基于Ｑｔ的锚杆锚固质量检测仪的应用软件设计思路

    张　亮

    摘要：改革开放以来，我国的基础设施建设发展迅猛，人工隧道和人工高边坡工程大量涌现，锚杆锚固技术作为各类地下工程（隧道、洞室等）及边坡护理的重要手段，已在水电站、公路、铁路等工程施工中得到广泛应用，但这些锚杆是否达到了工程设计要求并对工程岩体起到了锚固作用，被锚固的岩体是否处在稳定的运行状态之中等一系列的检定问题并没有得到很好的解决，因而有人认为高速公路两边的锚杆是高速公路的定时炸弹。显见，锚杆锚固质量的检测工作在锚杆锚固工程中具有十分重要的地位和作用。

    关键词：锚杆；锚固；质量

    1 概述及现状

    现在在市场上普遍使用的是由武汉创新工程地球高科技发展有限公司生产的LX-10E锚杆锚固质量检测仪，其基于X86框架下的DOS平台，携带性差，发热量大，续航能力弱，图形界面不直观，且不易升级。

    就现有锚杆锚固质量检测仪的不足，提出了基于ARM-Linux-Qt的锚杆锚固质量检测仪的方案。

    2 目的和意义

    全长粘结砂浆锚杆的握裹水泥砂浆的灌注饱满与否,是锚杆能否按设计要求起作用的重要指标。传统的测试方法是用抗拔力来检验,但这种方法并不能完全确定其施工质量。试验证明,对于高强螺纹锚杆,当锚固长度达到锚杆直径的42倍时,握裹力不再随锚杆长度的增加而增加。一般工程锚杆的长与直径比达到了200~500,因此仅用抗拔力来检验施工质量是不完整的。因此,必须采用声频应力波对锚杆的锚固质量进行无损检测和抗拔力试验有机地结合并进行综合分析,才能对锚杆的锚固质量进行很好地分析和评价。

    而传统的锚杆锚固检测仪器是基于X86框架下的DOS平台，携带性差，发热大，续航能力弱，图形界面简单，不易升级。现在所做的锚杆锚固检测仪器是基于ARM9框架下的Linux平台，体积小，重量轻，连续使用时间长，人机界面更直观。

    3 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

    锚杆锚固质量的声波检测技术包括仪器系统和软件系统两部分，其声波检测的技术水平深受以上两大系统的制约。目前国内外锚杆锚固质量声波检测仪的硬件系统大同小异，其差别仅在发射和接收方面。声波源有人工锤击激发和发射器激发两种，人工锤击方法操作方便，产生的能量比发射器激发的大。但由于发射器是采用电信号控制发射，故其发射能量的一致性比人工锤击的要好的多。换言之，采用发射器激发所获得波形的重复性较之人工锤击要好得多。发射震源根据材料的不同分为压电陶瓷和超磁震源，压电陶瓷震源发射信号的主频一般较超磁震源要高，但其激发的能量较之于超磁震源要小得多，超磁震源虽具有较大的辐射能量，但其发射信号的主频较之于压电陶瓷震源系统要低得多。两种震源各有所长，前者适于短锚杆的检测，而后者则适于中长锚杆的检测。

    砂浆饱和度检测的工作最早始于1978年，瑞典的H.F.Thurner提出用测超声波能量损耗的原理来检测锚杆系统的灌注质量，并由GendynamikAB公司据此于1980年推出Boltometer Version锚杆质量检测仪。但该方法存在激发方法苛刻和衰减快的缺点，且其检测结果仍为锚杆的抗拔力。1987年中国铁道部科学研究院铁建所提出用声波能量对比的方法，即用发射波能量比值来评价砂浆饱和度。1999年，长江工程地球物理勘探研究院（武汉）在三峡工程永久船闸，利用能量对比法对高强锚杆的砂浆饱和对评价做了大量实验工作。2003年，长江科学院岩基研究院在清江水不垭工程，利用声频应力波法检测锚杆施工质量，提出用幅值对比法进行砂浆饱和度评价。但从现场检测结果看，定量评价误差还比较大，效果都不理想。可以说目前砂浆饱和度检测仍处于定性评价阶段，如何确切地进行定量评价还需做大量的研究工作。

    4 关键问题及解决思路

    现在市场上广泛使用LX-10E锚杆锚固质量检测仪，该产品在整体设计上都比较落后，已经不能满足工程应用需求。原因如下：

    1)体积过大。给施工工人过量的负担；

    2)续航能力不足。需要挂载个大电瓶才能维持一段时间的使用；

    3)精度不高。容易忽略小信号的发生，造成工程检测错误；

    4)接口不通用。损坏一个配件后就导致整个系统不能工作；

    5)图形不直观。界面设计不美观，系统不稳定。

    基于LX-10E锚杆锚固质量检测仪的不足，本设计思路拟采用以下方案予以克服：

    1)使用最近比较流行的ARM-Linux平台，以减小功耗及体积；

    2)使用C8051F060片内16位高速ADC，以达到工程对信号的要求；

    3)在接口上使用通用的串口及三芯电缆，可以随时更换配件；

    4)使用挪威TrollTec公司出品的Qt for arm做图形界面，在使用新型的信号槽机制后，系统更稳定。

    5 应达到的技术要求

    1) 接收通道

    道数：2道

    采样间隔：0.1～4096μs

    采样长度：1k，2k，4k,8k ,16k,32k,64k

    触发方式：单次、连续、信号触发、外触发

    触发电平：10%、20%、…、70% FRS

    通带宽度：10Hz ～ 5kHz、10Hz ～ 500kHz、10 ～ 500kHz

    声时测量范围：0～32767*Δtμs（Δt 采样间隔）

    声时测量精度：±0.1μs

    声幅测读范围：-20～84dB

    声幅测读精度：1.0%

    2)发射通道

    道数：1道

    发射电压：100V、250V、500V、750V、1000V

    发射宽度：1～400μs

    3)系统配置

    主机：ARM9工业控制级微机

    内存：64M

    电子盘：16MB～1GB

    显示器：8.4寸640×480真彩液晶显示器（带背光）

    通用接口：USB、RS-232Ｃ串口、SD卡口 、10/100M网口

    4) 其他

    功耗：≤6W

    外接电源：12V直流电瓶或220VAC 50Hz

    工作温度：-10℃～+40℃ 85%RH

    重量：小于3Kg

    体积：375mm×256mm×135mm

    作者简介：张亮，男，中共党员，大学本科，研究实习员，在读研究生。现供职于长江大学工程技术学院城市建设系，任学工组长（团总支书记）。