间隔距离和第一声波速度计算出两个接收传感器接收信号的时间差，然后用该时间差和主频来得到所述目标相位差。
在一些实施例中，可以通过以下公式得到所述目标相位差：
其中，θe表示所述目标相位差，d表示所述间隔距离，fm表示所述主频，cs表示所述第一声波速度。
在一些实施例中，所述方法还包括：根据预设的角度、所述第一声波信号或所述第二声波信号的主频以及所述第一声波速度确定第一接收传感器与第二接收传感器之间的预设间隔距离；以及将所述间隔距离设置为所述预设间隔距离。
在一些实施例中，上述预设间隔距离dpre可以通过如下公式确定：
其中，θ表示上述预设的角度；fm表示所述主频，cs表示所述第一声波速度。
通过上述设置，可以使得基于所述预设间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述第一声波速度得到的所述目标相位差为预设角度。
具体实施时，由于当声波速度与主频确定时，目标相位差只与间隔距离有关，所以可以在确定声波速度和发射声波的主频后，通过将所述间隔距离设置为预设距离，来控制所述目标相位差的大小。一般当目标相位差为90°时，得到的积分损失相位差的峰值更加明显，从而便于声波到达时间的判断。因此，可以将预设角度设置为90°或者接近90°，具体数值可以根据需要来进行调节。可选的，也可以先确定预设角度，然后再根据该确定好的预设角度来确定预设距离。
S103，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差。
具体实施时，先确定第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，然后用第一瞬时相位减去第二瞬时相位就可以计算出第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差。
在一些实施例中，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，具体包括：通过希尔伯特变化(Hilbert Transform)分别确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位。
具体实施时，通过希尔伯特变化分别计算第一声波信号和第二声波信号的瞬时相位，从而确定与各个时刻对应的第一声波信号的第一瞬时相位，以及第二声波信号的第二瞬时相位。
为了去除声波信号中的噪声，在另一些实施例中，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，具体包括：
通过全局经验模态分解的方法分别得到与所述第一声波信号对应的多个第一经验模态，以及与所述第二声波信号对应的多个第二经验模态；
将声波频率大于预设阈值的所述第一经验模态与所述第二经验模态滤除，并将滤除后剩余的所述第一经验模态与所述第二经验模态各自重新叠加，分别得到与所述第一声波信号对应的第一重构信号，以及与所述第二声波信号对应的第二重构信号；
通过希尔伯特变化分别计算所述第一重构信号与所述第二重构信号的瞬时相位，并将所述第一重构信号的瞬时相位确定为所述第一瞬时相位，以及将所述第二重构信号的瞬时相位确定为所述第二瞬时相位。
具体实施时，为了去除声波信号中的高频噪声，避免噪声对信号判断的干扰，在计算瞬时相位差时，可以先通过全局经验模态分解(Ensemble Empirical ModeDecomposition，EEMD)的方法，将第一声波信号和第二声波信号分别分解成多个第一经验模态和第二经验模态，并将声波频率大于预设阈值的所述第一经验模态与所述第二经验模态滤除，得到噪声较小的第一经验模态与第二经验模态，将这些剩余的第一经验模态与第二经验模态各自重新叠加，得到与所述第一声波信号对应的第一重构信号，以及与所述第二声波信号对应的第二重构信号。参考图5，为通过全局经验模态分解后得到的第一重构信号和第二重构信号随时间变化的示意图，其中，实线表示第一重构信号，虚线表示第二重构信号，横坐标为时间，单位为毫秒(ms)，纵坐标为归一化后的声波振幅，图5与图3相比，去除了部分噪声，但同时保留了完整的相位信息。由于第一重构信号和第二重构信号与原声波信号相比，除去了高频的噪声，所以可以更好的反应出声波信号的真实相位，因此，将所述第一重构信号的瞬时相位确定为所述第一瞬时相位，以及将所述第二重构信号的瞬时相位确定为所述第二瞬时相位。参考图6，为将图5中的重构信号经过希尔伯特变换得到的第一瞬时相位和第二瞬时相位随时间变化的示意图，其中，实线表示第一瞬时相位，虚线表示第二瞬时相位，横坐标为时间，单位为毫秒(ms)，纵坐标为瞬时相位差，单位为弧度。在得到第一瞬时相位和第二瞬时相位后，将两个瞬时相位相减就可以得到第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差。参考图7，为第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差随时间变化的示意图，其中，横坐标为时间，单位为毫秒，纵坐标为瞬时相位差。
S104，基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差。
具体实施时，在获得第一声波信号与第二声波信号的目标相位差与瞬时相位差后，通过该目标相位差与瞬时相位差，得到第一声波信号与第二声波信号的积分瞬时相位差。该积分瞬时相位差用来表示两个声波信号的瞬时相位差在哪个时刻最接近目标相位差。一般情况下，该积分瞬时相位差越大表示两个声波信号的瞬时相位差与目标相位差越接近。
在一些实施例中，通过以下公式得到所述积分瞬时相位差：
其中，I(tn)表示tn时刻的所述积分瞬时相位差，T表示所述第一声波信号的周期，△θ(t)表示所述瞬时相位差，θe表示所述目标相位差。
需要说明的是，本公开中通过引入新的参考指标——积分瞬时相位差，来判断两个不同接收传感器接收的声波信号的瞬时相位差与目标相位差的关系，进而准确的确定声波在锚杆不同位置的到达时间，排除了噪声对所述到达时间判断的干扰。
S105，基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。
具体实施时，在得到所述积分瞬时相位差后，通过该积分瞬时相位差可以获得锚杆各段的声波到达时间，然后进一步根据获得的锚杆的外露段对应的第一声波速度和锚杆的锚固段对应的第二声波速度，就可以计算出锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置，以完成所述岩石锚杆的无损检测。
在一些实施例中，基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段的第二声波速度，得到所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置，包括：
对所述积分瞬时相位差进行归一化处理，基于归一化后的所述积分瞬时相位差，确定所述外露段底部的第一声波到达时间、所述锚杆底部的第二声波到达时间以及所述注浆缺陷的位置的第三声波到达时间；
基于所述第一声波速度、所述第二声波速度、第一声波到达时间、所述第二声波到达时间和所述第三声波到达时间，得到所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。
具体实施时，为了方便判断锚杆各段的声波到达时间，先对所述积分瞬时相位差进行归一化处理，使其数值处于0到1范围内，然后以归一化后的所述积分瞬时相位差做纵坐标，以时间作为横坐标，绘制归一化后的积分瞬时相位差的曲线图，然后通过曲线图中的各个峰值对应的横坐标就可以得到锚杆各个关键位置的声波达到时间。参考图8，其中，纵坐标表示归一化至0到1的积分瞬时相位差，横坐标表示时间，该时间的单位为毫秒(ms)，B1对应的横坐标表示锚杆的外露段底部的第一声波到达时间，A1对应的横坐标表示锚杆底部的第二声波到达时间，C1和C2对应的横坐标表示注浆缺陷的位置的第三声波到达时间。需要说明的是，C1表示注浆缺陷的初始位置，C2表示注浆缺陷的终止位置，通过C1和C2两个位置的横坐标可以确定声波经过注浆缺陷所用的时长，从而可以进一步确定出注浆缺陷的大小。在得到锚杆各个部分的到达时间后，就可以通过时间与锚杆各段对应的声波速度计算出锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。例如，计算注浆缺陷位置时，参考图3，用C1对应的横坐标的二分之一减去B1对应的横坐标的二分之一的差乘以第二声波速度，可以得到注浆缺陷的初始位置距离锚杆的外露段的底部的长度；用C2对应的横坐标的二分之一减去B1对应的横坐标的二分之一的差乘以第二声波速度，可以得到注浆缺陷的终止位置距锚杆的外露段的底部的距离。用B1对应的横坐标的二分之一乘以第一声波速度，就可以得到锚杆的外露段的长度，再与注浆缺陷的初始位置或终止位置相加，可以得到注浆缺陷初始位置或终止位置距锚杆外露段端部的距离。
为了进一步说明本公开的岩石锚杆的双通道无损检测方法的效果，本公开进行了模拟检测实验，其中，被检测的锚杆的实际数据包括：外露段长度0.8m，锚固段长度2.2m，锚杆全长3m，以及锚杆在1.8m-2.1m处存在注浆缺陷。采用本公开的损失检测方法对被检测的锚杆进行检测后，先得到如图3所示的曲线图，然后通过图3中A1、B1、C1、C2对应的到达时间，以及标定的外露段和锚固段的声波速度，计算出的锚杆全长为3.096m、外露段长度0.862m、缺陷位置为1.749m-2.117m，与被检测的锚杆的实际数据基本相同。
本公开提供的岩石锚杆的双通道无损检测装置以及方法，先获取第一接收传感器的第一声波信号和第二接收传感器的第二声波信号；基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号或所述第二声波信号的主频以及锚杆的外露段对应的第一声波速度，得到所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并基于所述第一瞬时相位与第二瞬时相位，得到所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，得到所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段的第二声波速度，得到所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置，以完成所述岩石锚杆的无损检测。可以看出，该装置以及方法通过两道声波信号之间的相位关系进行信号判断，排除了噪声的干扰，精确的识别反射信号的到达时间，进而保证了无损检测的准确性。同时，采用本公开的装置和方法，相比于传统锚杆无损检测方法，可以识别到锚杆注浆缺陷前后端的反射，从而可以识别锚杆注浆缺陷大小。并且可以在一次探测中识别多个缺陷注浆缺陷。本公开的装置和方法可以检测外露段较长的锚杆，在传统检测中长外露段的反射对于锚杆信号的分析影响很大，来自外露端底部的多次反射会掩盖有效反射，但本公开的方法可以有效区分有效反射和来自外露端的多次反射，从而实现长外露端锚杆的无损检测。此外，本公开的装置和方法可以将传统方法中多次反射干扰波转换为有效信号，将多次反射作为对几何参数反复验证的依据，可以有效减小检测误差。
需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种岩石锚杆的双通道无损检测系统，所述系统应用于岩石锚杆的双通道无损检测装置中，所述装置包括在所述锚杆的外露段上间隔设置的第一接收传感器与第二接收传感器。
参考图9，所述岩石锚杆的双通道无损检测系统，包括：
获取模块401，获取所述第一接收传感器的第一声波信号和所述第二接收传感器的第二声波信号；
第一运算模块402，基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号或所述第二声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；
第二运算模块403，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；
第三运算模块404，基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；
检测模块405，基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。
为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本公开时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的岩石锚杆的双通道无损检测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的岩石锚杆的双通道无损检测方法。
图10示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的岩石锚杆的双通道无损检测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的岩石锚杆的双通道无损检测方法。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的岩石锚杆的双通道无损检测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种岩石锚杆的双通道无损检测方法，其中，所述方法应用于岩石锚杆的双通道无损检测装置中，所述装置包括在锚杆的外露段上间隔设置的第一接收传感器与第二接收传感器；所述方法包括：
获取所述第一接收传感器记录的第一声波信号和所述第二接收传感器记录的第二声波信号；
基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；
确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；
基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；
基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置；
其中，通过以下公式确定所述积分瞬时相位差：
其中，表示/>时刻的所述积分瞬时相位差，/>表示所述第一声波信号的周期，表示所述瞬时相位差，/>表示所述目标相位差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下公式得到所述目标相位差：
；
其中，θe 表示所述目标相位差，d表示所述间隔距离，f m表示所述主频，cs表示所述第一声波速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，具体包括：
通过希尔伯特变化分别确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，具体包括：
通过全局经验模态分解的方法分别得到与所述第一声波信号对应的多个第一经验模态，以及与所述第二声波信号对应的多个第二经验模态；
将声波频率大于预设阈值的所述第一经验模态与所述第二经验模态滤除，并将滤除后剩余的所述第一经验模态与所述第二经验模态各自重新叠加，分别得到与所述第一声波信号对应的第一重构信号，以及与所述第二声波信号对应的第二重构信号；
通过希尔伯特变化分别计算所述第一重构信号与所述第二重构信号的瞬时相位，并将所述第一重构信号的瞬时相位确定为所述第一瞬时相位，以及将所述第二重构信号的瞬时相位确定为所述第二瞬时相位。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置，包括：
对所述积分瞬时相位差进行归一化处理，基于归一化后的所述积分瞬时相位差，确定所述外露段底部的第一声波到达时间、所述锚杆底部的第二声波到达时间以及所述注浆缺陷的位置的第三声波到达时间；
基于所述第一声波速度、所述第二声波速度、第一声波到达时间、所述第二声波到达时间和所述第三声波到达时间，得到所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
根据预设的角度、所述第一声波信号或所述第二声波信号的主频以及所述第一声波速度确定第一接收传感器与第二接收传感器之间的预设间隔距离；以及将所述间隔距离设置为所述预设间隔距离。
7.一种岩石锚杆的双通道无损检测系统，其中，所述系统应用于岩石锚杆的双通道无损检测装置中，所述装置包括在锚杆的外露段上间隔设置的第一接收传感器与第二接收传感器；所述系统包括：
获取模块，获取所述第一接收传感器的第一声波信号和所述第二接收传感器的第二声波信号；
第一运算模块，基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；
第二运算模块，确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；
第三运算模块，基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；
检测模块，基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置；
其中，通过以下公式确定所述积分瞬时相位差：
其中，表示/>时刻的所述积分瞬时相位差，/>表示所述第一声波信号的周期，表示所述瞬时相位差，/>表示所述目标相位差。
8.一种岩石锚杆的双通道无损检测装置，包括：
现场主机、发射换能器、发射机、第一接收传感器、第二接收传感器、第一固定装置以及第二固定装置；其中，
所述发射换能器固定在所述锚杆外露段端部，用于激发声波信号；
所述发射机用于调节所述发射换能器激发的所述声波信号的主频；
所述第一接收传感器通过所述第一固定装置固定在所述锚杆的外露段，用于接收所述发射换能器激发的所述声波信号，记录为第一声波信号；
所述第二接收传感器通过所述第二固定装置固定在所述锚杆的外露段，用于接收所述发射换能器激发的所述声波信号，记录为第二声波信号；
所述现场主机用于获取所述第一声波信号和所述第二声波信号；基于所述第一接收传感器与所述第二接收传感器的间隔距离、所述第一声波信号的主频以及所述外露段对应的第一声波速度，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的目标相位差；确定所述第一声波信号的第一瞬时相位和所述第二声波信号的第二瞬时相位，并计算所述第一声波信号与所述第二声波信号的瞬时相位差；基于所述目标相位差与所述瞬时相位差，确定所述第一声波信号与所述第二声波信号的积分瞬时相位差；基于所述积分瞬时相位差与所述第一声波速度以及所述锚杆的锚固段对应的第二声波速度，确定所述锚杆的外露段的长度、所述锚杆的长度和注浆缺陷的位置；
其中，通过以下公式确定所述积分瞬时相位差：
其中，表示/>时刻的所述积分瞬时相位差，/>表示所述第一声波信号的周期，表示所述瞬时相位差，/>表示所述目标相位差。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
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