NO791245L - Fremgangsmaate for undersoekelse av et innfestet stangformet legeme med en tilgjengelig ende, samt anordning for gjennomfoering av fremgangsmaaten - Google Patents
Fremgangsmaate for undersoekelse av et innfestet stangformet legeme med en tilgjengelig ende, samt anordning for gjennomfoering av fremgangsmaatenInfo
- Publication number
- NO791245L NO791245L NO791245A NO791245A NO791245L NO 791245 L NO791245 L NO 791245L NO 791245 A NO791245 A NO 791245A NO 791245 A NO791245 A NO 791245A NO 791245 L NO791245 L NO 791245L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- bolt
- cross
- amplitude
- sensing
- excitation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 72
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 61
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 49
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 34
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 25
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims description 12
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 12
- 230000008447 perception Effects 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 16
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 16
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 12
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 11
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229940099259 vaseline Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
- E21D21/02—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection having means for indicating tension
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/10—Number of transducers
- G01N2291/101—Number of transducers one transducer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Endoscopes (AREA)
Description
Fremgangsmåte for undersøkelse av et innfestet stangformet legeme med en tilgjengelig ende, samt anordning for gjennom-føring av fremgangsmåten.
Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for undersøkelse av et innfestet, stangformet legeme med en tilgjengelig ende, samt anordninger for gjennomføring av fremgangsmåten. Fremgangsmåten og anordningen er først og fremst beregnet for undersøkelse av legemets innfestingsforhold og legemets lengde eller vesentlige diskontinuiteter i legemet, men det kan ikke utelukkes at fremgangsmåte og anordning kan benyttes•også for andre undersøkelser.•
Fremgangsmåten og anordningen er i første rekke tilpasset for undersøkelse av betonginnstøpte fjellbolter, men det kan ikke utelukkes at fremgangsmåten og anordningen helt eller delvis kan benyttes på andre innfestede stangformede legemer, såsom ankerstag i jord, armering i betong samt inn-leirede rørledninger m.m.
Med legemets innfestingsforhold menes innfestingens lengde og lokalisering langs legemet, samt legemets kontakt med omgivende materiale. Stangens innfestingsforhold, stangens lengde samt eventuelle andre diskontinuiteter i stangen har betydning for dens evne til å oppta belastninger.
Alminnelig måte å montere fjellbolter på, for eksempel for forsterkning av tak og vegger i tunneler, utgjør i og for seg ingen garanti for at fjellboltenes innfesting i omgivende materiale er tilstrekkelig. Det går ikke an visuelt å avgjøre om f.eks. en innstøpt fjellbolt har foreskreven lengde og fullgod innstøping, dvs. tilstrekkelig lastopptagende eller lastoverførende evne.' Videre kan også en opprinnelig korrekt montert fjellbolt med en god kontakt med det omgivende fjell og tilstrekkelig lastopptagende evne senere løsne eller i det minste tape en vesentlig del av sin lastopptagende evne. Dette kan f.eks. skje ved at fjellbolten går av på grunn av skyvekrefter eller strekkrefter som oppstår i forbindelse med bevegelser i det omgivende fjell. Selv om f.eks. en innstøpt fjellbolt går av i glidende avstand fra innstøpingens ytre ende er det umulig visuelt å oppdage dette. Det er derfor behov for kontroll av fjellbolters lengde og funksjon.*;En metode for å kontrollere en bolts innfesting;og lastopptagende evne er ved hjelp av f.eks. en donkraft å trekke bolten-eventuelt helt til den ryker eller løsner. På grunn av pris og den tid som går med kan normalt bare en liten del av alle boltene kontrolleres på denne måten. Dessuten kan boltens lastopptagende evner og innstøpingens korrosjons-beskyttende effekt nedsettes ved prøvetrekkingen, slik at den prøvede bolten- ikke kan benyttes slik som beregnet efter prøvingen, selv om man ikke har trukket helt til bolten har røket av eller løsnet. Dessuten har en prøvetrekking begrenset verdi, ettersom man har kunnet konstatere at .det dreier seg med ca. 30 cm fullgod innstøpingslengde for at bolten, skal kunne trekkes av utenfor innstøpingen. En prøvetrekking der boltenden ryker av gir altså bare opplysning om at bolten var innstøpt med. i det minste 30 cm innstøpingslengde. ;Hensikten med foreliggende oppfinnelse er en ikkeforstyrrende type av in situ kontroll av lengde og innfestingsforhold for stenger, såsom fjellbolter og lignende. ;En kontrollert fjellbolt eller lignende skal således efter prøvingen kunne benyttes for forsterkningsformål eller for opp-tagelse av last for annet formål. Ved en ikkeforstyrrende kontroll av alle eller et tilstrekkelig stort antall utvalgte fjellbolter innen et visst begrenset område, kan man derved forsikre seg om at en forsterkning av en vegg eller et tak er tilstrekkelig med hensyn til nødvendige sikkerhetskrav. ;Oppfinnelsen bygger på tanken på en bestemt måte;å excitere transient elastisk svingningsbevegelse i den frie enden av et innfestet stangformet legeme. En slik svingebevegelse brer seg langs legemet og i innfestingen med en hastighet og en demping som beror på visse vektutbrednings-parametre. Ved diskontinuiteter i bolten og/eller dens feste og/eller boltens omgivelse oppstår reflekterende svingningsbevegelser av størrelse, type og retning som beror på geo-metriske forhold samt bølgeutbredningsparametre som .i det minste ;delvis henger sammen med boltens og innfestingens respektive omgivelsenes fysikalske parametre. Ved avføling av slike reflekterte transiente elastiske svingébevegelser samt tolking og analyse av svingebevegelsenes parametre, såsom ankomsttid, frekvens,'amplitude, svingningstype med flere kan det ifølge oppfinnelsen fåes en viss informasjon om i det minste visse diskontinuiteter. ;Diskontinuiteter av interesse for en innstøpt fjellbolts evne til å oppta eller overføre last er i første rekke fjellboltens begynnelse og slutt, fjellboltens innstøp-ingsforhold samt eventuelle sprekker eller brudd i bolten og dens innstøping. Av betydning for den lastopptagende eller lastoverførende evnen er, også innstøpingens kontakt med fjellbolten og det omgivende fjell. Denne kontakten påvirker dempingen av den transiente, elastiske svingebevegelsen og i en viss grad også dens utbredelseshastighet. Ved å stille amplituden hos reflektert svingebevegelse i relasjon til ankomsttid og amplituden på eksisterende svingebevegelse kan man derfor indirekte få en viss oppfatning av nevnte kontakt.-Anvendelse av svingébevegelsereller vibrasjons-bevegelser for ikkeforstyrrende prøving eller kontroll er så-v-isst ingen nyhet i og for seg. Materialprøving ved hjelp av ultralyd og lignende metoder har vært kjent lenge. Prøving, ifølge foreliggende oppfinnelse skiller seg imidlertid fra alminneligeultralydprøvinger, både når det gjelder excitering og avføling og analyse av svingebevegelsen. ;Det har i lang tid vært kjent at elastiske svingébevegelser av forskjellige bølgetyper under visse forutset-ninger kan bre seg i lengderetningen på et sirkulærsylindrisk homogent legeme. Som.eksempel på forskjellige slike bølge-typer kan nevnes longitudinelle bølger, torsjonsbølger, radielle bølger og kompresjonsbølger. Når svingebevegelsen har tilstrekkelig høy frekvens kan dessuten i alminnelighet flere enn en svingningsmodus av respektive bølgetyper bre seg i det sirkelsylindriske legemets lengderetning. Dersom man for enkelthets, skyld begrenser seg til den mest lavfrekvente og enkleste svingemodus av respektive bølgetyper er det relativt enkelt å beskrive de forskjellige bølgetypene slik at deres forskjeller klart fremgår. Den longitudinelle bølgens svingemodus karakteriseres av at hele tverrsnittet på legemet vekslende komprimeres og ekspanderes i legemets lengderetning. Den radielle bølgens svingemodus kjennetegnes av at hele tverrsnittet på legemet omvekslende komprimeres og ekspanderes i radiell retning. Torsjonsbølgens svingemodus karakteriseres ved at hele tverrsnittet på legemet dreier seg relativt hverandre omkring legemets akse. Komprisjonsbølgens svingningsmodus karakteriseres av at visse deler av et tverrsnitt av ;■ legemet ekspanderes i legemets lengderetning samtidig som andre partier av tverrsnittet komprimeres i legemets lengderetning. Partiene separeres derved av et diametralt nøytralp-lan parallelt med svingemodusens utbredelsesretning, dvs. det sirkelsylindriske legemets lengdeakse. ;Når det gjelder en utførligere beskrivelse av. elastiske bølger i stangformede legemer henvises til artikkelen "Elastic Waves in Rods and Clad Rods", av R.N. Thurston, publisert i Journal of Acoustical Society of America, 64 (1), July 1978. ;Bølgeutbredelsen i en betonginnstøpt fjellbolt er av flere årsaker mere komplisert teoretisk å beskrive enn bølgeutbredelse i et sirkelsylindrisk homogent, fritt legeme. En årsak er naturligvis det faktum at fjellbolten er innstøpt ;i betong og ikke fri. Innstøpningens kontakt med fjellboltens mantelflate medfører visse begrensninger av den mulige kompres-jon og ekspansjon av boltens tverrsnitt, i det minste i de partier av tverrsnittet som ligger nærmest mantelflaten. En annen årsak er at fjellbolter normalt ikke har form av et sirkelsylindrisk legeme. De fleste boltene utgjøres idag av armeringsjern som er forsynt med et antall kammer langs hele mantelflaten. Kammene strekker seg enten tangentielt, vinkelrett mot fjellboltens lengderetning eller i en skrå vinkel mot boltens lengderetning. Kammene strekker seg heller ikke alltid rundt hele mantelflaten, men visse fjellbolter har partier av mantelflaten uten slike kamre. I visse tilfeller er fjellboltenes mantelflate dessuten forsynt med en eller to kammer som strekker seg i boltens lengderetning. Dette innebærer at boltens tverrsnitt hverken er sirkulært eller konstant langs bolten, men varierer i det vesentlige periodisk langs boltens lengde. ;En utførligere beskrivelse av bølgeutredelse i stangformede legemer som har variabelt tverrsnitt henvises til artikkelen ''Wave Propagation in Non-uniform Elastic Rods" av Gerald Rosenfeld og Joseph B. Keller, publisert i Journal of ;the Acoustic Society of America, volum 573nr. mai 1975,;side 1094-1096. ;Foreliggende oppfinnelse bygger på excitering og avføling av transiente ekspansjonsbølger, fortrinnsvis i 'kombinasjon med longitudinelle bølger og/eller torsjonsbølger. ;Det har nemlig helt overraskende vist seg at den enkleste;mest lavfrekvente svingemodusen av kompresjonssvingninger dempes betydelig mindre ved utbredelse i en betonginnstøpt fjellstål av kamstål enn f,eks. den enkleste mest lavfrekvente svingemodus av longitudinelle bølger med sammenlignbar frekvens. ;Selv om det ifølge oppfinnelsen vesentlig exciteres kompresjonsbølger kan man på grunn av innfestingen og fjellboltens varierende tverrsnitt ikke utelukke at elastiske svingébevegelser med'andre bølgetyper og/eller svingnings-^ moduser exciteres langs den innstøpte fjellbolten i det minste ved tilstrekkelig høy svingefrekvens. Det kan heller ikke utelukkes at slike elastiske svingébevegelser på en eller annen måte koples sammen med den opprinnelig exciterte svingebevegelsen og forplantes i samvirke med denne når svingebevegelsen har en viss frekvens. Ved en hensiktsmessig utforming av mottakel-sen av reflektert elastisk svingebevegelse kan imidlertid reflekterte svingébevegelser av forskjellige bølgetyper helt eller delvis separeres fra' hverandre. For en utførligere beskrivelse av slik excitering langs en stang samt nevnte sammen-kopling henvises til artikkelen "Experimental Study on the Wave Mode in Elastic Cylindrical Rod" av Toda Fukuoka Tanida, publisert i Bulletin of Japan Society of Mechanical Engineers, volum 19, nr. 132, juni 1976, side 590-594. ;En mere utførlig beskrivelse av fremgangsmåten;og anordningen for undersøkelse ifølge oppfinnelsen skjer i forbindelse med konkrete utførelseseksempler. I det følgende beskrives derfor et antall utførelsesformer under henvisning til tegningene. ;Figur 1 illustrerer undersøkelse av en bergholt, som er innfestet i veggen i en tunnel. Figur 2 er en ekspandert riss av organer for excitering. og avføling av elastiske kompresjonsbølger og longitudinelle bølger i en fri ende på et innfestet stangformet legeme.-Figur 3 viser et blokkskjema over ten anordning for ;undersøkelse av et innfestet stangformet legeme.;Figur 4 er et ekspandert riss av organer for excitering og avføling av elastiske kompresjonsbølger og longi-• tudinelle bølger med mulighet for å avføle- kompresjonsbølger ;i to ortogonale retninger i en fri ende på et innfestet stangformet legeme. ;Figur 5 viser et blokkskjema over en anordning for undersøkelse av et innfestet stangformet legeme ved hjelp av organer for excitering og avføling ifølge figur 4. Figur 6 illustrerer et antall- fjellbolter med forskjellige innfestinger. Figurene 7-15 viser signalforløp oppnådd ved undersøkelse av fjellbolter med forskjellig innstøping ifølge figur 6. Figur 16 viser signalforløpet som man får ved en kortere fjellbolt. Figur 1 illustrerer en tunnel i fjell. I tunnelens tak .og vegger er der innfestet et antall fjellbolter slik at de har fritt utstikkende ender. Visse fjellbolter kan være fribolter mens andre kan være innstøpte bolter, For undersøkelse av en betonginnstøpt fjellbolt 1 trykker en person et håndverktøy 2 mot fjellboltens frie ende, som ved behov er avplanet før undersøkelsen. ;Håndverktøyet utgjør den ene delen av en toleddet anordning for undersøkelse og omfatter organer for excitering og avføling av visse transiente elastiske svingébevegelser. i fjellboltens frie ende, som stikker ut fra innfestingen. Hånd-verktøyet og undersøkelsesanordningens andre del 3 er forbundet med en elektrisk kabel 4; ;Den i den frie enden exciterte transiente elastiske svingebevegelsen brer seg i fjellboltens lengderetning og gir årsak til reflekterte elastiske transiente svingébevegelser ved innstøpingens begynnelse, og ved andre diskontinuiteter, såsom innstøpingens og fjellboltens slutt samt eventuelle brudd på fjellbolten. Under sin utbredelse langs fjellbolten i boltens lengderetning fra og mot boltens frie ende dempes den elastiske svingebevegelsen i en utstrekning, som blant annet beror på hvor godt be'tonginnstøpningen er i kontakt med bolten og det omgivende fjell.<*>
Bølgeutbredelseshastighetene og dempningene for transiente elastiske bølger kan bestemmes ved måling på dels frie dels innfestede fjellbolter med kjente lengder og tverrsnitt sdimensj oner , samt i forekommende tilfelle kjente inn-testinger. Amplitude og kurveform på reflekterte svingébevegelser som oppstår ved forskjellige typer og størrelser av diskontinuiteter i innfesting og bolt kan også bestemmes ved
måling på et antall diskontinuiteter av kjente slag og stør-relser. Håndverktøyet og undersøkelsesanordningens andre del inneholder tilsammen organer som stiller tidslokalisering og/ eller amplitude og eventuelt andre parametre på mottatte transiente elastiske svingebevegelse i relasjon til tidligere bestemte bølgeutbredelseshastigheter og dempning m.m. og gir en viss informasjon om de diskontinuiteter som bergholten og dens innfestning ved hvilke mottatt reflektert svingebevegelse har oppstått. Informasjonen kan være av mer eller mindre komplisert art og presenteres av presentasjonsorganer på .hånd-verktøyet eller den andre delen eller lagres på en båndspiller eller lignende.. Nøyaktig hvorledes denne informasjonen presenteres utgjør ingen del av oppfinnelsen. Oppfinnelsen er snarere å henføre til valg av exciterte og mottatte bølgetyper og svingningsmoduser, organer for excitering og mottagning av disse bølgetyper samt en viss signalbehandling i denne forbindelse.
Den mekaniske oppbyggingen og utformingen av delen
3 samt i en viss grad også håndverktøyet er av underordnet betydning og skal derfor ikke beskrives nærmere. Det bør greie seg med å beskrive konstruksjonen av de deler av anordningen som- exciterer og mottar den transiente elastiske svingebevegelsen.
Figur 2 viser en ekspanderbart skisse av deler av en utførelse av disse organer for excitering og mottagning av kompresjons-bølger og bøyebølger.
4_ stykker piezoelektriske (bly-zirkonat-titanat) krystaller 6,9,11 og lh er hver og en utført i et stykke med
sylindrisk mantelflate samt planparallelle endeflater. Samtlige har ytterdiameter 25 mm og tykkelse 2 mm. Disse piezoelektriske krystallene er polarisert vinkelrett mot de planparallelle ende-flatene, dvs. parallelt med symmetriaksen.
De to første piezoelektriske krystallene 6 og 9 er anordnet mellom to sirkulære messingelektroder 5 og 10 med tykkelsen 0,05 mm på en slik måte at de to piezoelektriske krystallenes polariseringsretninger er motsatte. Mellom de • to piezoelektriske krystallene 6 og 9 er der to halvsirkelformede tynne metallelektroder 7 og 8 plassert inn. De to elektrodene 7 -og 8 dekker ikke helt sirkelflaten, men d-et finnes , en smal elektrisk isolerende spalte mellom de halvsirkelformede elektrodene.
På samme måte som-krystallene 6 og 9 er krystallene 11 og 14 anordnet mellom to sirkulære tynne metallelektroder 15 og 10. Mellom krystallene 11 og 14 er der likeledes to halvsirkelformede elektroder 12 og 13 innført på samme måte som de halvsirkelf ormede elektrodene 7 og 8..
De forskjellige krystalldelene og elektrodene er sammenføyd med epoxiharpikslim av tokomponenttypen.
Ved excitering og mottagning av transient elastisk svingebevegelse holdes organer ifølge figur 2 i sammehlimt stand i håndverktøyet med elektroden 15 trykket mot bergholtens 16 tilgjengelige ende. Enden er ved kapping og sliping eller på annen måte gitt en tilstrekkelig plan endeflate. Kontakt-flaten mellom elektroden og endeflaten forsynes hensiktsmessig' med en liten mengde kontaktmiddel,' for eksempel vaselin.
Excitering av svingebevegelse skjer ved at de tre hele elektrodene 5,10 og 15 felles tilkoples til jordpotensial samt en elektrisk spenning påføres de halvsirkelformede elektrodene 7 og 8. Dersom vekselspenning med samme amplitude og fase tilføres de halvsirkelformede elektrodene 7 og 8 kommer krystallene 6 og 9 til å tilstrebe å forflytte hele elektrodene 5 og 10 vesentlig planparallelt omvekslende mot hverandre og fra hverandre, og på denne måte gi årsak til en longitudinell svingebevegelse. Om derimot vekselspenningspulser med samme amplitude, men med l80° faseforskjell tilføres de to halvsirkelf ormede elektrodene 7 og 8, kommer krystallene 6 og 9
til å tilstrebe samtidig å forflytte elektrodenes 5 og 10 ene
halvdeler mot hverandre og elektrodene 5 og 10 andre halvdeler fra hverandre og vice versa og på denne måte gi årsak til en bølgebevegelse av bøyebølgetypen.
Avføling av svingebevegelse skjer med krystallene 11 og 14 samt de halvsirkelf ormede elektrodene 1i2 og 13. Ved at avfølingselektrodene 12 og 13 samt exciteringselektrodene 7 og 8 er elektrisk adskilte på grunn av detelektrisk isolerende krystallmaterialet, kan mottagning og excitering skje samtidig.
Avføling av svingningsbevegelse går for seg slik at de tre hele elektrodene 5, 10 og 15 sammen tilkoples til
jordpotensial. Utsettes de to piezoelektriske krystallene 11 og 14 for en deformerende kraft av en mottatt svingebevegelse fåes på elektrodene 12 og 13 en elektrisk ladning. Om man for enkelthets skyld forutsetter at kapasitansen mellom elektrodene og jord samt krystallenes elastisitetsmodul er konstant, fåes en mot deformasjonen vesentlig proporsjonen spenning på elektrodene. Ut fra denne spenningen kan det fåes informasjon, f.eks. ifølge figur 3 med tilhørende tekst.
Blokkskjemaet i figur 3 viser' en anordning for undersøkelse av et innfestet stangformet legeme ved excitering og avføling av transiente elastiske bølger med organer ifølge figur 2. Signalgeneratoren 18 frembringer i avhengighet av styreorganet 17 en puls bestående av et fåtall sinusperioder, hvis frekvens er hensiktsmessig. Ved innstøpte fjellbolter av kamstål med ca. 25 mm diameter bør frekvensen være mellom 20 og 100 kHz. Signalgeneratorens utgang er koplet til en inverterer 20, en omkopler 21 samt en inngang på organer 22 for excitering og avføling. Omkopleren 21 har to innganger, hvorav den andre er koplet til utgangen av invertereren 20. Omkoplerens 21 utgang er koplet til exciterings- .og avfølings-organets andre inngang. Exciterings- og avfølingsorganets 22 begge innganger er tilkoplet hver sin halvsirkelformede elektrode 7 og 8 ifølge figur 2. Når omkoplingsenheten 21 er koplet på den viste måte tilføres exciterings- og avfølingsorganet 22 vekselsoenningspulser med samme amplitude og fase, hvilket genererer longitudinelle svingébevegelser. Når omkoplingsenheten 21 er koplet på den andre måten tilføres exciterings- og avfølingsorganet vekselspenningspulser med samme amplitude, men med l80° raseforskjell, hvilket gir svingébevegelser av bøyebølgetypen.
Spenningene fra elektrodene 12 og 13 i exciterings-og avfølingsorganet 22 tilføres en signalbehandlingskjede bestående av en inverterer 233omkopler 24, sumjnator' 25 samt" båndpassfiltre 26.
Spenningen fra den ene av elektrodene 12 og 13 tilføres en summator 25. Spenningen fra den andre av de to elektrodene 12 og 13 tilføres en inverterer 23 samt den ene inngangen til en tostillingsomkopler 24. Invertererens 23 utgang er tilkoplet den andre inngangen på omkopleren 24. Omkoplerens 24 utgang er tilkoplet den' andre inngangen på summatoren 25.
Med omkopleren 24 i den ene stillingen kommer summatorens utsignal til å være proporsjonalt med summen av de to spenningene fra elektrodene 12 og 13. Stilles omkopleren 24 i sin andre stilling, fåes i stedet et utgangssignal proporsjonalt med forskjellen mellom de to spenningene fra elektrodene 12 og 13-
Ved å danne summen av spenningene blir avfølingen maksimalt følsom for den laveste svingningsmodus på longi-.tudinelle bølger, mens innvirkning fra bøyebølger kommer til å undertrykkes. Dannes i stedet forskjellen, kommer avfølingen til å bli maksimalt følsom for den lengste svingemodus på bøyebølger mens innvirkningen fra longitudinelle bølger kommer til å bli undertrykket..
Med styreenheten 17 er det mulig å stille om om-■ koplerne 21 og 24 synkront slik at excitering og avføling skjer av enten longitudinell svingebevegelse eller svingningsbevegelse av bøyebølgetypen.
Samtidig stilles båndpassfiltrene 19 og 26 om, slik
at et for hver bølgetype optimalt frekvensområde utnyttes.
Den i et stangformet legeme exciterte bøyebølgen kjennetegnes av en bevegelse omkring et nøytralplan orientert parallelt med bølgens utbredningsakse, dvs. boltens lengdeakse. Ved exciteringsøyeblikket faller nøytralplanet sammen med skjøten mellom de to elektrodehalvdelene 7 og 8, som tilføres exciteringsspenningen.
Når bøyebølgen har forplantet seg langs stangen, reflekteres i endeflaten eller andre diskontinuiteter samt når den er kommet tilbake til den ytre boltenden med exciterings-og måleorganet, kan det ikke utelukkes at nøytralp-lanets retning en-dres. Denne retningsendring kan bero på inhomogeniteter i bolten, deformasjoner av bolt eller boltflate, samt på for-hånd ved den reflekterte flaten alternativt boltens ende (indre ende).
For optimalt å kunne avfølge reflekterte bøye-bølger bør avfølingselektrodenes symmetriakse være sammen-fallende med bøyebølgenes nøytralplan. En måte å oppnå dette vil være å utforme organet for excitering og avføling, slik at dets deler for avføling kunne dreies i forhold til dets deler for excitering. Dette er imidlertid i alminnelighet en upraktisk løsning. En-mer praktisk' løsning er istedet å utforme for excitering og avføling slik at det kunne avføle bøyebølger i valgfrie eller begge av to mot hverandre vinkel-rette akser. Figur 4 .viser en utførelsesform av organer for excitering og avføling av denne art.
Utførelsen stemmer overens med utførelsen på anordningen .ifølge figur 2 med den vesentlige skilnad at målelek-trodene 12 og 13 er oppdelt i fire sektorer 34,35,36 og 37 ifølge figur 4, istedetfor to.
Ved utførelse med fire elektroder 34,35,36 og 37 på avfølihgselektroden i exciterings- og avfølingsorganet figur 4 samt kompletterte signalbehandlingsorganer ifølge figur 5, er det mulig i to ortogonale retninger å avføle bøyebølger.
Fire stykker piezoelektriske krystaller 28, 31,
33 og 38 er hver og en utført i et stykke med sylindrisk mantelflate samt planparallelle endeflater. Disse piezoelektriske krystallene er polarisert vinkelrett mot de planparallelle ende-flatene, dvs. parallelt med symmetriaksen.
De to første piezoelektriske krystallene 28 og 31 er anordnet mellom to sirkulære tynne metallelektroder 27 og 32 på en slik måte at de to piezoelektriske krystallenes polariseringsretninger er motsatt rettede. Mellom de to piezoelektriske krystallene 28 og 31 er det to halvsirkelformede tynne metallelektroder 25 og 30 plassert inn slik at de ikke helt dekker sirkelflaten, men adskilles av en smal elektrisk isolerende spalte.
De for avføling beregnede krystallene 33 og 38 er likeledes anordnet mellom to elektroder 32 og 39 på en slik måte at krystallenes polariseringsretninger er motsatt rettede. Mellom -de.to avfølingskrystallene er der fire sektorformede metallelektroder 34, 35, 36. og.37 plassert inn jpå en slik måte at de er elektrisk isolerte fra hverandre.
Figur 5 viser et blokkskjema over en anordning for undersøkelse av et innfestet stangformet legeme ved excitering'og avføling av transient elåstisk svingningsbevegelse ved hjelp av organer ifølge figur 4.
Pulsgeneratoren 42 frembringer i avhengighet av styreenheten 4l en eller flere kortvarige pulser hvis'energi i det vesentlig ligger innen det frekvensområde som er hensiktsmessig for den elastiske svingebevegelsen. Pulsgeneratorens utgang er koplet til inngangen på et båndpassfilter 43. Den båndpassfiltrerte pulsen tilføres en inverterer 44, en omkopler 45 samt exciterings- og avfølingsorganet 46. Omkoplerens 45 andre inngang er tilkoplet invertererens utgang. Omkoplerens 45 utgang er tilkoplet exciterings-.og avfølings-organets andre inngang..
Exciterings- og avfølingsorganets 46 to innganger er tilkoplet hver sin halvsirkelformede elektrode 29 og 30 ifølge figur 4.
Når omkoplingsenheten 45 er koplet på en viss måte tilføres exciteringsanordningens 46 exciteringselektroder vekselspenningspulser med samme amplitude og fase noe som genererer longitudinelle svingébevegelser. Når omkoplingsenTheten 45 er koplet på en annen måte tilføres exciteringsanordningens 46 exciteringselektroder vekselspenningspulser med samme amplitude men med l80° faseforskjell, hvilket.gir årsak til svingebevegelse av bøyebølgetypen.
De fra exciterings- og avf ølingsorganet 46 ut-gående ledningene 47, 48, 49 og 50 er tilkoplet hver sin sektorformede elektrode 34, 35, 36 og 37 ifølge figur 4.
I den fortsatte beskrivelse antas exciterings- og avfølingsorganer å være orientert slik at dens symmetriakse er horisontal og den øvre høyre elektroden er tilkoplet ledningen 47. Den nedre høyre elektroden 35 er tilkoplet 48. Den nedre venstre elektroden 36 er tilkoplet 49. Den øvre venstre
elektroden 37 er tilkoplet ledningen 50.
En summator 51 er tilkoplet ledningene 47 og 50 og gir på den måte et signal som er proporsjonalt med summen av spenningene fra de to øvre elektrodene. Summatoren 52 danner ved tilkopling til ledningene 48 og 49 et signal som er proporsjonen med summen av spenningene fra de to nedre elek-trodesektorene. Summatoren 53 danner, ved tilkopling til ledningene 49 og 50 et signal som er proporsjonelt med summen av •spenningene fra de to'venstre elektrodene. Summatoren 54 danner ved tilkopling til ledningene 47 og 48 et signal som er proporsjonelt med summen av spenningene fra de to høyre elektrodene .
Utgangssignalene fra summatoren 51 tilføres dels en ytterligere summator 56 dels en forskjellsdanner 55- Utgangssignalene for summatoren 52 tilføres likeledes summatoren 56 samt forskjellsdanneren 55- Utgangssignalene fra summatorne
53 og 54 tilføres en forskjellsdanner 57.
Utgangssignalene frå summatoren 56 utgjør summen av signalene fra de fire avfølingselektrodene og er på den måte mest følsomme for longitudinelle kompresjonsbølger mens innvirkning fra bøyebølgen undertrykkes.
Utgangssignalene fra forskjellsdanneren 55 utgjør forskjellen mellom summen av signalene fra de to øvre og summen av signalene fra de to nedre elektrodene. Maksimal utgangssignal fåes for bøyebølger med horisontalt nøytralplan, mens bøyebølger med vertikalt nøytralplan, samt longitudinelle kompresj onsbølger undertrykke s .
Utgangssignalene fra forskjellsdanneren 57 utgjør forskjellen mellom signalene fra de to høyre og signalene fra de to venstre elektrodene. Maksimalt utgangssignal fåes for bøyebølger med vertikalt nøytralplan mens bøyebølger med horisontalt nøytralplan samt longitudinelle bølger undertrykkes.
Den fra forskjellsdanneren 55 kommende utgangssignal tilføres et båndpassfilter 58. Signalene fra den andre forskjellsdanneren 57 tilføres et båndpassfilter 60. Utgangssignal fra summeringskretsen tilføres båndpassfilteret 59.
Det kan ikke utelukkes at ytterligere informasjoner om i det minste en fjellbolts ytre innstøpingsparti ville kunne fåes ved også å excitere torsjonsbølger eller skjærbølger. Primitive praktiske forsøk har imidlertid vist at det foreligger vanskeligheter med å få en tilstrekkelig god mekanisk kopling mellom en plan ende på en bolt og organet for excitering og av-føling av svingebevegelse. Det er mulig at det kan fåes tilstrekkelig god kopling dersom den tilgjengelige»endeflaten istedenfor å være plan har form av to halvelliptiske plane flater i vinkel til hverandre og fjellboltens lengderetning.
Figur 6 viser i snitt tre bergbolter 6l av kam-'jern, hvorav to innstøpt med betong i borehull 62 i granitt,
og med forskjellig lengde på betonginnstøpingen 63.
Bolt A er helt uinnstøpt og er brukt som referanse. Bolt B er innstøpt langs ca. 20 cm mens bolten C er innstøpt langs ca. 40 cm. Samtlige bolter er fremstilt av kamstål diameter 25 .mm med en lengde på 2250 mm.
Boltenes ytre endeflate er kappet vinkelrett mot boltens akse, samt er bearbeidet til en slik flatefinhet at det oppnås god kontakt mellom bolt og organet for excitering og avføling, når dette med fett som kontaktmiddel holdes trykket mot boltenden. Boltenes indre ende er klippet av med boltsaks og er deretter ikke spesielt preparert.
Figur 7 til 15 viser signaler som er fått ved undersøkelse av de i figur 6 gjengitte boltene med de i figur 2 beskrevne organet for excitering og avføling. Undersøkelses-anordningene forøvrig er. utført ifølge blokkskjemaet som er vist i figur 3•
De i figur 7~9gjengitte signalforløpene er oppnådd på båndpassfilterets 26 utgang med venderen 21 i en slik stilling at begge exciteringselektrodene 7 og 8-er tilført en vek-selsspenningspuls med samme amplitude og fase. På tilsvarende måte var venderen 24 innstilt slik at summen av signalene fra de to avfølingselektrodene 12 og 13 ble tilført filteret 26. Disse innstillingene gir optimal excitering og avføling for longitudinelle bølger. Den aktuelle filterinnstillingen ga
et passbånd med nedre grensefrekvens 20-kHz og en øvre grensefrekvens på 60 kHz. Excitering skjedde med en vekselspenningspuls omfattende ca. en periode med frekvensen 40 kHz og amplituden 20 volt.
Figur 7 viser signalet ved undersøkelse av den helt frie bolten A ifølge figur 6. Fra signalforløpet fremgår det at signalet som kom i forbindelse med exciteringspulsen er ampli-tudebegrenset i summeringskretsen 25. Efter at exciteringspulsen er ferdig .har signalet en meget liten amplitude frem til det- tidspunkt da en fra boltens andre ende reflektert svingebevegelse avføles og opptrer omtrent midt,i figur ?. Fra figuren fremgår det også en del andre avfølte svingébevegelser som ble reflektert mer enn en gang mot boltens indre ende og derfor opptrer ved senere tidspunkter og lengre til 'høyre i figur 7.
Med kjennskap til' den longitudinelle kompresjons-bølgens utbredelseshastighet kan signalenes tidsakse regnes om til en avstandsakse gradert i centimeter,. I figur 7 er det vist et signalforløp over to ms- som blir avfølt på en fri bolt
(bolt A ifølge figur 6) med 225 cm lengde. Kompresjonsbølgens utbredelseshastighet for den frie bolten er eksperimentelt bestemt.til ca. 5,1 km/s innen det aktuelle frekvensbånd. Som det fremgår av figur 7 stemmer boltens virkelige lengde på
225 cm temmelig godt overens med den fra signalene beregnede boltlengden som fåes i figurens avstandsakse under den i figurens midte registrerte refleksen fra boltens indre ende. Samtidig indikerer den lave signalamplituden fra exciterings-pulsens slutt frem til ovennevnte refleks fra boltenden at det ikke finnes noen vesentlig diskontinuiteter langs bolten.
Figur 8 gjengir signalene ved undersøkelse av bolt B ifølge figur 6, dvs. en bolt med ca. 20 cm betonginn-støping. Amplitude- og tidsskalaen stemmer overens med figur 7-Den exciterte vekselsspenningspulsen utgjordes av en periode og hadde en amplitude på ca..20 volt.
Også i figur 8 er det inntegnet en avstandsakse som er beregnet ut fra utbredelseshastigheten for den longitudinelle kompresjonsbølgen i en fri bolt og innen det aktuelle frekvens-båndet. Det bør imidlertid understrekes at den momentane utbredelseshastigheten i innstøpte partier er lavere enn for en fri bolt eksperimentelt bestemte utbredelseshastighet på 5,1 km/s. For de aktuelle boltene med innstøpingslengder på ca. 20 cm respektiv 40 cm (figur 9) sank den gjennomsnittlige- utbredelseshastigheten med ca. 1% for hver dm innstøpingslengde. I figur 8 er boltens lengde markert med en linje på avstandsaksen under den fra boltens ende reflekterte exciteringspuls. Dess uten er det angitt et skygget område på avstandsakselen som motsvarer innstøpingens stilling og lengde.
I figur 8 kan refleksen fra boltens ende iakttas omtrent' midt i figuren. Refleksen har vesentlig mindre amplitude enn motsvarende refleks i den frie bolten ^ifølge figur 7. Derimot stemmer ankomsttiden for refleksen fra boltens ende i figur 8 med ankomsttiden i figur 7. Av refleksens amplitude og ankomsttid kan man derfor trekke den slutning at boltene er innfestet langs en del av sin lengde. Umiddelbart efter exciteringspulsen i figur 8 finnes det reflekser som indikerer diskontinuiteter langs bolten. I dette tilfelle utgjøres diskontinuitetene av betonginnstøpingen.
Ved en innstøpingslengde på ca. 40 cm, som til-svarer bolt C i figur 6, får man et signalforløp ifølge figur 9- Av figur 9 fremgår det at refleksen fra boltendene har meget liten amplitude. I figur Q angis med skygget område inn-støpingens stilling og lengde langs bolten. Boltens indre ende er markert med en linje i avstanden 225 cm. En refleks umiddelbart efter exciteringspulsen indikerer den diskontinuitet som utgjøres av b-etonginnstøpingens begynnelse.
De i figur 10-12 gjengitte signalene har man fått med samme venderinnstilling som benyttet ved excitering og måling av signalforløpene ifølge figurene 7-9- Den exciterte bølgetypen er altså vesentlig en longitudinell kompresjons-bølge. Signalene ifølge figurene 10-12 er imidlertid oppnådd med en annen filterinnstilling, nemlig et passbånd med nedre grensefrekvens 60 kHz og øvre grensefrekvens 100 kHz. Figurene 10- 12 er gjengitt med samme amplitude- og tidsskala. Også i figurene 10-12 er tidsskalaen komplettert med en avstandsskala samt markert stilling og lengde på innstøpingen langs bolten. Exciteringen er foretatt med en vekselspenningspuls omfattende en periode på .frekvensen 80 kHz.
Figur 10 gjengir forløpet ved måling av den helt frie bolten A ifølge figur- 6. Lengst til venstre i figuren ser man den amplitudebegrensede pulsen som kommer fra exciter-ingssignalet. Omtrent midt i figur 10 ser man den fra boltens indre ende reflekterte svingningsbevegelsen. Denne svingningsbevegelsen har i figur 10 tydelig lengre varighet enn tilsvarende svingebevegelse i figur 7. Dette kan bero på at exciterings- og avsøkingsorganet i figur 2 har resonanser' innen frekvensoirir
.rådet 60-100 kHz.
Figur 11 gjengir signalforløpet ved undersøkelse av bolt' B i figur 6 med en innstøpingslengde på 20 cm. På grunn av boltens innstøping med ca. 20 cm har eten fra boltens indre ende reflekterte svingebevegelsens amplitude blitt for-minsket, imidlertid er ankomsttiden vesentlig uforandret sammenlignet med forholdene i figur 10.
Endelig gjengis i figur 12 det oppnådde signalfor-løpet ved måling på en bolt med ca. 40 cm innstøping, bolt C ifølge figur 6. Den fra boltens frie ende reflekterte svingebevegelsen er dempet ytterligere som en følge av den lengre innstøpingsstrekningen.
De i figurene 13-15 gjengitte signalene er oppnådd med venderen 21 i den i-figur 3 i en slik stilling at de to exciteringselektrodene er tilført en vekselspeningspuls med samme amplitude men med l80° faseforskjell. På tilsvarende måte var venderen 24 innstilt slik at forskjellen mellom signalene fra de to avfølingselektrodehalvdelene ble tilført filteret 26. Disse venderstillingene gir excitering av og avfølingsfølsomhet i det vesentlige for bøyebølgen mens den' longitudinelle bølgen undertrykkes. Båndpassfilterets nedre grensefrekvens var da 40 kHz og den øvre grensefrekvensen var på' 80 kHz. Vekselspenningspulsens frekvens var ca. 60 kHz og dens amplitude var ca. 20 volt. Figurene 13-15 er gjengitt med samme tidsskala som figurene 7-12, men avstandsskalaen
■skiller seg vesentlig på grunn av den store forskjellen i bølgeutbredelseshastigheten for longitudinell bølge- respektiv bøyebølge. Bølgeutbredelseshastigheten for en bøyebølge med denne frekvens i bolten A er eksperimentelt bestemt til ca, 3,3-km/s. Den momentane bølgeutbredelseshastigheten i betong-innstøpte partier av bolten av den aktuelle art er eksperimentelt bestemt til 3 km/s.
Figur 13 gjengir signalforløpet ved undersøkelsen av den helt frie bolten A ifølge figur 6. Lengst til venstre ses den amplitudebegrensede pulsen som kommer fra exciteringen. Denne pulsen har for bøyebølgen en lavere avklingningstid enn for den longitudinelle bølgen. Til høyre i figur 13 synes refleksen fra boltenden. Ved avstanden 160 cm, omtrent midt i figur 13, er det synlig en refleks av longitudinell bølgetype fra den indre boltenden. Denne har oppstått på grunn av ufull-kommenheter ved utførelsen av forsøket, såsom f.eks. usymmetrier i exciterings- og avfølingsorganet, eksentrisitet mellom exciterings- og avfølingsorganets akse og boltajcsen samt ujevn-heter i boltens frie endeflate. Figur 14 gjengir signalforløpet ved undersøkelse av den ca. 20 cm innstøpte bolt B ifølge figur 6. Exciterings-forløpets karakter er endret noe på grunn av den diskontinuitet innstøpingen forårsaker. Refleksen fra den indre boltenden er dempet relativt lite på grunn av den 20 cm lange innstøpingen sammenlignet med forholdene for den helt frie bolten i figur 13- Også i figur 14 er der omtrent ved avstand l60 cm et mindre reflekssignal som beror på at den longitudinelle bølgen ikke helt er blitt undertrykket. Figur 15 gjengir signalforløpet ved undersøkelse med bøyebølgen av den ca. 40 cm innstøpte bolten C ifølge figur 6. Den fra den indre boltenden reflekterte bøyebølgen har relativt stor amplitude til tross for at inhstøpingslengden er 40 cm. ' Generelt gjelder det at den laveste svingningsmodus på bøyebølgen dempes betydelig mindre pr. lengdeenhet ved utbredelse langs en betonginnstøpt bergbolt enn den lengste svingemodus på longitudinell kompresjonsbølge med samme frekvens. Ved bruk av bøyebølger kan man derfor undersøke bergbolter med betydelig lengre innstøping enn om man bare benytter longitudinelle kompresjonsbølger. Derimot er under visse for-utsetninger den lavfrekvente longitudinelle kompresjonsbølgen mer egnet for bestemmelse av innstøpingens begynnelse på bergbolter med en fra innstøpingen utstikkende frie ende. Praktiske problemer å iaktta refleksen fra innstøpingens begynnelse kan oppstå dersom avstanden mellom boltens frie ende og inn-støpingens begynnelse er sa kort at refleksen i signalet skjules av det ennå ikke ferdige exciteringsforløpet. For tydeligere å kunne avføle en refleks fra innstøpingens begynnelse kan for eksempel en distanseanordning bestående av en stålsylinder med den samme diameter som bolten, i det aktuelle tilfellet en diameter på 25 mm, plasseres mellom exciterings- og avfølingsorganet og boltens frie ende. Distanseanordningen 40 er vist i figur 4. Ved omvekslende å excitere og avføle begge bølge- typene kan det derfor i visse tilfeller oppnås bedre informasjon om innstøpingen. Det er grunn til å anta.at det samme gjelder også for for eksempel plastinnstøpte bolter.
For å illustrere bøyebølgens muligheter vises i figur 16 et signalforløp som ér fått ved måling^på en 150 cm lang bolt innstøpt langs 120 cm av sin lengde. Refleksen fra boltenden synes tydelig midt i figuren.
Sammenfatningsvis fremgår det av de viste figurene
•7-15. at den innstøpte boltens lengde grovt kan bestemmes ved kjennskap til den aktuelle bølgetypens utbredelseshastighet og ankomsttiden for refleksen fra boltens indre ende. -Ved at man ved måling med i første rekke lavfrekvent longitudinell bølge spesielt iakttar signalene fra det tidspunkt da exciteringspulsen er ferdig inntil refleksen fra boltens indre ende
er ankommet, er det mulig å avgjøre om og hvor langs bolten
det forekommer diskontinuiteter. Bølgenes demping pr. lengdeenhet i frie partier av en bolt respektiv i partier med god betonginnstøping kan eksperimentelt'bestemmes. Med kjennskap-til disse dempingene og en grov oppfatning av boltens lengde kan man få en grov oppfatning av innstøpingens lengde/kvalitet ved hjelp av den totale dempingen på fra boltens indre ende reflekterte bølger.
Utførelseseksempelene og de forklarte undersøkel-sene gjelder innstøpte bergholter. Det er grunn til å anta at man med fremgangsmåte og anordning ifølge oppfinnelsen også
kan bestemme lengden på ekspansjonsbolter, ekspansjonslengden og i det minste i en viss grad kontakten méd omgivelsene. Bruk av fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen på andre innfestede . stangformede legemer kan heller ikke utelukkes.
Claims (12)
1. Fremgangsmåte for undersøkelse av et innfestet stangformet legeme med en tilgjengelig ende for bedømmelse av legemets innfestingsforhold og lengde ved excitering' og av-føling av elastiske svingningsbevegelser i legemets tilgjengelige ende, karakterisert ved at man exciterer en slik transient elastisk svingebevegelse som omfatter en bøyebølge som innebærer en deformasjon av legemet
som varierer både med hensyn til amplitude og fase over legemets tverrsnitt, og som utbrer seg i det innfestede legemets lengderetning, at man avføler ved diskontinuiteter på legemet og/eller innfestningen reflektert'transient svingebevegelse ved bøyebølger som innebærer en deformasjon som med hensyn til amplitude og fase varierer over legemets tverrsnitt, at stilling og/eller type og/eller størrelse på nevnte diskontinuiteter oppfattes ved hjelp av tidsstilling og amplitude på nevnte reflekterte svingebevegelse, samt av at legemets innfestingsforhold og lengde bedømmes ved hjelp av nevnte oppfattede diskontinuiteter.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man dessuten ved legemets tilgjengelige ende
exciterer og avføler en slik transient elastisk svingebevegelse hvis deformasjon ikke har en fasestilling som varierer over
legemets tverrsnitt og ved hjelp av tidsstilling og/eller amplituden på mottatt slik svingebevegelse oppfatter i første rekke stillingen for begynnelsen av den nærmest den frie enden beliggende innfestingen og/eller dens karakter.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for undersøkelse av betonginnstøpte bergholter med diameter på ca. 25 mm, karakterisert ved at nevnte reflekterende svingebevegelse som benyttes for oppfatning av stilling og/eller type og/eller størrelse på nevnte diskontinuiteter ligger i frekvensområdet 20-100 kHz.
4. Fremgangmsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man ved et visst tilfelle vesentlig exciterer svingebevegelse av nevnte bøyebølgetype som innebærer en med hensyn til amplitude og fase variabel deformasjon over legemets tverrsnitt og ved et annet tilfelle vesentlig exciterer
svingebevegelse som innebærer en deformasjon med konstant fase over legemets tverrsnitt,
5. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 4 for kontroll av en innstøpt bolt, karakterisert ved at man for kontrollen benytter en slik mottatt transient elastisk svingebevegelse som innebærer en deformasjon med konstant fase over boltens tverrsnitt som ligger i frekvensområdet 20-100 kHz.
6. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at man exciterer et fåtall perioder av den enkleste og mest lavfrekvente svingemodus av bøyebølgetypen.
7. Anordning for undersøkelse av et innfestet stangformet legeme med en tilgjengelig ende for bedømmelse av legemets innfestingsforhold og lengde ved excitering og av-føling av elastisk svingebevegelse i legemets tilgjengelige ende for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved organer for excitering og avføling av en slik transient elastisk svingebevegelse som omfatter en bøyebølge som innebærer en deformasjon av legemet som varierer både med hensyn til amplitude og fase over legemets tverrsnitt, og- som brer seg i det innfestede legemets lengderetning, samt organer for bestemmelse og tidsinnstilling og amplitude på ved diskontinuiteter i legemet og/eller innfestingen reflektert transient elastisk svingebevegelse av nevnte bøyebølgetype som innebærer en deformasjon som med hensyn til amplitude og fase varierer over legemets tverrsnitt-,
8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at organene for excitering og avføling av transient elastisk svingebevegelse er utformet slik at de også kan excitere og avføle en transient elastisk svingebevegelse av en type som innebærer en deformasjon hvis fase ikke- varierer over legemets tverrsnitt, samt av at organene for excitering og avføling av transient elastisk svingebevegelse og/eller organer for bestemmelse av tidsinnstilling og/eller amplitude på reflektert transient elastisk svingebevegelse anordnet for å adskille ulike bølgetyper av reflektert transient elastisk -svingebevegelse.
9. Anordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at organene for excitering og avføling av transient elastisk svingebevegelse omfatter i det minste to elektromekaniske vendere som er anordnet for direkte eller via
bevegelsesoverførende organer eller medium a kunne bringes i bevegelsesoverførende forbindelse med legemets frie ende, at
ånordni-ngen videre omfatter elektriske kretser for generering og .tilførsel av separate exciteringsspenninger Jbil de elektromekaniske venderne samt mottagelseskretser for mottagning av slike separate spenninger fra de elektromekaniske venderne som' frembringes av reflekterte transiente svingébevegelser.
' 10., Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved to elektromekaniske omvandlere i form av elektrodeforsynte piezoelektriske krystaller som har inntil hverandre beliggende vesentlige like halvsirkelformede flater, som tilsammen har en størrelse og form som vesentlig stemmer overens med legemets tverrsnittflate og er anordnet for å bringes i bevegelsesoverførende.samband med en tverrsnittsflate på stangens tilgjengelige ende.
11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved flere enn to elektromekaniske omvandlere i form av elektrodeforsynte piezoelektriske krystaller, som har hver sin inntil hverandre beliggende flate, hvilke flater tilsammen har en størrelse og form som i det vesentlige stemmer overens med legemets tverrsnittsflate og er anordnet for å bringes i bevegelsesoverførende samband med en tverrsnittsflate på stangens tilgjengelige ende.
12. Anordning ifølge ett eller flere av kravene 7-11, for undersøkelse av betonginnstøpt fjellbolt med en diameter på ca. 25 mm, karakterisert ved at den exciterer et fåtall perioder av den enkleste og mest lavfrekvente svingningsmodus av bøyebølgetypen med en frekvens på ca. 20-100 kHz.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7804161 | 1978-04-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO791245L true NO791245L (no) | 1979-10-16 |
Family
ID=20334592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO791245A NO791245L (no) | 1978-04-13 | 1979-04-11 | Fremgangsmaate for undersoekelse av et innfestet stangformet legeme med en tilgjengelig ende, samt anordning for gjennomfoering av fremgangsmaaten |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4308751A (no) |
| EP (1) | EP0018376A1 (no) |
| AT (1) | ATA271479A (no) |
| AU (1) | AU524188B2 (no) |
| CA (1) | CA1144635A (no) |
| DE (1) | DE2915156A1 (no) |
| GB (1) | GB2023820B (no) |
| NO (1) | NO791245L (no) |
| WO (1) | WO1979000929A1 (no) |
| ZA (1) | ZA791773B (no) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4586381A (en) * | 1983-07-29 | 1986-05-06 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Nondestructive ultrasonic transducer |
| FI69680C (fi) * | 1984-06-12 | 1986-03-10 | Tampella Oy Ab | Foerfarande foer optimering av bergborrning |
| JPS63186122A (ja) * | 1987-01-28 | 1988-08-01 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | 構造物の異常診断方式 |
| US5325722A (en) * | 1992-08-14 | 1994-07-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Split pipe testing device for the measurement of bond of reinforcement under controlled confinement |
| US5629485A (en) * | 1994-12-13 | 1997-05-13 | The B.F. Goodrich Company | Contaminant detection sytem |
| KR100195436B1 (ko) * | 1996-12-20 | 1999-06-15 | 서동만 | 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법 |
| EP0855589A1 (en) * | 1997-01-24 | 1998-07-29 | European Atomic Energy Community (Euratom) | Improvements in or relating to measuring properties of materials or structures |
| US5970798A (en) * | 1997-09-25 | 1999-10-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ultrasonic bolt gage |
| DE19852455C2 (de) * | 1998-11-13 | 2003-12-24 | Geoforschungszentrum Potsdam | Verankerungseinrichtung mit seismischem Sensor |
| DE19922058A1 (de) * | 1999-05-14 | 2000-11-23 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur Zustandserfassung und Prüfung von langgestreckten Verbindungselementen mittels Ultraschall |
| DE102004059280B4 (de) * | 2004-12-09 | 2007-08-16 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Elektrochemischer Gassensor |
| GB0707129D0 (en) * | 2007-04-13 | 2007-05-23 | Bioinnovel Ltd | Fermenter monitor |
| US8534132B1 (en) | 2010-11-19 | 2013-09-17 | Charles L. Purdy | Method for measuring tension in an anchored rod at an accessible end |
| RU2487243C2 (ru) * | 2011-05-31 | 2013-07-10 | Министерство образования РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" | Способ неразрушающего контроля анкерной железобетонной крепи |
| CN102419346B (zh) * | 2011-08-10 | 2014-04-23 | 中国矿业大学 | 锚杆群支护质量检测方法和检测装置 |
| DE102015212810B4 (de) * | 2015-07-08 | 2023-10-19 | Sauer Gmbh | Vorrichtung zur Erzeugung einer Ultraschallschwingung eines Werkzeugs und zur Messung von Schwingungsparametern |
| BR112019003138B1 (pt) * | 2016-08-16 | 2023-03-07 | National Research Council Of Canada | Método para determinar uma mudança em tensão axial em uma seção de parafuso de rocha |
| JP7005272B2 (ja) * | 2017-10-20 | 2022-01-21 | 株式会社安藤・間 | 切羽前方探査方法 |
| JP7252698B2 (ja) * | 2019-07-02 | 2023-04-05 | 株式会社ケー・エフ・シー | J型アンカーボルトの定着状態判定装置及び定着状態判定方法 |
| US11940417B2 (en) | 2021-02-02 | 2024-03-26 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Systems and methods for machine learning based flexural wave absorber |
| US11776525B1 (en) | 2022-09-09 | 2023-10-03 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Systems and methods for machine learning based active metasurfaces for flexural and/or longitudinal wave control and harmonics generation |
| CN116878577B (zh) * | 2023-07-19 | 2024-02-27 | 山东大学 | 一种隧道钻爆法原位改扩建工程的监测方法及系统 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2625035A (en) * | 1945-12-22 | 1953-01-13 | United Aircraft Corp | Supersonic inspection device |
| US3066525A (en) * | 1960-02-24 | 1962-12-04 | Harris Transducer Corp | Pole testing apparatus |
| US3306100A (en) * | 1964-02-25 | 1967-02-28 | Skidmore Wilhelm Mfg Co | Ultrasonic bolt tension tester |
| GB1250596A (no) * | 1969-02-25 | 1971-10-20 | ||
| US3593255A (en) * | 1969-05-29 | 1971-07-13 | Marathon Oil Co | Acoustic logging tool having opposed transducers |
| US3810385A (en) * | 1971-02-22 | 1974-05-14 | Mc Donnell Douglas Corp | Transducer means for ultrasonic extensometer |
| US4014208A (en) * | 1976-04-01 | 1977-03-29 | Rockwell International Corporation | Ultrasonic system for measuring dimensional or stress change in structural member |
| US4062227A (en) * | 1976-12-23 | 1977-12-13 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | CW ultrasonic bolt tensioning monitor |
| US4198865A (en) * | 1978-07-24 | 1980-04-22 | Energy & Minerals Research Co. | Apparatus and method of monitoring anchored bolts |
| US4191904A (en) * | 1978-09-28 | 1980-03-04 | Fred M. Dellorfano, Jr. | Electroacoustic transducers of the flexural resonant vibratile type |
-
1979
- 1979-04-11 NO NO791245A patent/NO791245L/no unknown
- 1979-04-11 AT AT0271479A patent/ATA271479A/de not_active Application Discontinuation
- 1979-04-11 AU AU46024/79A patent/AU524188B2/en not_active Ceased
- 1979-04-11 US US06/029,005 patent/US4308751A/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-04-12 DE DE19792915156 patent/DE2915156A1/de active Granted
- 1979-04-12 CA CA000325506A patent/CA1144635A/en not_active Expired
- 1979-04-12 WO PCT/SE1979/000092 patent/WO1979000929A1/en not_active Ceased
- 1979-04-12 ZA ZA791773A patent/ZA791773B/xx unknown
- 1979-04-17 GB GB7913218A patent/GB2023820B/en not_active Expired
- 1979-11-19 EP EP79900436A patent/EP0018376A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2023820A (en) | 1980-01-03 |
| DE2915156C2 (no) | 1988-12-22 |
| EP0018376A1 (en) | 1980-11-12 |
| AU524188B2 (en) | 1982-09-02 |
| CA1144635A (en) | 1983-04-12 |
| US4308751A (en) | 1982-01-05 |
| WO1979000929A1 (en) | 1979-11-15 |
| ATA271479A (de) | 1985-07-15 |
| DE2915156A1 (de) | 1979-10-25 |
| GB2023820B (en) | 1983-02-23 |
| AU4602479A (en) | 1979-10-18 |
| ZA791773B (en) | 1980-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO791245L (no) | Fremgangsmaate for undersoekelse av et innfestet stangformet legeme med en tilgjengelig ende, samt anordning for gjennomfoering av fremgangsmaaten | |
| Jiefan et al. | An experimental study of the strain field development prior to failure of a marble plate under compression | |
| EP0855589A1 (en) | Improvements in or relating to measuring properties of materials or structures | |
| Gajo et al. | Experimental analysis of the effects of fluid—solid coupling on the velocity of elastic waves in saturated porous media | |
| CN105004662B (zh) | 一种测试岩体结构面接触刚度的方法及装置 | |
| JP2010066154A (ja) | センサ素子のコンクリート構造物への取り付け方法およびコンリート構造物品質検査方法 | |
| JP2001304992A (ja) | グランドアンカーの応力診断方法および応力診断装置 | |
| Zima et al. | Detection of debonding in steel bars embedded in concrete using guided wave propagation | |
| JP5676084B2 (ja) | コンクリート構造物における圧縮応力を受けた部位の診断方法 | |
| Hirao et al. | Nonlinear resonance interaction of ultrasonic waves under applied stress | |
| Tilert et al. | Measurement of explosively induced movement and spalling of granite model blocks | |
| JP2001241187A (ja) | コンクリート構造物のグラウトの充填状態評価方法 | |
| Butt | Experimental measurement of P-wave attenuation due to fractures over the 100 to 300 kHz bandwidth | |
| Zima et al. | Elastic wave propagation in diagnostics of self-drilling system of grouted anchors | |
| SU1183831A1 (ru) | Способ определения чувствительности тензорезисторов | |
| SU1239319A1 (ru) | Способ определени напр женного состо ни массива горных пород | |
| Holman et al. | Maximum shear modulus and incrementally nonlinear soils | |
| Jung et al. | Ultrasonic response to material fatigue | |
| Perkowski et al. | Experimental and numerical study of composite steel-concrete truss element under cyclic and static load | |
| SU1610433A1 (ru) | Способ определени скорости распространени поперечных ультразвуковых волн через керн | |
| RU2190212C2 (ru) | Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах | |
| JP7429008B2 (ja) | 粗い内部構造を有する対象物の計測用音波送受波器 | |
| Yang et al. | The effect of surface characterization and laser beams polarization on laser Doppler vibrometry | |
| Gregson et al. | Dynamic properties of rocks | |
| JPH0821824A (ja) | 充填不良の探査方法 |