本发明涉及无损测量埋地锚杆，特别涉及一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法。
背景技术：
1、锚杆是一种土木工程中巷道支护最基本的组成部分，在建筑工程、地下设施以及矿物开采等方面大量应用。而在服役过程中，锚杆可能因土层或岩层的横向作用导致锚杆被切断而失效，或者因个别施工方为谋取不当利益，偷工减料，擅自缩短锚杆长度，从而造成潜在的安全隐患。锚杆的锚固段深埋于地下，因此测量埋地锚杆的真实长度存在很大的困难。
2、现有技术已有多种超声无损检测锚杆长度的方法，但大多采用线性超声反射回波的方法。按照检测频率的不同，可分为低频超声检测和高频超声检测。低频超声的指向性差，能量不集中，盲区较大，从而分辨率较低，测量精度不够；高频超声虽然能量集中，但锚固锚杆的地层介质具有极强的声吸收衰减特性，将使超声波的机械能转化为其他形式的能(如内能)，从而导致高频超声波在埋地锚杆中传播时迅速衰减，难以测得反射回波信号。
3、零频波是一种伴随基波传播而产生的载波频率为零的非线性声波，是由超声波在介质传播过程中因材料非线性所诱发的声波。与传统的线性超声波相比，其具有更远的传播距离和更小的声衰减特性。因此，利用非线性零频波检测埋地锚杆长度的方法能够克服地层介质的吸收衰减特性，解决传统线性超声检测方法存在精准度不够和测量误差较大的问题。
4、背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，能够准确、快速地测量埋置于具有吸收衰减特性的地层介质中的锚杆长度，克服现有锚杆检测技术中存在精准度不够，测量误差较大的不足。
2、一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法包括：
3、步骤1，测量并确定待测的埋地锚杆的有效直径、密度、泊松比以及杨氏模量，待测的埋地锚杆包括埋地的锚固段和露出地面的裸露段；
4、步骤2，基于有效直径、密度、泊松比以及杨氏模量计算待测的埋地锚杆置于空气中的轴对称纵向模式导波的群速度频散曲线，并在群速度频散曲线上的高频段选择一个与频率为零时的轴对称纵向模式导波群速度数值相等的点作为群速度匹配点，选定所述群速度匹配点所对应的频率作为检测频率，并记录检测频率对应的群速度值c1；
5、步骤3，在待测的埋地锚杆的地面裸露端切面处，激发载波频率等于检测频率的轴对称纵向模式导波的脉冲信号至该待测埋地锚杆内，调整输入脉冲信号的时域宽度，使得从埋地锚杆底部端面所反射的非线性回波信号响应最大，记录此时的回波信号；
6、步骤4，根据所述回波信号，计算得到待测的埋地锚杆的测量长度。
7、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，步骤1中，光滑的待测的埋地锚杆的有效直径为其实际直径，螺纹的待测的埋地锚杆的有效直径为去除螺纹后杆体的实际直径。
8、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，所述步骤2中，所述高频段的频率大于2.5mhz。
9、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，步骤2中，所述群速度匹配点为群速度频散曲线上某频率点对应的群速度与频率为零处对应的群速度相等时的点。
10、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，所述步骤3中，调整输入脉冲信号的时域宽度的调整方式为调整激励信号的周波数，使得接收到的零频波信号响应最大。
11、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，所述周波数的计算公式为：
12、
13、式中：ft为激励信号的中心频率，fr为接收换能器的中心频率，n为激励信号的周波数。
14、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，所述步骤4中，计算待测的埋地锚杆的测量长度按以下方式进行：
15、
16、式中：l是埋地锚杆的测量长度，t1是第一个端面回波信号的飞行时间，c1是群速度匹配点对应的群速度值。
17、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，所述埋地锚杆的地层介质包括湿陷性松散岩土。
18、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，所述步骤3中，所述非线性回波信号为零频波，其是伴随所激励的脉冲信号在待测埋地锚杆中传播而产生的载波频率为零的非线性声波。
19、所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法中，所述测量长度与埋地锚杆的真实长度的误差小于1％。
20、和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明使用非线性超声零频波技术进行埋地锚杆的长度评估，零频波是一种伴随基波传播而产生的载波频率为零的非线性声波，是由超声波在介质传播过程中因材料非线性所诱发的声波。与传统的线性超声波相比，其具有更远的传播距离和更小的声衰减特性。因此，利用非线性零频波检测埋地锚杆长度的方法能够克服地层介质的吸收衰减特性，解决传统线性超声检测方法存在精准度不够和测量误差较大的问题。本发明利用频率为零的轴对称纵向模式的导波脉冲信号对埋地锚杆进行长度检测能够有效地克服地层介质的高吸收衰减特性，使回波信号更加清晰准确，降低埋地锚杆的实际长度测量误差，进而保证对锚杆的质量监控，提高工程安全性的同时降低检测成本。
1.一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，优选的，步骤1中，光滑的待测的埋地锚杆的有效直径为其实际直径，螺纹的待测的埋地锚杆的有效直径为去除螺纹后杆体的实际直径。
3.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，所述步骤2中，所述高频段的频率大于2.5mhz。
4.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，步骤2中，所述群速度匹配点为群速度频散曲线上某频率点对应的群速度与频率为零处对应的群速度相等时的点。
5.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，所述步骤3中，调整输入脉冲信号的时域宽度的调整方式为调整激励信号的周波数，使得接收到的零频波信号响应最大。
6.根据权利要求5所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，所述周波数的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，所述步骤4中，计算待测的埋地锚杆的测量长度按以下方式进行：
8.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，所述埋地锚杆的地层介质包括湿陷性松散岩土。
9.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，所述步骤3中，所述非线性回波信号为零频波，其是伴随所激励的脉冲信号在待测埋地锚杆中传播而产生的载波频率为零的非线性声波。
10.根据权利要求1所述的一种基于非线性超声零频波的埋地锚杆长度测量方法，其特征在于，所述测量长度与埋地锚杆的真实长度的误差小于1％。
