高频导波检测锚固锚杆缺陷数值模拟研究

前期研究证实对于地下工程中广泛使用的锚固锚杆结构只有大于1 MHz的高频导波具有衰减最小的检测模态,但由于高频导波数值模拟复杂性其研究结果均集中于试验测试,这就使得对高频导波传播特性的研究十分受限。为探究高频导波传播规律并能将其应用于现场锚固质量的检测,采用ANSYS/LS–DYNA有限元软件通过参数优化实现了锚固锚杆数值模型的建立。通过分析不同锚固体厚度对波形的影响得到了能用数值模拟有限尺寸模型代替现场无限锚固厚度尺寸模型的最小外径;理论上导波主要沿钢杆内部向前传播,且锚杆径向体现波导结构形状,因此采用锚杆径向网格设置最密,锚固体径向与杆体轴向网格设置相对稀疏的方法实现了单元数目最小化;鉴于不同首波宽度的导波频散特性不同,对其在无缺陷及带缺陷锚杆中的传播过程进行研究,得到最优首波宽度为0.04 ms;基于上述优化后的3个参数分别建立完整锚固锚杆与带缺陷锚固锚杆数值模型,数值计算结果与文献中实验室测试结果高度吻合,证明所建立数值模型正确有效,真正实现了有限计算资源下高频导波在锚固锚杆传播应用中的准确模拟。在此基础上搭建含不同缺陷特征的锚固锚杆模型,对缺陷位置及深度进行研究,结果表明特定频率的高频导波能够对钢杆缺陷进行准确定位,同时依据缺陷回波幅值与底端回波幅值之比可大致确定缺陷面积。

基于时差-脉宽调制法的超声波流量计

论文设计了一款基于时差-脉宽调制法的超声波流量计。鉴于阈值法超声波流量计误识别第一波而引起测量不准确的问题,在研究基于时差法的超声波测量原理的基础上,提出将时差测量转化成脉冲宽度的测量,避免了复杂工业环境中流量计识别超声回波第一波误差问题;在分析检测原理的基础上,以MSP430F435单片机为核心,结合时差-脉宽调制电路和脉宽-电压转换电路,完成了系统硬件设计。实验结果表明:在较强噪声环境中,该流量计测量精度可达1%,达到了工业用仪器仪表0.5级的精度等级。