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Wigner―Ville分布在锚杆无损检测中的应用 　　[摘 要]在锚杆锚固工程中，锚杆锚固质量无损检测的工作具有十分重要的地位和作用。本文首先阐述了Wigner-Ville分布的发展现状，简单介绍了其原理，并将其首次应用于锚杆锚固质量无损检测中，通过实际检测得到了较为理想的效果。 　　[关键词]锚杆；无损检测；Wigner-Ville分布 　　中图分类号：U455.7+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0349-01 　　引言 　　锚杆作为支护系统的一个重要组成部分，因其充分利用岩土的自身强度和自稳能力，并具有减轻结构自重、节约工程材料、占地面积少、施工安全和施工周期短等优点，已在国内外各类岩土工程，特别是道路边坡、隧道和地下洞室的加固与支护中得到了广泛的应用与推广[1]。锚杆长度、锚固段长度、自由段长度和施工缺陷（如锚固体内不密实的位置和灌浆不饱满）等是评价锚杆锚固质量的重要参数。但锚杆的施工属于隐蔽工程，常规方法如拉拔实验、取岩芯等方法，属于破坏性检测方法，不仅效率低下而且很难对其进行有效的检测[2]。为此，许多国家的研究机构进行了大量锚杆无损检测的研究。 　　本文将检测到的锚杆信号做HHT后，再辅以Wigner-Ville分布时频分析，得出了所检测锚杆的长度、缺陷位置及大小，证明了WVD用于锚杆锚固质量检测中的可行性。 　　1 WVD的发展状况 　　20世纪40年代，Koening和Poter等人提出了声谱图（Spectrogram）方法，定义为信号的短时傅立叶变换（STFT）的模平方.也称为STFT方法或STFT谱图[3]。1932年物理学家E.P.Wigner在量子力学中提出了著名的Wigner分布，针对短时傅立叶变换时频分辨率低的缺点，1947年Ville等人对Wigner分布重新作了解释，将其引入到信号处理领域中，从而发展成为后来最具有代表性的一种时频表示技术Wigner-Ville分布（WVD）[4]。WVD是一种二次型时频表示方法。它满足大部分所希望的数学性质，如实值性，能量守恒，时频边缘特性，时频移位等特性，是描述信号时频分布的一个有力工具。由于采用了双线性变换，WVD具有较高的时频聚集性，但对于多分量信号会产生所谓“交叉项干扰”，这使得WVD在多分量信号处理时受到很大的限制。 　　Chirp信号的完全局部化，时频分布的能量集中在其瞬时频率的周围。表明WVD对于Chirp信号有着最优的时频聚集性。 　　3 WVD在锚杆检测中的应用 　　在本次锚杆检测试验中，采用的仪器是由云南航天工程物探检测股份有限公司必威体育精装版研制的AGI-MG仪，该仪器采用无线数据采集，操作简单，仪器轻便，性能稳定。该仪器最大的亮点就是震源激发的是chirp信号，在上述文中已经说过，WVD对chirp信号有着最优的时频聚集性，因而在锚杆检测中，对检测到的信号在做完FFT和Hilbert变换后，在用WVD进行成图，这样可以提高锚杆检测的精度，更加清新直观的得出检测锚杆的长度及缺陷的位置与大小。 　　锚杆锚固质量无损检测方法首先利用超磁震源―Chirp震源在锚杆露头端激发信号，利用传感器接收反射信号，经数据采集装置送入计算机，进行信息处理。 　　检测过程中所有数据均使用“解码”方式采集，即原始检测波形为检波器接受信号与Chirp震源信号互相关的结果。对检测到的信号用WVD对检测信号进行成图，上文中提到Chirp信号的完全局部化，时频分布的能量集中在其瞬时频率的周围，因此在锚杆锚固缺陷位置会出现异常，这样可以提高锚杆检测的精度，便于更加直观的判断检测锚杆的长度及缺陷的位置与大小。 　　测试锚杆分别为9米空锚杆和5米生态模型锚杆（模拟现场施工），设计锚固缺陷为40厘米 　　在空锚杆上原始检测波形能量衰减较小，无论从波形还是瞬时振幅等都能非常清楚地判别锚杆底端反射波到达时间。在Wigner-Ville分布上也可以看到相应的能量增强，从而可以准确的找到锚杆底端反射，计算出锚杆长度为8.99m。在Wigner-Ville分布结果图中除了在锚杆端头与底端有能量集中，中间区域没有任何能量团出现，即可以判断出所检测锚杆为空锚杆。 　　4 米生态模型锚杆检测结果所示： 　　原始检测波形能量衰减较大，但从波形与瞬时振幅等都能较为清楚地判别锚杆底端反射波到达时间。经Wigner-Ville分布图中在2.92m至3.35m处，锚杆锚固缺陷明显，通过综合分析能准确判断出锚杆长度和缺陷位置，锚杆长度检测结果为4.96m，砂浆饱满度度检测结果为92.7%，锚杆锚固质量等级为A[6]，与设计参数基本吻合。 　　5 结语 　　目前，砂浆饱满度地检测还离不开工作人员的实际经验，通常是将观测记录的数据处理