基于Ｑｔ的錨桿錨固質量檢測儀的應用軟件設計思路

張　亮

摘要：改革開放以來，我國的基礎設施建設發展迅猛，人工隧道和人工高邊坡工程大量涌現，錨桿錨固技術作為各類地下工程（隧道、洞室等）及邊坡護理的重要手段，已在水電站、公路、鐵路等工程施工中得到廣泛應用，但這些錨桿是否達到了工程設計要求并對工程巖體起到了錨固作用，被錨固的巖體是否處在穩定的運行狀態之中等一系列的檢定問題并沒有得到很好的解決，因而有人認為高速公路兩邊的錨桿是高速公路的定時炸彈。顯見，錨桿錨固質量的檢測工作在錨桿錨固工程中具有十分重要的地位和作用。

關鍵詞：錨桿；錨固；質量

1 概述及現狀

現在在市場上普遍使用的是由武漢創新工程地球高科技發展有限公司生產的LX-10E錨桿錨固質量檢測儀，其基于X86框架下的DOS平臺，攜帶性差，發熱量大，續航能力弱，圖形界面不直觀，且不易升級。

就現有錨桿錨固質量檢測儀的不足，提出了基于ARM-Linux-Qt的錨桿錨固質量檢測儀的方案。

2 目的和意義

全長粘結砂漿錨桿的握裹水泥砂漿的灌注飽滿與否,是錨桿能否按設計要求起作用的重要指標。傳統的測試方法是用抗拔力來檢驗,但這種方法并不能完全確定其施工質量。試驗證明,對于高強螺紋錨桿,當錨固長度達到錨桿直徑的42倍時,握裹力不再隨錨桿長度的增加而增加。一般工程錨桿的長與直徑比達到了200~500,因此僅用抗拔力來檢驗施工質量是不完整的。因此,必須采用聲頻應力波對錨桿的錨固質量進行無損檢測和抗拔力試驗有機地結合并進行綜合分析,才能對錨桿的錨固質量進行很好地分析和評價。

而傳統的錨桿錨固檢測儀器是基于X86框架下的DOS平臺，攜帶性差，發熱大，續航能力弱，圖形界面簡單，不易升級?，F在所做的錨桿錨固檢測儀器是基于ARM9框架下的Linux平臺，體積小，重量輕，連續使用時間長，人機界面更直觀。

3 國內外現狀和發展趨勢與研究的主攻方向

錨桿錨固質量的聲波檢測技術包括儀器系統和軟件系統兩部分，其聲波檢測的技術水平深受以上兩大系統的制約。目前國內外錨桿錨固質量聲波檢測儀的硬件系統大同小異，其差別僅在發射和接收方面。聲波源有人工錘擊激發和發射器激發兩種，人工錘擊方法操作方便，產生的能量比發射器激發的大。但由于發射器是采用電信號控制發射，故其發射能量的一致性比人工錘擊的要好的多。換言之，采用發射器激發所獲得波形的重復性較之人工錘擊要好得多。發射震源根據材料的不同分為壓電陶瓷和超磁震源，壓電陶瓷震源發射信號的主頻一般較超磁震源要高，但其激發的能量較之于超磁震源要小得多，超磁震源雖具有較大的輻射能量，但其發射信號的主頻較之于壓電陶瓷震源系統要低得多。兩種震源各有所長，前者適于短錨桿的檢測，而后者則適于中長錨桿的檢測。

砂漿飽和度檢測的工作最早始于1978年，瑞典的H.F.Thurner提出用測超聲波能量損耗的原理來檢測錨桿系統的灌注質量，并由GendynamikAB公司據此于1980年推出Boltometer Version錨桿質量檢測儀。但該方法存在激發方法苛刻和衰減快的缺點，且其檢測結果仍為錨桿的抗拔力。1987年中國鐵道部科學研究院鐵建所提出用聲波能量對比的方法，即用發射波能量比值來評價砂漿飽和度。1999年，長江工程地球物理勘探研究院（武漢）在三峽工程永久船閘，利用能量對比法對高強錨桿的砂漿飽和對評價做了大量實驗工作。2003年，長江科學院巖基研究院在清江水不埡工程，利用聲頻應力波法檢測錨桿施工質量，提出用幅值對比法進行砂漿飽和度評價。但從現場檢測結果看，定量評價誤差還比較大，效果都不理想?？梢哉f目前砂漿飽和度檢測仍處于定性評價階段，如何確切地進行定量評價還需做大量的研究工作。

4 關鍵問題及解決思路

現在市場上廣泛使用LX-10E錨桿錨固質量檢測儀，該產品在整體設計上都比較落后，已經不能滿足工程應用需求。原因如下：

1)體積過大。給施工工人過量的負擔；

2)續航能力不足。需要掛載個大電瓶才能維持一段時間的使用；

3)精度不高。容易忽略小信號的發生，造成工程檢測錯誤；

4)接口不通用。損壞一個配件后就導致整個系統不能工作；

5)圖形不直觀。界面設計不美觀，系統不穩定。

基于LX-10E錨桿錨固質量檢測儀的不足，本設計思路擬采用以下方案予以克服：

1)使用最近比較流行的ARM-Linux平臺，以減小功耗及體積；

2)使用C8051F060片內16位高速ADC，以達到工程對信號的要求；

3)在接口上使用通用的串口及三芯電纜，可以隨時更換配件；

4)使用挪威TrollTec公司出品的Qt for arm做圖形界面，在使用新型的信號槽機制后，系統更穩定。

5 應達到的技術要求

1) 接收通道

道數：2道

采樣間隔：0.1～4096μs

采樣長度：1k，2k，4k,8k ,16k,32k,64k

觸發方式：單次、連續、信號觸發、外觸發

觸發電平：10%、20%、…、70% FRS

通帶寬度：10Hz ～ 5kHz、10Hz ～ 500kHz、10 ～ 500kHz

聲時測量范圍：0～32767*Δtμs（Δt 采樣間隔）

聲時測量精度：±0.1μs

聲幅測讀范圍：-20～84dB

聲幅測讀精度：1.0%

2)發射通道

道數：1道

發射電壓：100V、250V、500V、750V、1000V

發射寬度：1～400μs

3)系統配置

主機：ARM9工業控制級微機

內存：64M

電子盤：16MB～1GB

顯示器：8.4寸640×480真彩液晶顯示器（帶背光）

通用接口：USB、RS-232Ｃ串口、SD卡口 、10/100M網口

4) 其他

功耗：≤6W

外接電源：12V直流電瓶或220VAC 50Hz

工作溫度：-10℃～+40℃ 85%RH

重量：小于3Kg

體積：375mm×256mm×135mm

作者簡介：張亮，男，中共黨員，大學本科，研究實習員，在讀研究生。現供職于長江大學工程技術學院城市建設系，任學工組長（團總支書記）。