BR112019003138B1

BR112019003138B1 - Método para determinar uma mudança em tensão axial em uma seção de parafuso de rocha

Info

Publication number: BR112019003138B1
Application number: BR112019003138-3A
Authority: BR
Inventors: Zhigang Sun; Kuo-Ting Wu; Silvio Elton Krüger; David Rocheleau; Yves Quenneville
Original assignee: National Research Council Of Canada
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2023-03-07
Also published as: CN109844518B; WO2018032106A1; US11619132B2; FI3500852T3; US20190203599A1; EP4325216A2; BR112019003138A2; CA3033792A1; AU2022291518A1; AU2017313536B2; EP4325216A3; AU2017313536A1; EP3500852A1; EP3500852B1; CL2019000425A1; US20230184114A1; CN109844518A; ZA201901123B; EP3500852A4

Abstract

A presente invenção refere-se a métodos e sistemas para determinar uma mudança em condição de um parafuso de rocha. Alguns métodos podem compreender, em um primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um primeiro tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais, e em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um segundo tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais. Um valor de correção de temperatura é também determinado. Os primeiro e segundo tempos de voo e o valor de correção de temperatura são utilizados para calcular uma mudança relativa corrigida em temperatura entre os primeiro e segundo tempos de voo para cada uma das ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais nos primeiro e segundo pontos no tempo. Utilizando as mudanças relativas corrigidas em temperatura dos primeiro e segundo tempos de voo para determinar a mudança em condição do parafuso de rocha.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente descrição refere-se geralmente ao monitora mento de condição de parafuso de rocha e, especificamente, ao monitoramento de condição de parafuso de rocha ultrassônico e sua aplicação em controle de solo.

ANTECEDENTES

[002] Os parafusos de rocha são parafusos de âncora para esta bilizar túneis, tais como túneis de mineração, e outras escavações de rocha. Estes transferem a carga da superfície de rocha exposta geralmente mais instável na escavação para o interior confinado da massa de rocha, geralmente mais forte. Pode ser desejável monitorar e manter a condição dos parafusos de rocha durante a sua vida útil. Pode também ser desejável monitorar as cargas sendo exercidas sobre uma rede de parafusos de rocha de modo a prover informações sobre atividades do solo, por exemplo, eventos sísmicos causados por explosões.

[003] Um conjunto de técnicas para monitoramento de condição de parafuso de rocha são conhecidas como técnicas não destrutivas porque estas permitem que um parafuso de rocha seja monitorado sem causar danos ao parafuso de rocha. Tais técnicas podem permitir um monitoramento de condições in situ de um parafuso de rocha.

SUMÁRIO

[004] Em algumas modalidades, está provido um método para determinar uma mudança em condição de um parafuso de rocha. O método compreende, em um primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um primeiro tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais; em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalha- mento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um segundo tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais; determinar um valor de correção de temperatura; utilizar os primeiro e segundo tempos de voo e o valor de correção de temperatura para calcular uma mudança relativa corrigida em temperatura entre os primeiro e segundo tempos de voo para cada uma das ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais no primeiro e segundo pontos no tempo; e utilizar as mudanças relativas corrigidas em temperatura dos primeiro e segundo tempos de voo, determinando a mudança em condição do parafuso de rocha.

[005] Em algumas modalidades está provido um método para de terminar se um parafuso de rocha cedeu. O método compreende, em um primeiro ponto no tempo, quando o parafuso de rocha está em um regime de deformação elástica, propagar ondas ultrassônicas de cisa- lhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um primeiro tempo de voo para cada uma das ondas ultrassônicas de ci- salhamento e longitudinais; em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamen- to e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um segundo tempo de voo para cada uma das ondas ultrassônicas de cisa- lhamento e longitudinais; utilizar os primeiro e segundo tempos de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais para calcular uma variação de temperatura estimada do parafuso de rocha entre o primeiro e segundo pontos no tempo; comparar a variação de temperatura estimada com uma variação de temperatura esperada do parafuso de rocha entre o primeiro e segundo pontos no tempo; e com base na comparação, determinar se o parafuso de rocha cedeu.

[006] Em algumas modalidades, está provido um método para determinar uma mudança em condição de um parafuso de rocha do tipo que cede. O método compreende, em um ponto de referência no tempo quando o parafuso de rocha está em um regime de deformação elástica, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um tempo de voo de referência para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais; em pontos no tempo adicionais após o ponto de referência no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um tempo de voo adicional para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais em cada ponto no tempo adicional; com base na referência e tempos de voo adicionais, determinar a mudança em condição do parafuso de rocha.

[007] Em algumas modalidades, está provido um método para determinar uma mudança em tensão axial em um parafuso de rocha. O método compreende, em um primeiro ponto no tempo, quando o parafuso de rocha está em um regime de deformação elástica, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um primeiro tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais; em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, quando o parafuso de rocha está em um regime de deformação elástica, propagar ondas ultrassô- nicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um segundo tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais; e com base nos primeiro e segundo tempos de voo, determinar a mudança em tensão axial no parafuso de rocha entre o primeiro e segundo pontos no tempo.

[008] Em algumas modalidades, está provido um método para determinar uma mudança em tensão axial em um parafuso de rocha. O método compreende em um primeiro ponto no tempo, quando o parafuso de rocha está em um regime de deformação elástica, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento ou longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um primeiro tempo de voo das ondas; em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, quando o parafuso de rocha está em um regime de deformação elástica, propagar o mesmo tipo de ondas que no primeiro ponto no tempo ao longo do parafuso de rocha para medir um segundo tempo de voo das ondas; determinar um valor de correção de temperatura; utilizar os primeiro e segundo tempos de voo e termo de correção de temperatura para calcular uma mudança relativa corrigida em temperatura entre os primeiro e segundo tempos de voo no primeiro e segundo pontos no tempo; e determinar a mudança em tensão axial no parafuso de rocha entre o primeiro e segundo pontos no tempo.

[009] Em algumas modalidades, está provido sistema para utili zação em monitoramento de condição de parafuso de rocha. O sistema compreende um primeiro componente para fixar em um parafuso de rocha; um primeiro transdutor de ultrassom configurado para emitir ondas ultrassônicas de cisalhamento em uma primeira frequência; e um segundo transdutor de ultrassom configurado para emitir ondas ultrassônicas longitudinais em uma segunda frequência, em que, em uso, os primeiro e segundo transdutores de ultrassom estão dispostos em uma configuração lado a lado entre o primeiro componente e o parafuso de rocha, e em que o primeiro componente inclui um ou mais meios de excitação operavelmente conectados nos primeiro e segundo transdutores para excitar os primeiro e segundo transdutores de ul-trassom.

[0010] Em algumas modalidades, está provido sistema para utili zação em monitoramento de condição de parafuso de rocha. O sistema compreende um primeiro componente para fixar em um parafuso de rocha, em que o primeiro componente inclui uma bobina de indução de transdutor; um ou mais transdutores de ultrassom, em que, em uso, os um ou mais transdutores de ultrassom estão dispostos entre o primeiro componente e o parafuso de rocha e estão operavelmente conectados na bobina de indução de transdutor; e um segundo componente para trazer em proximidade com o primeiro componente, o segundo componente incluindo uma bobina de indução.

[0011] Em algumas modalidades, está provido a método para de terminar a qualidade de emboço de um parafuso de rocha emboçado. O método compreende em um primeiro ponto no tempo propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento ou longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um respectivo primeiro tempo de voo das ondas para cada de duas ou mais seções do parafuso de rocha; em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, propagar o mesmo tipo de ondas que no primeiro ponto no tempo ao longo do parafuso de rocha para medir um respectivo segundo tempo de voo das ondas para cada uma das duas ou mais seções; comparar os respectivos primeiro e segundo tempos de voo para cada uma das duas ou mais seções do parafuso de rocha; e com base na comparação, determinar a qualidade de emboço.

[0012] Em algumas modalidades, está provido um método para determinar uma mudança em condição de uma seção de um parafuso de rocha entre dois pontos de ancoragem do parafuso de rocha, a carga sendo livremente transferível entre os pontos de âncora. O método compreende em um primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultras- sônicas de cisalhamento ou longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um primeiro tempo de voo para a seção; em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, propagar o mesmo tipo de ondas que no primeiro ponto no tempo ao longo do parafuso de rocha para medir um segundo tempo de voo para a seção; determinar um valor de correção de temperatura; utilizar os primeiro e segundo tempos de voo e o valor de correção de temperatura para calcular uma mudança relativa corrigida em temperatura entre os primeiro e segundo tempos de voo no primeiro e segundo pontos no tempo; e utilizar as mudanças relativas corrigidas em temperatura dos primeiro e segundo tempos de voo, determinando a mudança em condição do parafuso de rocha.

[0013] Outros aspectos e características de modalidades da pre sente descrição ficarão aparentes para aqueles versados na técnica quando da revisão da descrição seguinte.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] Exemplos de modalidades da invenção serão agora descri tos em maiores detalhes com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:

[0015] Figura 1 é um esquema de um parafuso de rocha instalado na rocha;

[0016] Figura 2 é um gráfico que mostra a mudança relativa no tempo de voo de ondas ultrassônicas como uma função de temperatura de um parafuso de rocha;

[0017] Figuras 3A e 3B são gráficos que mostram o efeito de carga experimentado por um parafuso de rocha sobre a mudança relativa dos tempos de voo de ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais, respectivamente;

[0018] Figura 4 é um esquema adicional de um parafuso de rocha instalado na rocha que ilustra várias quantidades relativas a modalidades da presente descrição;

[0019] Figura 5 mostra resultados de um teste de tração sobre um parafuso de barra de reforço CW20;

[0020] Figura 6 é um gráfico da relação entre as mudanças relati vas corrigidas em temperatura dos tempos de voo de ondas ultrassô- nicas longitudinais e de cisalhamento durante o teste de tração da Figura 5;

[0021] Figura 7 é um gráfico esquemático da relação entre as mu danças relativas corrigidas em temperatura dos tempos de voo de ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento;

[0022] Figura 8 mostra o resultado de um teste de tração sobre um parafuso dinâmico GarfordTM;

[0023] Figura 9 mostra uma correlação entre variação de tempera tura estimada e carga para o teste de tração da Figura 5;

[0024] Figura 10 mostra a progressão de um valor de comporta mento de parafuso de rocha que cede ao longo do tempo;

[0025] Figura 11A é um esquema de um parafuso de rocha insta lado na rocha que ilustra várias quantidades relativas a modalidades da presente descrição;

[0026] Figura 11B é um gráfico de carga cíclica aplicada a um pa rafuso de barra de reforço durante um teste de tração;

[0027] Figura 11C mostra a mudança relativa medida em tempo de voo de ondas de cisalhamento sobre três segmentos durante o teste de tração na Figura 11B;

[0028] Figura 11D é um esquema que mostra os três segmentos identificados na Figura 11C;

[0029] Figura 11E é um esquema que mostra as seções de anco ragem de um parafuso D Normet;

[0030] Figura 11F é um gráfico esquemático de uma curva de cali- bração de mudança de carga versus mudança relativa corrigida em temperatura de tempo de voo;

[0031] Figura 12 é um esquema que mostra a propagação de on das ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento em uma haste de parafuso de rocha;

[0032] Figura 13 mostra um sinal de eco de onda ultrassônica lon gitudinal;

[0033] Figura 14 mostra um sinal de eco de onda ultrassônica lon gitudinal adicional;

[0034] Figura 15A mostra um sinal de eco de onda ultrassônica de cisalhamento obtido ao mesmo tempo que o sinal de eco de onda ul- trassônica longitudinal na Figura 13;

[0035] Figura 15B mostra um sinal de eco de onda ultrassônica de cisalhamento obtido ao mesmo tempo que o sinal de eco de onda ul- trassônica longitudinal na Figura 14;

[0036] Figura 16 é um gráfico da relação entre as mudanças relati vas corrigidas em temperatura dos tempos de voo de ondas ultrassô- nicas longitudinais e de cisalhamento durante um teste de tração sobre um parafuso de rocha do tipo que cede GarfordTM;

[0037] Figura 17 é um gráfico da diferença entre mudanças medi das e estimativas de limite inferior dos tempos de voo de ecos diretos de ondas ultrassônicas longitudinais durante o teste de tração da Figura 16;

[0038] Figura 18A e 18B são esquemas de sistemas de acordo com modalidades da presente descrição;

[0039] Figuras 19A e 19B são vistas em perspectiva de modalida des dos componentes dos sistemas da Figuras 18a e 18B;

[0040] Figura 20A mostra a sinal de eco bruto de vários pontos de referência sobre um parafuso de barra de reforço CW20 emboçado dentro de um tubo de aço;

[0041] Figuras 20B e 20C mostra o efeito de aplicar filtros de pas sagem de banda no sinal da Figura 20A;

[0042] Figuras 21A a 21F são esquemas de configurações de transdutor de um sistema de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0043] Figura 22 é um esquema de uma polarização de transdutor de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0044] Figuras 23A e 23B são vistas esquemáticas de topo e late ral de uma configuração de transdutor de um sistema de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0045] Figuras 24A e 24B são vistas esquemáticas de topo e late ral de uma configuração de transdutor de um sistema de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0046] Figuras 24C e 24D são vistas esquemáticas de topo e late ral de uma configuração de transdutor de um sistema de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0047] Figuras 24E e 24F são vistas esquemáticas de topo e late ral de uma configuração de transdutor de um sistema de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0048] Figuras 25A a 25C são vistas explodidas de um sistema de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0049] Figura 25D é uma vista plana do componente de sensor do sistema das Figuras 25A a 25C;

[0050] Figuras 25E a 25G são vistas de modalidades exemplares dos componentes de sensor e receptor do sistema da Figuras 25A a 25C;

[0051] Figuras 25H e 25I são vistas do sistema da Figuras 25A a 25C no estado montado;

[0052] Figura 26A é uma vista esquemática de um conjunto de medição de temperatura que pode formar parte de um sistema de acordo com modalidades da presente descrição;

[0053] Figura 26B é uma vista lateral esquemática de um compo nente com um conjunto de medição de temperatura embutido de acordo com modalidades da presente descrição;

[0054] Figura 26C é uma vista de um componente com um conjun to de medição de temperatura embutido de acordo com modalidades da presente descrição;

[0055] Figura 26D é uma vista lateral esquemática do componente da Figura 26C, incluindo uma etiqueta de RFID;

[0056] Figura 26E é uma vista lateral esquemática de um compo nente com um conjunto de medição de temperatura embutido de acordo com modalidades da presente descrição;

[0057] Figura 27A é uma vista de uma guia de instalação de ele mentos piezelétricos;

[0058] Figura 27B é uma vista explodida da guia de instalação da Figura 27A e elementos piezelétricos colados por sobre a extremidade exposta de um parafuso de rocha;

[0059] Figura 27C é uma vista da guia de instalação da Figura 27A e sua posição relativa a elementos piezelétricos uma vez instalados;

[0060] Figura 27D é uma vista de uma área rebaixada de um com ponente de sensor que coincide com a guia de instalação da Figura 27A;

[0061] Figura 27E é uma vista lateral da guia de instalação da Fi gura 27A e sua posição relativa ao componente de sensor da Figura 27D a ser instalado;

[0062] Figuras 28A a 28C são vistas explodidas de um sistema de acordo com outra modalidade da presente descrição;

[0063] Figura 28D é uma vista de uma base montada do sistema da Figuras 28A a 28C;

[0064] Figura 28E é uma vista de uma tampa montada do sistema da Figuras 28A a 28C;

[0065] Figura 29 é uma apresentação esquemática de um sistema de inspeção de parafuso de rocha de acordo com modalidades da presente descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0066] Algumas modalidades da presente descrição referem-se a métodos para determinar uma mudança em condição de um parafuso de rocha.

[0067] Em algumas modalidades, o método para determinar uma mudança em condição de um parafuso de rocha pode incluir, em um primeiro e segundo pontos no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha de modo a medir tempos de voo das ondas ultrassônicas no primeiro e segundo pontos no tempo, determinar um valor de correção de temperatura e então, utilizar os tempos de voo e o valor de correção de temperatura para calcular as mudanças relativas corrigidas em temperatura nos tempos de voo. As mudanças relativas corrigidas em temperatura nos tempos de voo podem então ser utilizadas para determinar a mudança em condição do parafuso de rocha.

[0068] Em algumas modalidades, um método para determinar se um parafuso de rocha cedeu pode incluir, no primeiro e segundo pontos no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha de modo a medir tempos de voo das ondas ultrassônicas, utilizar os tempos de voo para calcular uma variação de temperatura estimada do parafuso de rocha entre o primeiro e segundo pontos no tempo e comparar a variação de temperatura estimada com uma variação de temperatura esperada do parafuso de rocha. A comparação pode então ser utilizada para determinar se o parafuso de rocha cedeu.

[0069] Em algumas modalidades, o método para determinar uma mudança em condição de um parafuso de rocha do tipo que cede pode incluir, em um ponto de referência no tempo, propagar ondas ul- trassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir um tempo de voo de referência e, em pontos no tempo adicionais após o ponto de referência no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir tempos de voo adicionais. A mudança em condição do parafuso de rocha do tipo que cede pode então ser determi- nada dos tempos de voo medidos.

[0070] Em algumas modalidades, o método para determinar uma mudança em tensão axial em um parafuso de rocha pode incluir, em um primeiro e segundo pontos no tempo, propagar ondas ultrassôni- cas de cisalhamento e longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir tempos de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais. A mudança em tensão axial de um parafuso de rocha pode então ser determinada dos tempos de voo.

[0071] Em algumas modalidades, o método para determinar uma mudança em tensão axial em um parafuso de rocha, pode incluir, em um primeiro e segundo pontos no tempo, propagar ondas ultrassôni- cas de cisalhamento ou longitudinais ao longo do parafuso de rocha para medir tempos de voo das ondas, determinar um valor de correção de temperatura e utilizar os tempos de voo e termo de correção de temperatura para calcular uma mudança relativa corrigida em temperatura entre os tempos de voo. A mudança em tensão axial pode então ser determinada.

[0072] Algumas modalidades da presente descrição referem-se a um sistema para utilização em monitoramento de condição de parafuso de rocha.

[0073] Em algumas modalidades, o sistema para utilização em monitoramento de condição de parafuso de rocha pode incluir um primeiro componente para fixar em um parafuso de rocha e primeiro e segundo transdutores de ultrassom configurados para emitir ondas ul- trassônicas de cisalhamento e longitudinais em uma primeira e segunda frequências, respectivamente. Em uso, os primeiro e segundo transdutores de ultrassom estão dispostos em uma configuração lado a lado entre o primeiro componente e o parafuso de rocha. Mais ainda, o primeiro componente inclui um ou mais meios de excitação opera- velmente conectados nos primeiro e segundo transdutores para excitar os primeiro e segundo transdutores de ultrassom.

[0074] Em algumas modalidades, o sistema para utilização em monitoramento de condição de parafuso de rocha pode incluir um primeiro componente para fixar em um parafuso de rocha, um ou mais transdutores de ultrassom, e um segundo componente para trazer em proximidade com o primeiro componente. O primeiro componente inclui uma bobina de indução de transdutor e o segundo componente inclui uma bobina de indução. Em uso, o um ou mais transdutores de ultrassom estão dispostos entre o primeiro componente e o parafuso de rocha e estão operavelmente conectados na bobina de indução de transdutor.

[0075] Com relação à Figura 1, alguns princípios de monitoramen to de condição de parafuso de rocha ultrassônico serão agora discutidos. Como mostrado na Figura 1, um transdutor de ultrassom (UT) 10 pode ser montado por sobre um parafuso de rocha 12, o qual foi instalado na rocha 14 utilizando emboço ou resina 16. O parafuso de rocha 12 está ancorado na rocha 14 por uma placa de âncora 13, a qual está por sua vez presa no lugar por uma porca de âncora 17. Uma cabeça 15 do parafuso de rocha é definida como a porção do parafuso de rocha 12 que se estende para fora da rocha 14 passando pela porca 17. O UT 10 transmite e propaga uma onda ultrassônica 18 para dentro do parafuso de rocha 12 e escuta os ecos 20a e 20b refletido das descon- tinuidades dentro. Os ecos 20a e 20b são refletidos e retornam para o UT 10 em diferentes tempos t1 e t2. As setas sólidas e pontilhadas mostram as direções nas quais a onda 18 e seus ecos 20a e 20b propagam, respectivamente.

[0076] A onda ultrassônica 18 poderia ser uma onda ultrassônica longitudinal ou a onda ultrassônica de cisalhamento (também conhecida como uma onda transversal). Nas ondas ultrassônicas longitudinais, as partículas do meio através do qual as ondas propagam são deslocadas em paralelo à direção de propagação das ondas. Nas ondas ultrassônicas de cisalhamento, as partículas do meio através do qual as ondas propagam são deslocadas perpendiculares à direção de propagação das ondas. É notado que, através de toda esta descrição, se não for especificado qual forma de onda está sendo referida, deve ser compreendido que ambos os tipos de onda ultrassônica de cisa- lhamento e longitudinal estão sendo referidas.

[0077] O tempo de voo (TOF) é aqui definido como o tempo que leva para uma onda ultrassônica, tal como a onda 18, se deslocar ida e volta entre o UT 10 e uma superfície refletiva, por exemplo a extremidade de pé 22 do parafuso de rocha 12. Na Figura 1, t1 e t2 representam os TOFs de ecos de uma ruptura (não mostrada) no parafuso de rocha 12 e a extremidade de pé 22 do parafuso de rocha, respectivamente.

[0078] Por exemplo, se o parafuso de rocha 12 estivesse rompido no meio, a ruptura poderia refletir a onda ultrassônica incidente 18 para formar um eco capturado pelo UT. O aparecimento deste eco indicaria a ruptura de parafuso de rocha.

[0079] O TOF é afetado pelo comprimento e a carga sendo expe rimentada pelo parafuso de rocha 12, assim como a temperatura. Como um exemplo, para um parafuso de aço de 19 mm de diâmetro feito de AISI 1020, uma mudança de temperatura de 1,7°C poderia causar a mesma mudança em TOF de ondas ultrassônicas longitudinais como causaria uma mudança de carga de 5 kN. Para as ondas ultrassônicas de cisalhamento, uma mudança de temperatura de 0,9°C causaria o mesmo efeito sobre o TOF que uma variação de carga de 5 kN.

[0080] Como Um exemplo da relação linear entre TOF e tempera tura, um resultado de teste de laboratório sobre uma haste de aço AISI 1020 foi conduzido. A figura 2 mostra a relação linear entre a mudança relativa em TOF versus temperatura para ondas ultrassônicas tanto longitudinais quanto de cisalhamento. Neste caso, uma mudança relativa em TOF refere-se à mudança percentual em TOF se comparada com uma medição de referência inicial.

[0081] Do gráfico na Figura 2, coeficientes de temperatura descre vem a relação entre TOF e temperatura para a haste de aço AISI 1020 podem ser determinados. Por exemplo, com base nos resultados mostrados na Figura 2, o coeficiente de temperatura para ondas ultrassô- nicas de cisalhamento foi determinado ser CTS = 0,0141% / °C e o coeficiente de temperatura para ondas ultrassônicas longitudinais foi determinado ser CTL = 0,0106 % / °C.

[0082] Os coeficientes de temperatura podem ser determinados em teste de calibração de laboratório conforme desejado para vários tipos de materiais, hastes, parafusos de rocha, etc. Assim, os testes de calibração podem ser conduzidos para determinar os coeficientes de temperaturas para uma variedade de parafusos de rocha comercialmente disponíveis e utilizados.

[0083] Referindo às Figuras 3A e 3B, outro resultado de teste de laboratório sobre uma barra de reforço do tipo C20W mostrou que a relação entre a mudança relativa em TOF versus carga axial (tensão) exercida sobre um parafuso de rocha apresenta os segmentos de linha de duas inclinações muito distintas. A inclinação mais íngreme indica um regime de deformação elástica e a inclinação menos íngreme indica um regime de deformação plástica, como identificado nas Figuras 3A e 3B. As linhas de ponto-traço-ponto são linhas retas ajustadas para os dados. É notado que a Figura 3A apresenta os resultados do teste utilizando ondas ultrassônicas de cisalhamento e a Figura 3B apresenta os resultados do teste utilizando ondas ultrassônicas longitudinais.

[0084] De acordo com a presente descrição, um modelo linear po de ser desenvolvido para relacionar os TOFs de ondas ultrassônicas tanto longitudinais quanto de cisalhamento à tensão em um regime e temperatura de deformação elástica. Este modelo linear será descrito com referência à Figura 4.

[0085] A Figura 4 mostra o mesmo parafuso de rocha 12 da Figura 1. Além disso, existem dois pontos refletores (não mostrados) dentro do parafuso de rocha 12 em localizações x- e x2. s- fdj e s2:di são si- nais de eco do 1o e 2o refletores, respectivamente. ?■ e -2 são os tempos de chegada correspondentes destes sinais de eco. d é a distância entre x- e x2 e - é a duração de tempo entre e :2, respectivamente. é o TOF de ida e volta para percorrer o comprimento de parafuso de rocha inteiro D.

[0086] Para cada segmento de deformação elástica exibido nas Figuras 3A e 3B, a relação entre quaisquer mudanças em tensão e temperatura e mudança resultante no TOF relativo com relação a um estado de referência pode ser governada aproximadamente pelas seguintes equações:

[0087] Nas equações acima, o sobrescrito e denota o regime de deformação elástica; subscritos L e S denotam valores ou coeficientes associados com ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento, respectivamente; subscrito 0 denota um valor tomado no estado de referência, isto é, em um primeiro ponto no tempo; - denota TOF e foi definido acima;

e

são coeficientes de tensão para ondas longi tudinal e de cisalhamento respectivamente no regime de deformação elástica; CTL e CTS são coeficiente de temperatura para ondas longitu- dinal e de cisalhamento, respectivamente.

[0088] É notado que os coeficientes de tensão podem ser determi nados em testes de calibração de laboratório em um modo similar aos coeficientes de temperatura acima descritos. Assim, testes de calibra- ção podem ser conduzidos para determinar os coeficientes de tensão para uma variedade de parafusos de rocha, por exemplo, parafusos de rocha comercialmente disponíveis e utilizados.

[0089]

e

com sobrescrito e subscrito associados denotam médias espaciais de tensão axial e temperatura, respectivamente, do parafuso de rocha 12 sobre a seção entre os dois refletores em um regime de deformação especificado e são definidos como segue:

[0090] É notado que quando referência é feita a uma seção de pa rafuso de rocha entre x- e x2, é compreendido que a discussão é aplicável a qualquer outra seção entre dois refletores de referência. Em algumas modalidades, a distância entre x- e x2 pode ser o comprimento inteiro do parafuso de rocha 12, isto é, D.

[0091] Em outras palavras, utilizando uma pluralidade de refleto res, informações distribucionais sobre condição de parafuso de rocha ao longo do parafuso de rocha inteiro podem ser obtidas.

[0092] Assim, resolvendo as Eqs. (1) e (2) para

, pode ser possível obter uma mudança de tensão axial média com relação ao estado de referência como:

[0093] na qual

[0094] É notado que, na Eq. (5),

e

são coeficientes cu- jos valores podem ser determinados em testes de calibração de laboratório, como acima discutido, enquanto que

e

podem ser me didos no estado de referência em um primeiro ponto no tempo, ou antes ou após o parafuso de rocha ter sido instalado, e

e

podem ser medidos em um segundo ponto no tempo quando, por exemplo, é desejável determinar uma mudança em condição do parafuso de rocha.

[0095] Com base nas Eqs. (1) e (2), é também possível definer uma mudança de TOF relativa corrigida em temperatura, como segue:

[0096] Nas Eqs. (7) e (8), τ LOe τ TS: podem ser tomados no estado de referência em um primeiro ponto no tempo, independentemente do regime de deformação no qual o parafuso de rocha está, τL e τS podem ser medidos em um segundo ponto no tempo quando um usuário deseja monitorar o parafuso de rocha ou quando uma mudança em condição do parafuso de rocha deve ser determinada. É notado que

é é a diferença de temperaturas médias sobre a seção de inte- resse de parafuso de rocha entre o segundo ponto no tempo e a refe-rência, ou primeiro, ponto no tempo, respectivamente. O subscrito Tc e sobrescrito rel são utilizados em

para denotar temperatura corrigida e mudança relativa.

[0097] Pode ser possível determinar uma relação entre a mudança relativa corrigida em temperatura entre os TOFs para cada uma das ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais em cada ponto no tempo de medição, como será descrito em relação às Figuras 5 e 6.

[0098] A Figura 5 mostra a variação da carga sobre um parafuso de rocha de barra de reforço C20W totalmente emboçado e deslocamento associado da placa de face (o que é equivalente à elongação de parafuso de rocha neste teste específico) durante quatro ciclos de carga e descarga de um teste de tração. Os dados de deslocamento mostram que o parafuso de rocha entrou em regime de deformação plástica duas vezes, uma vez no ciclo 3 e outra vez no ciclo 4.

[0099] A Figura 6 exibe um gráfico de mudança relativa corrigida em temperatura de TOF de eco de onda ultrassônica longitudinal do pé de parafuso de rocha versus aquela do eco de onda ultrassônica de cisalhamento do pé para um teste de variação de carga sobre um pa-rafuso de rocha de barra de reforço C20W totalmente emboçado.

[00100] Na Figura 6, a mudança em condição do parafuso de rocha, de deformação no regime elástico para deformação no regime plástico, é claramente distinguível com cada regime manifestando em uma in-clinação distinta, isto é,

para o regime de deformação elástica e

para o regime de deformação plástica.

[00101] Assim, com base na relação entre a mudança relativa corrigida em temperatura nos TOFs das ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento tanto no primeiro quanto segundo pontos no tempo, pode ser possível determinar se o parafuso de rocha está no regime de deformação elástica ou plástica.

[00102] Pode também ser possível determinar a elongação permanente que o parafuso de rocha experimentou. Referindo à Figura 7, façamos P ser o ponto de estado corrente de um parafuso de rocha e O um ponto de estado anterior do parafuso de rocha escolhido como referência. Façamos

e

serem os TOFs corrigidos em tempe ratura de ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento em um ponto no estado, respectivamente. Façamos

ser a média espaci al de tensão experimentada pelo parafuso de rocha em um ponto no estado. Façamos l(P) e .l(O) serem supostos comprimentos livres de tensão do parafuso de rocha se o parafuso de rocha fosse permitido relaxar para condições livres de tensão dos pontos no estado P e O, respectivamente.

[00103] Se a tensão sendo experimentada pelo parafuso de rocha no estado P devesse ser liberada, o parafuso de rocha transitaria do ponto no estado P para um ponto no estado P’ ao longo de um percurso de deformação elástica, o qual é uma linha reta que conecta os dois pontos. Assim, como identificado na Figura 7, pode-se definir

ser a inclinação desta linha no sistema de coordenadas de mudança relativa de TOF de ondas ultrassônicas longitudinais versus aquela de ondas ultrassônicas de cisalhamento nas quais o ponto no estado O foi tomado como referência. Façamos P’ ser um ponto no estado no qual o parafuso de rocha tem a mesma tensão média espacial que o ponto no estado O, isto é,

[00104] Mais ainda, façamos

e

serem as mudanças relati vas de TOFs de ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento no ponto no estado P’ com relação ao ponto no estado O. Como os pontos no estado O e P’ têm a mesma tensão média espacial,

e

são somente atribuíveis a uma deformação plástica entre os dois estados, portanto

[00105] e

e

são somente atribuíveis a mudança de tensão entre pontos no estado O (ou P’) e P.

[00106] Portanto, pode-se derivar o seguinte:

[00107] Das Eqs. (10) a (14), pode-se obter

e

[00108] As Eqs. (15) e (16) podem ser reescritas em formas mais gerais como segue:

[00109] onde lo e

representam o comprimento do parafuso de rocha e a média de tensão espacial sobre o parafuso de rocha, res-pectivamente, no estado de referência (isto é, o primeiro ponto de tempo), 1 e

são respectivos valores do parafuso de rocha no estado corrente, e

e

foram definidos nas Eqs. (7) e (8) e po- dem ser medidos em in-situ, por exemplo, no segundo ponto no tempo.

[00110] É notado que no lugar da Eq. (11), a seguinte equação pode também ser utilizada na determinação de

em um modo similar que a Eq. (18) foi obtida:

[00111] A equação resultante aparentemente terá uma forma diferente que tem a mesma raiz que a Eq. (18) e pode facilmente ser convertida para a Eq. (18).

[00112] Assim, elongação permanente do parafuso de rocha pode ser determinada de acordo com Eq. (17) e a tensão axial que o parafuso de rocha está experimentando pode ser determinada de acordo com Eq. (18).

pode ser determinada como segue.

[00113] Como a deformação plástica de um metal é um resultado de deslocamentos de estruturas de treliça de cristal e não muda a estrutura cristalina de base do metal, os coeficientes de tensão,

e

, determinados antes do parafuso de rocha nunca ter cedido, po- dem ser aplicáveis a deformações elásticas posteriores independentemente do histórico de cedimento do parafuso de rocha. Portanto, de acordo com as Eqs. (1) e (2), as seguintes equações podem aplicar ao percurso de deformação elástica do ponto no estado P para o ponto no estado P’:

[00114] Assim, a inclinação do percurso de deformação elástica do point P para P’ pode ser dada por

[00115] Portanto, levando em consideração as Eqs. (20) e (21) e fazendo

[00116] A Eq. (22) reduz para

[00117] Como pode ser visto na equação acima, o valor de inclina- ção de um percurso de deformação elástica pode depender tanto do estado corrente quanto do sistema de coordenadas (isto é, o estado de referência) escolhido.

[00118] A Figura 8 mostra variações de

durante um teste de tração em um parafuso de rocha até ruptura de parafuso Gar- ford Dynamic™, com τS0,τL0 representando os TOFs de ondas ultras- sônicas longitudinais e de cisalhamento antes da carga ser aplicada, e τS e τL representando os TOFs correspondentes durante o teste. Co mo visto na Figura 8, os valores de

são próximos de 1, com variações menores do que 1%. Consequentemente, pode-se definir a seguinte relação:

[00119] Referindo à Eq. (22), isto significa que a inclinação de um percurso de deformação elástica pode ser aproximadamente com

para dentro de 1% independentemente do estado de referência tomado. Portanto, pode-se definir a seguinte relação:

[00120] Apesar do valor de

poder ser obtido em um laboratório , o valor de

pode ser determinado in-situ ou utilizando a Eq. (24) e um valor predeterminado de

ou calculando a inclinação de

versus

no regime de deformação elástica, como mostrado na Figura 6. Eventualmente, o valor de

pode ser utilizado no lugar de

como sugerido pela Eq. (26).

[00121] Pode ser possível ainda utilizar uma mudança relativa corrigida em temperatura de TOF de ondas longitudinais e aquela de ondas de cisalhamento para determinar a elongação total que o parafuso de rocha está experimentando.

[00122] Se E for o módulo de Young do parafuso de rocha, deformação elástica dε causada por tensão o\xj sobre um comprimento dx pode ser obtida como:

[00123] Assim, referindo ao esquema ilustrado na Figura 4 e Eqs. (27) e (3), a deformação elástica causada por distribuição de tensão c>(x) sobre uma seção de parafuso entre pontos x- e x2 pode ser definida como:

[00124] Portanto, quando a tensão média sobre a mesma seção de parafuso mudou de um estado de referência

para um estado

a deformação elástica com relação ao estado de referência pode então ser determinada utilizando a seguinte equação:

[00125] Referindo novamente à Figura 7, a deformação total é a soma de deformação plástica no ponto P e a deformação elástica de P para o ponto P. Assim, se fizermos

e

serem as deformações plástica, elástica e total (elongações), respectivamente, com relação ao estado de referência, então pode-se combinar as Eqs. (17), (18) e (29) para obter:

[00126] Nestes aspectos, se o parafuso de rocha não experimentou uma deformação plástica no tempo que a referência foi tomada, isto é, pelo primeiro ponto no tempo, o comprimento do parafuso de rocha medido antes da instalação do parafuso de rocha pode ser utilizado como o valor de I0 na equação acima.

[00127] Pode também ser possível utilizar a mudança relativa corrigida em temperatura de TOF de ondas ultrassônicas ou longitudinais ou de cisalhamento para determinar a mudança de tensão axial em parafusos de rocha. Isto pode ser desejável se, por exemplo, somente um tipo de onda ultrassônica puder ser efetivamente detectado para um parafuso de rocha. Especificamente, dependendo de uma variedade de fatores, incluindo o comprimento de parafuso de rocha, geometria e material de construção, poderia acontecer que ecos de onda ul- trassônica somente longitudinal ou somente de cisalhamento podem eficientemente ser detectados.

[00128] Se o parafuso de rocha sempre permaneceu dentro do limite de deformação elástica, a tensão axial pode ser determinada da Eq. (1) ou (2) se for possível corrigir os efeitos de temperatura. Especificamente, redispondo estas equações e adotando a mudança relativa corrigida em temperatura de TOF definida nas Eqs. (7) e (8), pode-se obter:

[00129] onde o subscrito j significa ou L para ondas longitudinais ou S para ondas de cisalhamento.

[00130] Pode também ser possível detectar deformação plástica sem corrigir o efeito de temperatura sobre o TOF. Isto pode ser desejável em certas situações em que meramente sendo capaz de dizer se um parafuso de rocha já cedeu pode prover informações valiosas, por exemplo, para monitorar e assegurar segurança de mina. Por exem- plo, isso pode ser aplicado quando são utilizados parafusos de barra de reforços, já que estes parafusos não são feitos para sustentar grande deformação plástica.

[00131] Consequentemente, resolvendo as Eqs. (1) e (2) para

, pode-se obter:

[00132] A Eq. (32) é verdadeira quando i) o estado do parafuso de rocha no segundo ponto no tempo, isto é, quando a mudança em condição do parafuso de rocha está sendo determinada, e ii) o estado do parafuso de rocha na referência, ou primeiro ponto no tempo, estão dentro do mesmo regime de deformação elástica. Se por alguma razão o parafuso de rocha cedeu desde o primeiro ponto no tempo quando a medição de referência for feita, a Eq. (32) pode não mais ser válida e sua utilização resultará variação de temperatura excessivamente estimada com relação ao estado de referência.

[00133] Como tal, comparando a variação de temperatura estimada com uma variação de temperatura esperada do parafuso de rocha entre o primeiro e segundo pontos no tempo, é possível determinar se o parafuso de rocha cedeu. Especificamente, se a variação de temperatura estimada for maior do que a variação de temperatura esperada, pode-se determinar que o parafuso de rocha cedeu. Com grande uma diferença entre as variações de temperatura estimada e esperada é necessário para determinar se o parafuso de rocha cedeu pode depender das características específicas do parafuso de rocha sendo monitorado. Um limite desejado pode ser determinado com antecedência ao monitoramento.

[00134] Para ilustrar como a diferença entre as variações de tempe- ratura estimada e esperada podem ser utilizadas, o topo da Figura 9 inclui uma variação de temperatura calculada da Eq. (32) após impor o efeito de ±10 °C variação de temperatura cíclica no TOF medida durante o teste de tração apresentada na Figura 5 (também mostrada no fundo da Figura 9). Nos pontos de cedimento, onde a transição do regime de deformação elástica para regime de deformação plástica ocorre, a variação de temperatura estimada começa a aumentar acima da variação de temperatura esperada.

[00135] Mais ainda, dado que a variação de temperatura em uma seção de parafuso de rocha dentro da rocha é usualmente menor do que aquela do ar ambiente ou da cabeça de parafuso de rocha, a qual está parcialmente ou completamente exposta, uma comparação de variação de temperatura estimada da Eq. (32) com a faixa de variação de temperatura esperada do ar ambiente ou da cabeça de parafuso de rocha pode prover um valor conservador para detecção se ou não o parafuso de rocha entrou no regime de deformação plástica e portanto cedeu.

[00136] Mais ainda, para aumentar a sensibilidade de detecção, a temperatura no segundo ponto no tempo pode ser comparada com aquela de uma temperatura de referência tomada em uma temperatura ambiente próxima daquela do estado em andamento. Isto significa que uma pluralidade de referências para ondas ultrassônicas tanto longitudinais quanto de cisalhamento pode precisar ser tomada para cobrir uma grande faixa de temperatura.

[00137] Pode também ser possível determinar uma mudança em condição para um tipo específico de parafuso de rocha que cede. Aqui, "parafuso de rocha que cede" refere-se a um parafuso de rocha que foi projetado para ceder sob condições predeterminadas de modo a evitar certos resultados, por exemplo ruptura, em resposta a evento de indução de tensão predeterminados. Um tal parafuso de rocha é vendido sob o nome de marca Garford DynamicTM e é fabricada pela Garford Pty Ltd. da Austrália. Este tipo de parafuso de rocha que cede exibe um regime de deformação plástica oscilatória, em parte de modo de modo a absorver eventos sísmicos.

[00138] Para tal parafuso de rocha do tipo que cede, pode ser possível determinar uma transição do regime de deformação elástica para o regime de deformação plástica oscilatória ou para determinar a falha iminente do parafuso de rocha que cede. Isto pode ser conseguido de-terminando um valor de comportamento de parafuso de rocha e monitorar o seu progresso ao longo do tempo. O valor de comportamento de parafuso de rocha pode ser determinado de acordo com a seguinte fórmula:

[00139] Na Eq. (33), τLe τS são os TOFs de ondas ultrassónicas longitudinais e de cisalhamento, respectivamente, sobre uma seção do parafuso de rocha, independentemente se este está no regime de de-formação elástica ou plástica. A utilização de

na equação pode permitir que os efeitos de temperatura sobre TOF sejam cancelados e por meio disto ignorados.

[00140] A Figura 10 mostra a evolução do valor de comportamento de rocha, ,, como definido na Eq. (33), durante um teste de tração so bre um parafuso de rocha que cede tipo GarfordTM. Os ciclos de carga e descarga foram aplicados no parafuso de rocha no teste. Um com-portamento de deformação plástica oscilatória assim como o princípio de falha de parafuso iminente podem ser identificáveis observando a progressão de .. Estas mudanças em condição estão identificadas na Figura 10, onde súbitas quedas no valor de y são devido a interrupções de carregamento no teste. Como visto na Figura 10, a ausência do regime de deformação plástica oscilatória pode indicar falha iminente do parafuso de rocha.

[00141] As modalidades de métodos de acordo com a presente descrição que foram acima discutidas, podem utilizar a mudança relativa corrigida em temperatura nos TOFs de ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento entre dois ou mais pontos no tempo. Assim, algumas modalidades podem envolver determinar um valor de correção de temperatura de modo a determinar a mudança relativa corrigida em temperatura nos TOFs. Isto será agora descrito em mais detalhes.

[00142] No princípio, para o propósito de simplificação, a seguinte descrição utilizará uma forma unificada de mudança relativa corrigida em temperatura de TOF para ondas ultrassônicas tanto longitudinais quanto de cisalhamento:

[00143] onde o subscrito j significa ou L para ondas ultrassónicas longitudinais ou S para ondas ultrassônicas de cisalhamento.

[00144] Referindo às anotações no esquema da Figura 4, pode-se assumir uma distribuição de temperatura linear ao longo da seção de interesse de parafuso de rocha 12 para um estado em andamento do parafuso de rocha 12, por exemplo no segundo ponto no tempo quando a mudança em condição do parafuso de rocha deve ser determinada. Esta distribuição linear pode ser descrita como segue:

[00145] Similarmente, pode-se assumir uma distribuição linear para o estado de referência no primeiro ponto no tempo, descrita como segue:

[00146] Na equação acima,

e x0 denotam aa temperaturas na cabeça e pé de parafuso de rocha é, o comprimento de parafuso de rocha, e a localização de um ponto sobre o parafuso de rocha, respectivamente, quando a referência foi tomada no primeiro ponto no tempo, e

, D e são os valores correspondentes no estado em andamento do parafuso de rocha, por exemplo, no segundo ponto no tempo. Mais ainda, pode-se assumir que

[00147] Assim, aplicando as Eqs. (4) e (37) nas Eqs. (35) e (36) para a seção entre x1e x2, pode-se obter:

[00148] onde

e

são os valores de

e

respectivamente, quando a referência foi tomada no primeiro ponto no tempo. Ou ondas ultrassônicas longitudinais ou ondas ultrassônicas de cisalhamento podem ser utilizadas e podem ser escolhidas, dependendo de qual dos dois tipos de onda oferece uma melhor qualidade de sinal. A Eq. (38) provê uma estimativa aproximada de

quando o parafuso está tensionado. Quando o parafuso está livre de tensão, o símbolo igual é válido.

[00149] Para determinar

temperaturas na cabeça e pé de parafuso de rocha podem ser medidas. Uma vez que

é de-terminado, a mudança relativa corrigida em temperatura de TOF pode ser obtida da Eq. (34).

[00150] No entanto, se a extremidade de pé de parafuso de rocha 22 estiver profundamente embutida na rocha 14, a mudança ou variação de temperatura na extremidade de pé 22 pode ser insignificante, em cujo caso a Eq. (38) reduz para:

[00151] Portanto, aplicando na Eq. (39) to Eq. (34) pode-se obter:

[00152] Mais ainda, se a seção de interesse for o comprimento inteiro do parafuso de rocha 12, o fator

na equação (40) re duz para

.

[00153] Assim, em algumas modalidades, somente a temperatura na cabeça de parafuso de rocha pode precisar ser medida ou determinada de modo a obter a mudança relativa corrigida em temperatura em TOF.

[00154] Em algumas modalidades, pode também ser possível determinar a mudança relativa corrigida em temperatura de TOF assumindo uma distribuição de temperatura linear e utilizando refletores de referência em zonas estáveis em tensão do parafuso de rocha 12.

[00155] Referindo ao esquema na Figura 11A, é notado que uma zona livre de tensão, e, portanto, estável em tensão, pode existir na porção da cabeça de parafuso de rocha 15 entre o transdutor de ultrassom 10 e a porca de âncora 17, já que esta porção do parafuso de rocha 12 não está carregada.

[00156] Mais ainda, outra zona estável em tensão pode existir na seção de pé do parafuso de rocha totalmente emboçado 12. Especifi-camente, pode ser possível tornar a seção de pé uma zona estável em tensão cobrindo-a com uma bainha ou um invólucro de antiadesão para impedir esta seção de aderir no emboço circundante 16.

[00157] Refletores de referência (não mostrados) podem ser providos, um em cada uma das zonas estáveis em tensão. Em algumas modalidades, os refletores podem ser pequenos furos perpendiculares à haste de parafuso de rocha. O diâmetro e profundidade dos furos podem ser customizados para prover uma qualidade de sinal requerida. Por exemplo, um furo de diâmetro de 0,5 mm de meia profundidade pode ser perfurado na zona livre de tensão na cabeça 15 e furo vazado de 1 mm de diâmetro pode ser perfurado na seção de pé. O furo na seção de pé pode precisar ser maior, porque uma reflexão mais forte daquela zona pode ser necessária para compensar por maior perda de energia de onda ultrassônica através de uma distância de propagação mais longa. O furo na zona livre de tensão na cabeça 15 pode precisar ser menor de modo a não bloquear demais as ondas ultrassônicas incidentes.τ

[00158] Mais ainda, em algumas modalidades, sinais de eco do furo de referência na zona livre de tensão na cabeça 15 podem ser utilizados para verificar o desempenho de UTs e a eletrônica (tal como o meio de processamento de sinal abaixo discutido) antes de prosseguir com qualquer processamento e interpretação de dados.

[00159] Referindo à Figura 11A, l1 pode ser definido como a distância entre a extremidade de cabeça de parafuso de rocha 24 e refletor 1 e l2 como a distância entre o refletor 2 e a extremidade de pé 22, τ1. e τ2 como o TOF de ida e volta ultrassónico sobre l1e l2, respectivamente, e l10, l20, τ10. e τ20 são os valores de l1, l2, τ1 e τ2 quando a referência foi tomada no primeiro ponto no tempo.

[00160] Como os refletores estão em zonas estáveis em tensão, qualquer mudança em τ1. e τ2 pode ser somente atribuível a uma vari- ação de temperatura. Assim, pode ser possível determinar o valor de correção de temperatura medindo tempos de voo adicionais das ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais sobre uma primeira e uma segunda zonas estáveis em tensão do parafuso de rocha em cada um do primeiro e segundo pontos no tempo. A saber, aplicando a Eq. (38) nas duas zonas estáveis em tensão, pode-se obter:

[00161] e

[00162] Resolvendo as duais equações acima para

e

pode-se obter:

[00163] e

[00164] Mais ainda, combinando Eq. (38) com Eq. (34) e levando em conta as Eqs. (43) e (44), pode-se obter:

[00165] Assim, se a seção de interesse for o parafuso de rocha inteiro a Eq. (4) reduz para:

[00166] Mais ainda, como acima discutido, como a variação de temperatura na seção de pé pode ser insignificante porque a extremidade de pé 22 está profundamente embutida na rocha 14, pode-se resolver Eq. (41) para

fazendo

e pode-se obter:

[00167] Consequentemente, trazendo a Eq. (38) para dentro da Eq. (34), levando em conta a Eq. (47) e ajustando

, pode- se obter:

[00168] Assim, com base na Eq. (48), quando a variação de temperatura na seção de pé pode ser insignificante, somente um refletor de referência, isto é, aquele na zona de cabeça, pode ser necessário para determinação do valor de correção de temperatura e, assim, a mudança relativa corrigida em temperatura no TOF.

[00169] Se a seção de interesse for o parafuso de rocha inteiro, a Eq. (48) reduz para:

[00170] Mais ainda

pode ser equacionado para

na equação (49) se o mesmo tipo de ondas ultrassônicas for utilizado para medir

e

[00171] Consequentemente, pode também ser possível determinar a elongação permanente de um parafuso de rocha sem a necessidade de calibração de laboratório anterior do parafuso de rocha para deter- minar, por exemplo, os coeficientes de temperatura CTL e CTS Em algumas modalidades, um método para determinar a elongação permanente pode incluir determinar

e

utilizando umas das equa-ções (45), (46), (48) e (49), determinar uma relação entre

e

, por exemplo traçando

versus

para um número desejado de pontos de dados no regime elástico, calcular

(como mostrado na Figura 6) calculando a inclinação de

versus

no regime de deformação elástica, e utilizando a Eq. (17) para determinar a elongação permanente do parafuso de rocha. Em tais modalidades, dados calibrados ou de laboratório podem não ser necessários e medições necessárias podem todas ser feitas in situ ou no campo.

[00172] As modalidades acima descritas foram descritas com referência a dois pontos no tempo quando medições podem ser tomadas: em um primeiro ponto no tempo, isto é, o estado de referência, e em um segundo ponto no tempo, isto é, o estado em andamento. Medições em somente dois pontos no tempo podem ser suficientes para um número das modalidades acima descritas para determinar várias condições e mudança de condições de um parafuso de rocha. No entanto, medições adicionais em pontos no tempo adicionais podem ser tomadas, isto é, informações adicionais sobre o estado em andamento podem ser determinadas e utilizadas em modalidades aqui descritas.

[00173] Em algumas modalidades, medições adicionais em pontos no tempo adicionais podem ser necessárias para obter resultados re-levantes. Por exemplo, quando determinando o valor de comportamento de parafuso de rocha para um parafuso de rocha do tipo que cede, tal como um parafuso dinâmico GarfordTM, múltiplas medições em pontos no tempo adicionais podem ser necessárias para monitorar o estado em andamento do parafuso de rocha

[00174] Medições adicionais do estado em andamento podem ajudar a detectar anomalias do parafuso de rocha sendo monitorado mais cedo. No entanto, medições adicionais além do segundo ponto no tempo não são requeridas em todas as modalidades. As medições podem também ser tomadas em uma frequência desejada ou em intervalos predeterminados. Uma frequência desejada das medições pode depender da estabilidade do solo ou face de rocha no qual os parafusos de rocha estão instalados.

[00175] Mais ainda, é notado que um estado de referência, isto é, no primeiro ponto no tempo, pode ser tomado em qualquer ponto no tempo durante a vida útil do parafuso de rocha independentemente de histórico de carga ou deformação e modalidades de métodos aqui descritas podem ser utilizadas para determinar deformação plástica relativa e mudança de tensão com relação a este estado de referência. Se a referência foi tomada em um ponto no tempo quando o parafuso de rocha estava em um estado tensionado, a mudança de tensão media posteriormente, por exemplo no segundo ponto no tempo, pode ser ou positiva ou negativa com relação ao estado de referência.

[00176] Mais ainda, se o estado de referência for tomado após o parafuso de rocha ser tensionado, então, desde que o estado de referência nunca tenha cedido, as modalidades de métodos aqui descritas podem ser utilizadas para medir ou determinar a deformação plástica com relação ao estado não tensionado original.

[00177] As modalidades de métodos acima notadas para monitoramento de condição de parafuso de rocha, podem ser aplicadas para obter informações adicionais sobre a condição de uma instalação do parafuso de rocha e/ou a rocha dentro da qual os parafusos de rocha foram instalados.

[00178] Por exemplo, quando parafusos de rocha instrumentados, isto é, parafusos de rocha configurados para terem sua condição moni- torada, são distribuídos como uma rede em uma mina ou escavação e um parafuso de rocha individual detecta muito menos a tensão do que parafusos de rocha vizinhos, pode-se ser capaz de determinar se este parafuso de rocha está adequadamente emboçado ou de outro modo instalado na face da rocha.

[00179] Em outro exemplo, quando parafusos de rocha instrumen- tados de rocha estão distribuídos como uma rede em uma mina ou outra escavação e todos os parafusos de rocha instrumentados em uma área da face da rocha experimentam a mesma tendência em mudança de carga, um pode ser capaz de detectar e determinar a presença e natureza da atividade do solo na área. Mais ainda, as informações e medições obtidas de várias combinações de parafusos de rocha ins- trumentados distribuídos podem permitir a criação de uma representação 3D do estado de tensão ou mudança do estado de tensão com o tempo na face rocha, mostrando zonas de risco. Esta representação de tensão pode ser adicionalmente refinada combinando-a com modelagem 3D do estado de tensão da mina. Mais ainda, combinando a distribuição de tensão medida por parafusos de rocha instrumentados distribuídos com informações referentes microatividades sísmicas como detectadas por sensores sísmicos pode tornar a identificação de áreas de risco mais confiável.

[00180] Em outro exemplo, a medição de TOF em diferentes seções de um parafuso de rocha emboçado pode ser utilizada para monitorar ou determinar a qualidade do emboço. Assim, em algumas modalidades, pode ser possível avaliar a qualidade de emboço logo após a instalação de um parafuso de rocha antes de qualquer movimento de solo.

[00181] A Figura 11B mostra uma carga cíclica aplicada a um parafuso de barra de reforço S20W durante um teste de tração. A Figura 11C mostra uma mudança relativa medida de TOF de ondas ultrassô- nicas de cisalhamento sobre três segmentos delimitados por dois furos vazados de 1 mm cada sobre o parafuso (Figura 11D). O parafuso de rocha foi totalmente emboçado. A carga foi exercida no parafuso de rocha de uma célula de carga entre duas placas de apoio.

[00182] Como mostrado na Figura 11C, a seção L1 experimentou mudanças de TOF notáveis em cada mudança de etapa de carga en-quanto que as seções L2 e L3 não mostraram nenhuma mudança de TOF além dos erros de medição. Isto significa que a carga não foi transferida para as seções L2 e L3 devido à qualidade de emboço na seção L1 mais próxima da cabeça de parafuso de rocha.

[00183] Como um exemplo, se a seção L1 não fosse bem emboça- da, mais carga teria sido transferida para a seção L2 e, consequentemente, uma maior mudança de TOF para a seção L2 teria sido observada, além de grande mudança de TOF para a seção L1. Se nenhuma das seções L1 e L2 fosse bem emboçada, mudanças em TOFs teriam sido observadas para todas as três seções.

[00184] Em algumas modalidades na prática, um estado de referência pode ser tomado antes ou mesmo após o parafuso de rocha já ter sido ligeiramente apertado. Em um segundo ponto no tempo, após o parafuso de rocha ter sido adicionalmente apertado, medições de TOFs para cada seção podem ser tomadas novamente. Uma Mudança relativa de TOFs com relação a respectivas referências e importância relativa destas mudanças entre diferentes seções podem prover uma medição da qualidade de emboço logo após a instalação do parafuso de rocha.

[00185] Na prática, em algumas modalidades, alguns tipos de parafusos podem ser ancorados em localizações discretas enquanto que as seções entre as localizações ancoradas estão livres para mover. Por exemplo, o parafuso de rocha que cede do tipo GarfordTM, acima discutido foi ancorado na placa de suporte e no pé durante o teste de tração. Como visto na Figura 11E, o parafuso D NormetTM pode ser ancorado em seções divulgadas marcadas como 110, 111 e 112. Por-tanto, a carga pode ser livremente transferida entre os pontos de âncora. Em tais modalidades, pode ser possível detectar e estimar uma de-formação plástica entre os pontos de âncora utilizando somente um tipo de onda ultrassônica.

[00186] Como um exemplo, de modo a inspecionar a seção entre as seções ancoradas 110 e 111 do parafuso D na Figura 11E, um furo de referência é perfurado em cada uma das seções, de preferência no meio da pá mais próxima de a barra reta entre as seções ancoradas (marcadas como 113 e 114). A inspeção se baseia em uma curva de calibração preestabelecida entre a mudança de carga aplicada em re-lação a um estado de referência (por exemplo, um estado livre de tensão) e a mudança (corrigida em temperatura) de TOF do tipo de ondas ultrassônicas selecionadas.

[00187] Referindo à Figura 11F, faz-se a curva de calibração 120 ser a relação preestabelecida de mudança de carga, ΔLoad versus mudança relativa corrigida em temperatura de TOF,

do mesmo tipo de parafuso de rocha sendo inspecionado. Façamos

ser uma função que representa esta relação calibrada:

[00188]

[00189] De acordo com Eqs. (1) e (2), a inclinação que corresponde à deformação elástica é dada por

com j sendo L ou S para on das longitudinais ou de cisalhamento, respectivamente. Façamos P ser um ponto de estado corrente no qual a mudança relativa corrigida em temperatura de TOF é medida como sendo

. O valor de

sozinho não permite que a carga corrente seja determinada já que qualquer ponto sobre a linha vertical que passa através do ponto P e entre o ponto Q1 sobre a curva de calibração 120 e o ponto R3 no nível de carga de referência original produziria a mesma quantidade de

enquanto estado sob uma diferente carga.

[00190] O ponto no estado P poderia ser atingido após o parafuso previamente atingiu o ponto no estado Q2 sobre a curva e então sendo liberado de carga para o estado P seguindo um percurso de deformação elástica ao longo da linha tracejada de Q2 para P, ou após o parafuso previamente atingiu o nível de carga de referência original no ponto R2, e então ser recarregado para o ponto no estado P seguindo um percurso de deformação elástica ao longo da linha tracejada de R2 para P.

[00191] Faz-se R1 ser um ponto no estado que pode ser atingido liberando a carga no ponto no estado Q1 para a carga de referência original. Como o descarregamento é acompanhado por deformação elástica, o percurso do ponto Q1 para o ponto R1 é uma linha reta com uma inclinação de

[00192] Faz-se Q3 ser um ponto no estado sobre a curva de calibra- ção 120 que pode ser atingido recarregando o parafuso do ponto no estado R3 seguindo um percurso de deformação elástica ao longo da linha tracejada de R3 para Q3. Este percurso é uma linha reta de inclinação

O valor de carga do ponto Q3 provê uma estimativa da mudança de carga mais alta que pode ter sido experimentada pelo pa-rafuso porque o parafuso pode ter atingido ponto no estado Q3 e então retornado para o ponto no estado R3 seguindo um percurso de defor-mação elástica de Q3 para R3. Os valores de

e

também notados como

e

sobre o eixo geométrico horizontal de

, proveem estimativas dos limites superior e inferior, respectivamente, da elongação plástica relativa da seção de parafuso com relação ao comprimento desta seção de parafuso no estado de referência.

[00193] Matematicamente, uma estimativa da mudança de carga máxima que o parafuso de rocha pode ter experimentado, isto é, a mudança de carga no ponto no estado Q3, pode ser determinada resolvendo o sistema da equação 50 e a equação seguinte para ΔLoad:

[00194] onde as Eqs. (50 e (51) representam respectivamente a curva de calibração 120 e a linha reta que passa através dos pontos R3 e Q3. A solução é o seu ponto de interseção.

[00195] Referir novamente à Figura 11F. Estimativas da elongação plástica mínima e máxima com relação ao estado de referência podem ser obtidas como segue:

[00196] onde t= é o comprimento da seção de parafuso de rocha sendo inspecionada quando este estava no estado de referência.

[00197] É notado que a função de calibração

não precisa estar em uma forma matemática explícita, mas ao invés na forma de uma tabela de dados de medição. As soluções para as Eqs. (50Erro! Fonte de referência não encontrada.) e (51) e o cálculo de

podem ser conseguidos através de meios numéricos que compreendem interpolação numérica para encontrar o valor de ΔLoad em um dado valor da mudança relativa corrigida em temperatura de TOF.

[00198] É compreendido que apesar das discussões acima foram principalmente direcionadas a ondas longitudinais e de cisalhamento, os mesmos princípios de medição podem aplicar a outros tipos de ondas acústicas, por exemplo, ondas acústicas guiadas de diferentes modos e frequências, e a tipos de parafusos de rocha que não estão explicitamente discutidos nesta descrição, por exemplo, parafusos de rocha infláveis de parede fina ou parafusos de rocha de conjunto de divisões de parede fina, etc.

[00199] As modalidades acima discutidas incluem a detecção e/ou medição de TOFs de ondas longitudinal e/ou de cisalhamento e ultras- sônicas que se deslocam por uma seção ou comprimento inteiro de um parafuso de rocha. Assim, uma análise dos sinais obtidos da medida das ondas ultrassônicas pode ser necessária para determinar, por exemplo, os TOFs. Neste aspecto, alguns princípios de propagação de onda ultrassônica e modalidades para detecção de ecos de onda ul- trassônica serão agora descritos.

[00200] Referindo à Figura 12, em geral, quando uma onda longitudinal de alta frequência 26 (indicada por setas paralelas) se propaga dentro de uma haste cilíndrica 30 de um parafuso de rocha 12 ao longo de uma haste ou direção axial, alguma energia será convertida para ondas ultrassônicas de cisalhamento 28 (indicadas por setas tracejadas) que propagam obliquamente em um ângulo θ. Esta conversão pode ser referida como "conversão de modo".

[00201] Por sua vez, conforme as ondas ultrassônicas de cisalha- mento convertidas 28 se deslocam, parte de sua energia será convertida de volta para ondas ultrassônicas longitudinais 26. As conversões entre as ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento acontecem em cada ponto sobre limite de haste 32, resultando em múltiplos ecos de uma superfície refletora (não mostrada), por exemplo, um furo de referência na haste ou a extremidade de pé da haste. O retardo de tempo entre ecos consecutivos pode ser definido como:

[00202] onde d é o diâmetro de haste, Vs e VL são velocidades das ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais, respectivamente, e θ pode ser dado por

[00203] Como um exemplo, a Figura 13 mostra um sinal de eco de onda longitudinal refletido da extremidade de pé de um parafuso dinâmico GarfordTM antes de uma carga axial ter sido aplicada. O sinal foi conduzido por um eco direto de amplitude relativamente fraca, o qual foi seguido por ecos posteriores de amplitude mais forte resultando da conversão de modo entre ondas ultrassônicas longitudinais e de cisa- lhamento.

[00204] Apesar de que, em algumas modalidades acima descritas, pode-se estar interessado em determinar o TOF do eco direto, pode ser difícil fazê-lo se a amplitude do eco for muito fraca comparada com o ruído no sinal e a amplitude dos ecos posteriores.

[00205] Em algumas modalidades, pode ser possível determinar o TOF do eco direto medindo o TOF de um eco posterior com uma amplitude mais forte do que o eco direto, por exemplo, aquele do 3o eco posterior. O TOF do eco direto pode então ser determinado utilizando a fórmula geral:

[00206] onde

denota o TOF do enésimo eco posterior de on das ultrassónicas longitudinais. No exemplo acima, se o 3o eco posterior fosse utilizado, se substituiria 3 por n.

[00207] O retardo entre ecos consecutivos, τ, pode então ser de- terminado aplicando um método de correlação cruzada a um par de ecos posteriores vizinhos de qualidade relativamente boa. Outras combinações de ecos posteriores podem também ser utilizadas. Por exemplo, se o 1o e 3o ecos posteriores são utilizados, então o valor de T seria o retardo de tempo entre estes dois ecos posteriores dividido por 2.

[00208] Quando uma haste está tensionada, a forma de onda de sinal ultrassônico pode mudar ou devido a uma mudança de tensão ou uma deformação de parafuso. A Figura 14 mostra um sinal de eco obtido para o mesmo parafuso de rocha que na Figura 13 após oito ciclos de carga e seguindo uma liberação de carga. Comparado com a Figura 13, além de um aumento de TOF, o eco direto é mais difícil de discernir devido a ruído, como está indicado pelo ponto de interrogação próximo das palavras "Eco direto". Assim, se um usuário devesse prosseguir para monitorar a condição de um parafuso de rocha, ele ou ela pode não ser capaz de identificar qual eco deve ser utilizado. Por exemplo, ele ou ela pode confundir o 4o eco posterior pelo 3o como um resultado produzir uma avaliação errônea da condição ou mudança em condição do parafuso de rocha.

[00209] Em algumas modalidades, pode ser possível identificar o eco ultrassônico longitudinal desejado rastreando as ondas ou ecos ultrassônicos de cisalhamento correspondentes.

[00210] A Figura 15A e a Figura 15B mostram sinais de eco de onda ultrassônica de cisalhamento obtidos nos mesmos momentos que os sinais onda ultrassônica longitudinal mostrados nas Figuras 13 e 14, respectivamente, foram obtidos. A Figura 15A corresponde à Figura 13 e a Figura 15B corresponde à Figura 14.

[00211] Neste aspecto, é notado que onda ultrassônica de cisalha- mento que propaga ao longo da direção de haste de um parafuso de rocha não sofre conversão de modo e assim não converte para ondas ultrassônicas longitudinais. Como tal, não existem ecos posteriores identificados nas Figuras 15A e 15B. Consequentemente, o rastrea- mento de ecos de onda ultrassônica de cisalhamento pode ser mais fácil do que rastrear os ecos de onda ultrassônica longitudinais.

[00212] Mais ainda, é notado que o TOF de uma onda ultrassônica longitudinal é mais sensível à carga do que aquele de uma onda de cisalhamento. Isto pode ser visto na Figura 16, a qual mostra resultados obtidos em um teste de tração sobre um parafuso dinâmico Gar- fordTM. A mudança relativa de TOF de uma onda ultrassônica longitudinal era sempre maior que aquela de uma onda ultrassônica de cisa- lhamento quando o parafuso estava tensionado. Em outras palavras, a seguinte relação pode ser dada:

[00213] onde

e

são mudanças de TOF da onda ultras- sônica longitudinal direta e do eco de onda ultrassônica de cisalha- mento, respectivamente, com relação a seus respectivos valores iniciais em uma referência ou primeiro ponto no tempo

e

, am bos após os efeitos de temperatura terem sido removidos. A relação (57) pode ser reescrita como

[00214] A Figura 17 mostra a diferença entre

medido e

para o mesmo teste de tração sobre o parafuso dinâmico GarfordTM. Os valores negativos são um resultado de erros de medição. É notado que para este tipo de parafuso de rocha e para este teste específico,

, não desvia de

por mais do que o retardo de tempo, r, entre dois ecos posteriores se- quenciais, o que está mostrado na Figura 13.

[00215] Consequentemente, em algumas modalidades, pode ser possível determinar o TOF do eco direto de uma onda ultrassônica longitudinal por:

[00216] (1) Selecionando o eco de onda ultrassônica longitudinal com a melhor qualidade;

[00217] (2) Determinando o TOF do eco selecionado e corrigindo para o efeito de temperatura, por meio disto denotando o TOF corrigido em temperatura como

[00218] (3) Determinando o retardo de tempo, T, entre dois ecos consecutivos do sinal medido;

[00219] (4) Calculando

onde

é o valor de TOF inicial do enésimo eco posterior quando a referência foi tomada no primeiro ponto no tempo, utilizando

para denotar

e continuando a fazer isto para todos

[00220] (5) Identificando o valor de (isto é, o enésimo eco) para o qual a seguinte condição é verdadeira:

descartando o sinal corrente se nenhum dos

satisfaz a condição acima, porque o sinal corrente poderia ter sido corrompido por ruído; e

[00221] (6) Determinando

como segue:

[00222] É notado que a modalidade acima descrita pode somente ser aplicável desde que ,

, não desvie de p

or mais do que o retardo de tempo entre dois ecos posteriores vizinhos. Assim, a aplicabilidade da modalidade para um dado tipo de parafuso de rocha e faixa de tensão aplicável pode ser predeterminada em um laboratório ou outro teste preliminar. No entanto, Eq. (56) pode ser aplicável a muitos ou todos os tipos conhecidos de parafusos de rocha.

[00223] Mais ainda, comparado com os parafusos de rocha totalmente emboçados para os quais ecos posteriores são parcialmente absorvidos pelo material de emboço, a inspeção de parafusos dinâmicos de extremidade alta (por exemplo, parafusos dinâmicos GarfordTM e parafusos D NormetTM) pode ser mais provável beneficiar da modalidade acima descrita porque estes tendem a ser menos emboçados. Portanto, os ecos posteriores podem ser mais pronunciados nestes parafusos de rocha.

[00224] Testes de laboratório mostraram que a forma de onda de um sinal de eco de onda longitudinal pode ser mais sensível à deformação, por exemplo, dobramento, de um parafuso de rocha do que um sinal de eco de onda de cisalhamento. Portanto está provido um método para detectar o dobramento de um parafuso de rocha. O método compreende medir mudanças em formas de onda de sinais de eco de onda longitudinal e de cisalhamento, por exemplo, em termos de amplitude ou coeficiente de correlação cruzada da forma de onda corrente com relação a uma forma de onda de referência, e então comparar a mudança na forma de onda do sinal de eco de onda longitudinal com aquela do sinal de eco de onda de cisalhamento. Uma mudança relativamente grande na forma de onda do sinal de eco de onda longitudinal acompanhada por uma forma de onda estável do sinal de eco de onda de cisalhamento sugeriria uma deformação do parafuso de rocha. Mais ainda, a diferença entre a mudança da forma de onda longitudinal e aquela da forma de onda de cisalhamento pode prover uma medida de deformação de parafuso de rocha, por exemplo, dobramento.

[00225] Um modo para determinar a mudança de TOF de um sinal de eco com relação àquele de um estado de referência é calcular por quanto a forma de onda do sinal de eco corrente foi deslocada em re-lação ao sinal de referência. Fazer assim requereria que a forma de onda do sinal de referência fosse armazenada em uma forma digital em um meio de armazenamento e chamada quando uma comparação é necessária. Como a forma de onda de um sinal de referência é única para cada parafuso individual, pode ser preferível que as formas de onda de sinais do mesmo refletor de referência do mesmo parafuso fossem comparadas.

[00226] Se um grande número de parafusos de rocha precisar ser inspecionado, pode ser benéfico identificar cada parafuso de rocha instrumentado, de preferência em um modo eletrônico, tal como etiquetas de Identificação de Frequência de Rádio (RFID). Quando inspecionando um parafuso de rocha, o sistema de inspeção pode ler a etiqueta, então chamar as formas de onda de referência pré- armazenadas associadas com a etiqueta (isto é, associadas com o parafuso de rocha sendo inspecionado), e então comparar as formas de onda correntes com as formas de onda de referência chamadas para a determinação de TOFs para respectivos sinais de eco, e finalmente registrar e/ou transferir informações de inspeção recentemente obtidas sob o mesmo número de identificação de etiqueta. Dependendo de processamento de sinais e necessidades de análise de dados, mais sinais históricos e informações de inspeção associados com o mesmo número de identificação de etiqueta podem ser chamados.

[00227] Mais ainda, é notado que, na prática, muitos parafusos de rocha têm um pé pontudo para facilitar a penetração do parafuso através do emboço durante a instalação. De modo a obter sinais de eco ultrassônicos de qualidade aperfeiçoada do pé de parafuso de rocha, pode ser desejável fazer um corte quadrado no pé para aumentar a área de reflexão. Uma bainha plástica pontuda pode ser empurrada por sobre a extremidade de pé para facilitar a sua instalação no embo- ço. Um benefício adicional de tal bainha plástica pode ser que menos energia ultrassônica pode ser perdida para o emboço, porque mesmo uma pequena folga de ar entre o pé e a bainha plástica pode impedir que a energia ultrassônica seja perdida no pé.

[00228] As modalidades de um sistema para utilização em monitoramento de condição de parafuso de rocha serão agora descritas em mais detalhes. As modalidades do sistema podem ser utilizadas para executar uma ou mais das modalidades de métodos acima descritas.

[00229] Em algumas modalidades, o sistema para utilização em monitoramento de condição de parafuso pode ser um sistema para excitação e detecção sem contato e simultânea de ondas ultrassôni- cas.

[00230] A Figura 18A ilustra um esquema em seção transversal de uma modalidade de um sistema de acordo com a presente descrição. O sistema pode incluir um primeiro componente 34 para fixar em uma cabeça 15 de um parafuso de rocha 12 que estende para fora da face de rocha e um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b, etc. É notado que somente dois transdutores de ultrassom estão mostrados na Figura 18A e, como tal, parte da descrição seguinte referirá a dois transdutores de ultrassom. No entanto, como abaixo discutido com relação às Figuras 21 a 24, o sistema pode incluir transdutores de ultrassom adicionais. O sistema também inclui um segundo componente 36 para trazer em proximidade com o primeiro componente 34.

[00231] Em algumas modalidades, o primeiro componente 34 inclui uma bobina de indução de transdutor 38 operavelmente conectada, por exemplo, eletricamente conectada, com os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b. O segundo componente 36 inclui uma bobina de indução 40.

[00232] Como mostrado, em uso, os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b podem estar dispostos entre o primeiro componente 34 e o parafuso de rocha 12. Especificamente, na modalidade mostrada, os um ou mais transdutores de ultrassom 10a e 10b estão em acoplamento operável, por exemplo, em acoplamento condutivo, com uma superfície dianteira 42 do parafuso de rocha 12. Os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b podem estar montados sobre a superfície dianteira 42 utilizando um adesivo condutivo, tal como uma pasta de epóxi de prata (não mostrada).

[00233] Similarmente, os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b podem operavelmente acoplar o primeiro componente 34. Por exemplo, uma camada de borracha condutiva 44 pode estar posicionada entre os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b e o primeiro componente 34, estando em contato direto com os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b.

[00234] Especificamente, em algumas modalidades, os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b podem ser revestidos com uma fina camada eletricamente condutiva sobre ambas as superfícies de topo e fundo. Estas camadas condutivas podem servir como eletrodos. O eletrodo inferior pode estar condutivamente ligado, por exemplo, com a pasta de epóxi prata, na superfície dianteira 42 do parafuso de rocha, o qual é também um condutor. O eletrodo superior estaria então em contato com a camada de borracha condutiva 44.

[00235] Mais ainda, uma folha metálica 46 pode estar disposta entre a camada de borracha condutiva 44 e o primeiro componente 34, a folha metálica 46 contactando a camada de borracha condutiva 44 e uma superfície de contato 47 do primeiro componente 34. Um primeiro condutor ou fio condutor 48 pode também estar provido para opera- velmente conectar, por exemplo, eletricamente conectar, a folha metálica 46 na bobina de indução de transdutor 38. Especificamente, em algumas modalidades, a folha metálica 46 pode ser soldada a um con- dutor elétrico da bobina, por exemplo, o fio condutor 48.

[00236] Como, em algumas modalidades, os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b são feitos de material cerâmico piezelétrico, frágil, o qual pode facilmente romper sob uma desigualdade ou uma força apontada, se a bobina de indução de transdutor 38 fosse diretamente ligada nos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b, o primeiro condutor 48 da bobina quebraria o material que os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b são feitos quando o primeiro componente 34 é fixado na cabeça 15 e uma força de retenção é apli-cada. A camada de borracha condutiva 44 pode ser utilizada para igualar a força de retenção.

[00237] Mais ainda, como pode ser difícil ou impraticável soldar o primeiro condutor 48 diretamente na camada de borracha condutiva 44, em algumas modalidades a folha metálica 46 está provida para atuar como uma ponta entre o primeiro lead 48 e a camada de borracha condutiva 44.

[00238] Em algumas modalidades, a superfície de contato 47 pode ser formada para acomodar transdutores de ultrassom de diferentes espessuras, se múltiplos transdutores de ultrassom devem ser utilizados simultaneamente.

[00239] Consequentemente, em algumas modalidades, quando em uso, o primeiro componente 34 pode ser fixado na cabeça de parafuso de rocha 15 e por meio disto prender os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b no lugar e em acoplamento operável com o primeiro componente 34 e o parafuso de rocha 12.

[00240] O segundo componente 36 pode incluir um segundo condutor ou fio condutor 50 que conduz da bobina de indução 40 para um conector de cabo 52, o qual, em uso, pode estar operavelmente conectado no meio de detecção e processamento de sinal, tal como um meio de geração, detecção e processamento de sinal eletrônico. Por exemplo, o sistema pode incluir um pulsador / receptor ultrassônico 51 para alimentar a bobina de indução 40 e para capturar sinais elétricos detectados pela bobina de indução 40. O pulsador / receptor 51 pode também estar conectado a um dispositivo eletrônico 53 para registro de dados, processamento e/ou exibição e comunicação de condições de parafuso de rocha. O pulsador / receptor 51 pode ser controlado ou manualmente ou através do dispositivo eletrônico 53, quando presente.

[00241] Em algumas modalidades, o dispositivo eletrônico 53 pode ser um computador portátil equipado com uma placa de aquisição de dados. O dispositivo eletrônico 53 pode ser conectado a uma tomada elétrica, pode ser alimentado por bateria, e/ou pode ser alimentado por bateria e operável em um modo sem fio. O pulsador / receptor 51 pode ser alimentado diretamente pelo dispositivo eletrônico através de uma porta USB, por bateria, ou por uma fonte de energia CA.

[00242] Em algumas modalidades, o cabo que conecta o conector de cabo 52 ao pulsador / receptor ultrassônico 51 pode ser um cabo coaxial de 50 ohms. Similarmente, o cabo que conecta o pulsador / receptor 51 no dispositivo eletrônico 53 pode ser um cabo coaxial de 50 ohms. Em algumas modalidades, fios torcidos ou um cabo USB podem ser utilizados para transmissão de sinais de controle digital e ultrassom digitalizado e entre o pulsador / receptor 51 e o dispositivo eletrônico 53.

[00243] O dispositivo eletrônico 53 pode também incluir outros componentes eletrônicos conhecidos para uma pessoa versada na técnica tal como um microcontrolador, chip de processamento de sinal digital, e um módulo de RF.

[00244] Mais ainda, em algumas modalidades, as funções do pul- sador / receptor 51 e o dispositivo eletrônico 53 podem ser combinadas em um único dispositivo integrado.

[00245] Em algumas modalidades, o conector de cabo de sinal 52 pode estar localizado em uma localização desejada sobre o segundo componente 36. Por exemplo, o conector de cabo de sinal 52 pode ser centrado, faceando a cabeça de parafuso de rocha 15 ou sobre um lado circunferencial 55 do primeiro componente.

[00246] Como mostrado na Figura 18A, em algumas modalidades, o primeiro componente 34 pode estar fixo no parafuso de rocha 12, especificamente na cabeça do parafuso de rocha 15. O primeiro com-ponente 34 pode estar fixo no cabeça de parafuso de rocha 15, através de um adaptador 54 montado sobre a cabeça de parafuso de rocha 15. O primeiro componente 34 pode estar montado no adaptador 54 através de parafusos ou espigas 56, o adaptador 54 sendo por sua vez montado na cabeça de parafuso de rocha 15. Na modalidade mostrada, o adaptador circunda circunferencialmente a cabeça de parafuso de rocha 15.

[00247] O adaptador 54 pode ser afixado no parafuso de rocha 12 com o auxílio de um par ou dois pares de parafusos antivibrações (não mostrados) através de furos roscados (não mostrados) sobre lado opostos do adaptador através da linha de centro do parafuso de rocha 12 e em uma direção perpendicular à haste de parafuso. Os parafusos podem ser presos com um adesivo, por exemplo, um tipo de cola Loc-tite® Threadlocker ou um arame de segurança.

[00248] A característica de antivibração dos parafusos pode ser re-querida em aplicações de campo para lidar com vibrações causadas por explosões, atividades sísmicas, ou mesmo vibrações de certos pa-rafusos de rocha estes próprios quando tensionados além do cedimen- to (por exemplo, parafusos de rocha Garford™Dynamic).

[00249] Em algumas modalidades, o adaptador 54 pode também ser projetado de tal modo que este possa ser aparafusado diretamente sobre a cabeça de parafuso de rocha roscada 15. Neste caso, o adap- tador 54 pode ser preso com aplicação de um adesivo entre as super-fícies roscadas da cabeça de parafuso de rocha 15.

[00250] Em algumas modalidades, o adaptador 54 e o primeiro componente 34 podem ser projetados e feitos para serem uma parte integral para ser aparafusada diretamente por sobre a cabeça de para-fuso de rocha roscada 15.

[00251] Como mostrado na Figura 18A, uma folha metálica adicional 57 pode ser provida para operacionalmente conectar, isto é, eletricamente conectar, o adaptador 54 na bobina de indução de transdutor 38 através de um segundo condutor ou fio condutor 59. Assim a folha metálica adicional 57 pode servir para operavelmente, isto é, eletricamente, conectar os eletrodos de fundo dos uma ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b na bobina de indução de transdutor 38. Especi-ficamente, isto pode ser conseguido se o adaptador 54 for feito de um metal eletricamente condutivo, e o adaptador metálico 54 estiver em contato elétrico com o parafuso de rocha 12 (outro condutor), o qual por sua vez está em contato condutivo com os eletrodos de fundo dos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b.

[00252] Um espaçador de borracha 58 pode estar posicionado entre o adaptador 54 e o primeiro componente 34. O espaçador de borracha 58 pode ser utilizado para permitir que uma força de retenção ajustável seja aplicada no primeiro componente 34 quando este está montado por sobre o adaptador 54 de modo a auxiliar em manter um contato operável, por exemplo, elétrico adequado entre os vários elementos do sistema que estão em contato operável, isto é, elétrico e/ou condutivo, sem causar uma força excessiva que pode danificar os um ou mais transdutores ultrassom 10a, 10b. Isto pode ser ainda auxiliado pela presença da camada de borracha condutiva 44, como acima descrito.

[00253] Mais ainda, em algumas modalidades, o adaptador 54 e o primeiro componente 34 podem ser totalmente encapsulados no para- fuso de rocha, por exemplo, com o auxílio de uma cápsula de contração por calor, ou outros tipos de cápsulas que podem contrair com aplicação de fontes outras que calor, tal como irradiação UV e outros meios químicos ou físicos. Encapsular o adaptador 54 e o primeiro componente 34 em uma cápsula pode ajudar a proteger os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b, a bobina de indução de transdutor 38, e quaisquer outros componentes de umidade e outros contaminantes no ambiente da mina ou escavação.

[00254] Similarmente, em algumas modalidades, o segundo componente 36 pode também ser encapsulado.

[00255] Em operação, o segundo componente pode ser trazido em proximidade suficientemente próxima com o primeiro componente de modo a indutivamente alimentar os um ou mais transdutores de ultras-som 10a, 10b, por meio disto excitando estes transdutores de ultrassom para emitir ondas ultrassônicas.

[00256] Como acima descrito, em modalidades onde os dois ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b estão dispostos em uma con-figuração lado a lado, seus eletrodos de fundo estão eletricamente co-nectados estando em contato eletricamente com a superfície dianteira 42 do parafuso de rocha 15 (isto é, um condutor elétrico); e os eletrodos de topo estão também eletricamente conectados estando em contato eletricamente com a camada de borracha condutiva 44.

[00257] Portanto quando a bobina de indução de transdutor 38 re cebe uma excitação eletromagnética da bobina de indução 40, uma voltagem elétrica excitada entre dois fios condutores 48, 59 da bobina de indução 38 aplicará a todos os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b. Em outras palavras, todos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b podem ser excitados concorrentemente.

[00258] Quando dois mais transdutores de ultrassom estão dispostos em uma configuração empilhada (como abaixo discutido), eletro- dos entre transdutores de ultrassom vizinhos que estão em contato podem eletricamente conectados com a aplicação de um adesivo entre os transdutores de ultrassom para um acoplamento acústico e elétrico aperfeiçoado entre os transdutores. Em algumas modalidades, o adesivo poderia ser uma pasta de prata de alto desempenho. Como tal, quando o eletrodo superior do transdutor de ultrassom de topo e o eletrodo inferior do transdutor de ultrassom de fundo estão, cada um, eletricamente conectados a um dos fios condutores da bobina de indução 38, todos os transdutores de ultrassom podem ser excitados concorrentemente quando a bobina de indução de transdutor 38 recebe uma excitação eletromagnética da bobina de indução 40.

[00259] Mais ainda, quando os ecos ultrassônicos são então detectados pelos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b, os sinais gerados seriam então transmitidos indutivamente da bobina de indução de transdutor 38 para a bobina de indução 40.

[00260] Em algumas modalidades, uma etiqueta de Identificação de Frequência de Rádio (RFID) 60 pode estar incluída com, posicionada em ou embutida no primeiro componente 34 ou na frente, atrás, ou ao lado da bobina de indução de transdutor 38. Na modalidade mostrada na Figura 18A, a etiqueta de RFID 60 está posicionada na frente da bobina de indução de transdutor 38. A etiqueta de RFID 60 pode servir para identificar o parafuso de rocha 12 cuja condição está sendo monitorada.

[00261] Em algumas modalidades de um sistema, um transponder de temperatura de RFID passivo 62 pode estar incluído para medição de uma temperatura da cabeça de parafuso de rocha 15. O transponder de temperatura de RFID 62 pode estar montado por sobre a cabeça de parafuso de rocha 15 ou por sobre o adaptador 54, duas possíveis colocações sendo mostradas esquematicamente na Figura 18A.

[00262] Consequentemente, em algumas modalidades, o segundo componente 36 pode também incluir uma antena de RFID 64. O leitor ou antena de RFID 64 pode estar atrás da bobina de indução 40 de modo que este não fique no caminho da bobina de indução.

[00263] Assim, se presente, o leitor de RFID 64 pode ser utilizado para ler a etiqueta de RFID 60 e/ou o transponder de temperatura passivo 62 e passar estas leituras através do fio de sinal 66 para o conector de cabo 52 e adiante para o meio de processamento de sinal.

[00264] A Figura 18B apresenta uma variante do que foi apresentado na Figura 18A. Como mostrado na Figura 18B, em algumas modalidades, a bobina de indução 40 pode ser utilizada para leitura de etiqueta de RFID no lugar da antena 64, em cujo caso a antena 64 não é necessária. Ao contrário, a antena 64 pode ser utilizada no lugar da bobina de indução já que a própria antena de RFID pode ser uma bobina e em cujo caso a bobina de indução 40 pode não ser necessária. Em resumo, a bobina de indução 40 e a antena 64 podem ser substituídas por uma única bobina (por exemplo, bobina 40). Quando iniciando a inspeção, a bobina 40 pode ser conectada a um dispositivo eletrônico 69 para ler o RFID. Então, a bobina 40 pode ser comutada para diferentes dispositivos eletrônicos 51 e 53 para gerar, detectar e processar sinais de ultrassom e exibir os resultados. A comutação entre o dispositivo 69 e o dispositivo 51 (e/ou dispositivo 53) pode ser conseguida através de um comutador 100. O comutador 100 pode ser manual ou eletrônico, tal como um relê de estado sólido. No último caso, o comutador 100 pode ser controlado pelo dispositivo eletrônico 53 através de um sinal de comando 101.

[00265] Os primeiro e segundo componentes 34, 36 podem ser fa-bricados ou produzidos em uma variedade de modos, tal como por im-pressão 3D, moldagem por injeção ou moldagem a frio em uma resina não condutiva. Assim, vários componentes tais como a bobina de in-dução do transdutor 38, a bobina de indutor 40, o leitor de RFID 64, o primeiro e segundo fios condutores 48, 59, o fio de sinal 66 e outros possíveis componentes podem ser embutidos em resina moldada a frio ou componentes moldados por injeção ou impressos em 3D. No entanto, podem existir outros modos adequados conhecidos de pessoas versadas na técnica para produzir o primeiro e segundo componentes 34, 36 e prender os vários componentes.

[00266] O adaptador 54 pode ser feito de aço ou outro metal adequado tal como alumínio.

[00267] Diferentes configurações, geometrias e formas do primeiro e segundo componentes 34, 36 são possíveis. Em algumas modalidades, o segundo componente 36 está configurado para montagem seletiva no primeiro componente 34.

[00268] Em algumas modalidades, devido à configuração e forma do primeiro e/ou segundo componentes 34, 36, pode ser possível trazer o segundo componente 36 em proximidade imediata ou em contato com o primeiro componente 34 apesar da presença de cabeças de parafuso 68 dos parafusos 56 ou montar o segundo componente 36 no primeiro componente 34, como desejado.

[00269] Uma possível tal configuração do primeiro e segundo com-ponentes 34, 36 será agora descrita com referência às Figuras 19A e 19B.

[00270] Como mostrado na Figura 19A, o primeiro componente 34 pode ser cilíndrico com furos 70 (mostrados em seção transversal na Figura 18A) espaçados em distâncias aproximadamente iguais ao redor da circunferência do primeiro componente 34, com os quais o primeiro componente 34 pode ser montado no adaptador 54.

[00271] Como mostrado nas Figuras 19A e 19B, em algumas moda-lidades, o segundo componente 36 pode ser configurado para ter uma porção central 72 e múltiplas projeções 74 que projetam para fora da porção central 72 no mesmo plano que a porção central 72. Conforme estas estendem da porção central 72, as projeções 74 alargam de uma porção mais próxima mais estreita 76 para uma porção mais larga, mais distante 78. Assim, as projeções 74 proveem uma forma como engrenagem do segundo componente 36.

[00272] As projeções 74 estão espaçadas umas das outras de modo que, em uma orientação, o segundo componente 36 pode ser trazido em proximidade imediata ou contato com o primeiro componente 34, com as cabeças 68 dos furos 56 estendendo para fora do primeiro componente 34 e para dentro dos espaços entre a projeções 74.

[00273] Entrementes, em outra orientação na qual o segundo com-ponente 36 é girado no sentido horário ou anti-horário, como visto na Figura 19B, furos 80 em cada uma das projeções 74 alinham com os furos 70 no primeiro componente 34. Assim, o segundo componente 36 pode ser montado no primeiro componente 34 utilizando os mesmos parafusos 56 que são utilizados para montar o primeiro componente 34 no adaptador 54.

[00274] Os acima descritos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b podem ser transdutores de ultrassom piezoeléctricos. Especi-ficamente, em algumas modalidades, um ou mais dos transdutores de ultrassom podem ser transdutores de ultrassom titanato de zirconato de chumbo (PZT).

[00275] Como um exemplo, os transdutores de ultrassom podem ser feitos de material APCTM 855 (Navy type VI) produzido pela APC International, Ltd. Especificamente, em algumas modalidades, um ou mais dos transdutores de ultrassom podem ser discos ou placas de PZT.

[00276] Sob excitação por um pulso de alta voltagem, o efeito pie- zoeléctrico oposto fará com que um transdutor de ultrassom piezoeléc- trico vibre em uma frequência de ressonância de sua espessura. As vibrações assim criadas transmitirão para e propagarão através para- fuso de rocha 12 como uma onda ultrassônica. Quando um eco refletido de um refletor dentro do parafuso de rocha 12 atinge o mesmo transdutor de ultrassom, o efeito piezoeléctrico do transdutor de ultrassom converterá a vibração mecânica deste eco para um sinal de voltagem elétrica o qual pode ser capturado com um receptor ultrassônico, tal como o pulsador / receptor 51. Como um exemplo, pulsos de excitação de 475 volts com uma energia de pulso 300 microjoules foram aplicados na bobina de indução 40 para produzir sinais de eco de força e qualidade suficientes durante um teste de tração sobre um parafuso de rocha de haste de reforço CW20.

[00277] Como os transdutores de ultrassom podem ser operados em modo vibração de espessura, a frequência de operação dos transdutores de ultrassom é principalmente determinada pela espessura do disco ou placa de PZT. Pode ser possível selecionar uma espessura na qual o disco / placa de PZT ressona em uma frequência de operação desejada para desempenho ótimo nesta frequência. Mais ainda, além da espessura, as outras dimensões geométricas dos transdutores de ultrassom podem ser determinadas com base na área disponível sobre a superfície dianteira 42 do parafuso de rocha 12, assim como as propriedades acústicas e a geometria e comprimento do parafuso de rocha 12.

[00278] Mais ainda, como o tamanho de um transdutor de ultrassom pode afetar o seu desempenho, quando múltiplos transdutores de ultrassom são utilizados concorrentemente, pode ser necessário utilizar diferentes dimensões para diferentes tipos de transdutores de ultrassom de modo a conseguir desempenhos balanceados. Por exemplo, pode ser desejável ter amplitudes similares para ecos de onda ultras- sônica longitudinal e de cisalhamento da extremidade de pé do parafuso de rocha.

[00279] Como um exemplo, a utilização concorrente de um PZT de onda ultrassônica longitudinal de 7,5 MHz, 4,0 mm x 6,5 mm de APCTM 855 e um PZT de onda ultrassônica de cisalhamento de 2,5 MHz, 7,4 mm x 7,4 mm de APCTM 855 em uma configuração lado a lado produziu sinais de eco de onda ultrassônica longitudinal e de cisalhamento suficientemente fortes de suficiente qualidade no teste de tração de um parafuso de rocha GarfordTM Dynamic. Um layout de sensor na Figura 21A foi utilizado.

[00280] Quanto para o projeto de bobinas de indução, o diâmetro de fio, tamanho e número de espiras da bobina podem ser otimizados para coincidir as características eletromecânicas dos transdutores de ultrassom sendo utilizados para desempenho de detecção e excitação ótimas em frequência de operação desejável e/ou predeterminada dos transdutores de ultrassom. Em um exemplo, bobinas de cinco espiras de diâmetro de bobina de 30 mm e feitas de fio de cobre esmaltado de diâmetro de 0,15 mm produziram resultados satisfatórios.

[00281] Como acima notado, cada transdutor de ultrassom pode ser dimensionado para o tipo específico de parafuso de rocha e/ou condição a ser monitorada. Assim, pode-se ser capaz obter uma placa de transdutor de ultrassom e cortar porções da placa em uma forma e ta-manho desejados para utilização nos sistemas e métodos acima des-critos.

[00282] Mais ainda, sob uma excitação de pulso, um transdutor de ultrassom pode ressonar não somente na direção de espessura para produzir ondas ultrassônicas de frequências desejadas, mas também em direções laterais para criar vibrações indesejadas em frequências muito mais baixas. Estes ruídos podem sobrepor os sinais e ecos de ultrassom desejados para TOFs de medição. Mais ainda, quando mais de um transdutor de ultrassom são utilizados concorrentemente, as ondas ultrassônicas geradas por estes transdutores de ultrassom podem sobrepor umas às outras também.

[00283] Portanto, pode ser desejável utilizar transdutores de ultrassom de bandas de frequências distintas e individualmente aplicar um filtro digital de passagem de banda para a banda de frequência de cada transdutor de ultrassom para destacar um sinal de eco útil. Tal filtro de passagem de banda pode fazer parte do meio de processamento de sinais, tal como o dispositivo eletrônico 53.

[00284] Um exemplo da aplicação do filtro de passagem de banda será agora descrito com referência às Figuras 20A a 20C. A Figura 20A exibe um traço de sinal de eco de ultrassom bruto de vários pontos de referência sobre um parafuso de barra de reforço CW20 instru- mentado emboçado em uma resina. L1st hole, L2nd hole e Lend representam ecos de ondas longitudinais de um 1o e 2o furos vasados de um 1 mm de diâmetro e da extremidade de pé de parafuso de rocha, respectivamente, e S1st hole, S2nd hole e Send são ecos de ondas de cisalhamento de pontos de referência correspondentes. Como um transdutor de onda ultrassônica longitudinal e um transdutor de onda ultrassônica de cisalhamento foram excitados e utilizados para receber ecos simultâneos, todos os ecos aparecem no mesmo traço de sinal. Mais ainda, vibrações laterais de cada transdutor de ultrassom criam ruídos de baixa frequência no sinal, tornando a razão de sinal para ruído suficientemente baixa de modo que o sinal pode ser menos útil do que desejado. Como os transdutores de ultrassom longitudinal e de cisalha- mento operam em frequências centrais nominais bastante distintas, isto é, 7,5 MHz e 2,5 MHz, respectivamente, a qualidade do sinal pode ser aperfeiçoada aplicando um filtro digital apropriado. Neste aspecto, a Figura 20B exibe o mesmo sinal que na Figura 20A, mas com um filtro de passagem de banda de 5,0 a 8,0 MHz aplicado. Similarmente, a Figura 20C exibe o mesmo sinal que na Figura 20a, mas com um filtro de passagem de banda de 2,5 a 3,5 MHz aplicado. Como pode ser visto, a aplicação do filtro de passagem de banda pode auxiliar em di- ferenciar entre ecos e ruído no sinal. Em algumas modalidades, um diferente filtro digital pode ser aplicado a cada eco individual para uma razão de sinal para ruído aperfeiçoada.

[00285] Apesar de modalidades de um sistema sem contato para utilização em monitoramento de condição de parafuso de rocha terem sido descritas, outras modalidades de um sistema para utilização em monitoramento de condição de parafuso de rocha são possíveis onde bobinas de indução não são utilizadas.

[00286] Por exemplo, em algumas modalidades, os eletrodos inferior e superior dos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b podem estar operavelmente conectados diretamente no conector de cabo 52 sem utilizar quaisquer bobinas de indução. Este pode ser o caso em que um sistema de inspeção sem fio automatizado está integrado no primeiro componente 34.

[00287] Mais ainda, em algumas modalidades, as funções de pul- sador / receptor 51 e/ou do dispositivo eletrônico 53 podem ser incorporadas diretamente no primeiro componente 34, por exemplo, moldados a frio diretamente dentro do primeiro componente 34 ou incorporados na caixa de eletrônica que está fixa no primeiro componente 34. Em algumas modalidades, tudo mostrado na Figura 18A, exceto o parafuso de rocha, pode ser provido como um único componente que deve ser aparafusado e/ou colado sobre a cabeça de rosca 15 do parafuso de rocha 12.

[00288] Em algumas tais modalidades, somente um transponder de temperatura (RFID ou de outro modo), pode estar incluído ou diretamente sobre a cabeça de rocha de 15 ou sobre outra porção do sistema que está em equilíbrio térmico com a cabeça de parafuso de rocha 15.

[00289] Mais ainda se um ou os um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b forem utilizados em um modo passivo como um sensor de vibração, como abaixo discutido, a utilização de bobinas de indução pode ser indesejável porque estas podem cortar todas as frequências mais baixas do que 1 MHz que teriam sido detectadas pelos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b sem as bobinas.

[00290] Várias possíveis configurações dos um ou mais transdutores de ultrassom 10a e 10b serão agora descritas com referência às Figuras 21A-F, 22, 23A, 23B, e 24A-F.

[00291] No início, é notado que várias configurações dos transdutores de ultrassom abaixo descritos podem ser utilizadas nas modalidades do sistema sem contato acima descrito, ou em diferentes modalidades de um sistema para utilização em monitoramento de condição de parafuso de rocha, por exemplo, modalidades que não são sem contato.

[00292] Referindo às Figuras 21A e 21B, em algumas modalidades, um sistema pode incluir um primeiro transdutor de ultrassom 82 configurado para emitir ondas ultrassônicas de cisalhamento e um segundo transdutor de ultrassom 84 configurado para emitir ondas ultrassônicas longitudinais. Em uso, os primeiro e segundo transdutores de ultrassom 82, 84 estão dispostos em uma configuração lado a lado sobre a cabeça 15 de um parafuso de rocha 12, especificamente sobre a superfície dianteira 42 da cabeça de um parafuso de rocha 15. Por exemplo, os primeiro e segundo transdutores de ultrassom 82, 84 podem estar montados sobre a superfície 42 utilizando pasta epóxi de prata condutiva, como acima descrito. Em algumas modalidades, o primeiro transdutor de ultrassom 82 está configurado para emitir ondas ultrassônicas de cisalhamento em uma primeira frequência. A primeira frequência pode estar entre 1 a 10 MHz, por exemplo, 2,5 MHz.

[00293] Em algumas modalidades, o segundo transdutor de ultrassom 84 está configurado para emitir ondas ultrassônicas longitudinais em uma segunda frequência. A segunda frequência pode estar entre 1 a 10 MHz, por exemplo 7,5-8 MHz.

[00294] Os primeiro e segundo transdutores ultrassom 82, 84 podem estar configurados como placas piezelétricas retangulares que estão dispostas em paralelo e lado a lado substancialmente no mesmo plano sobre a superfície dianteira 42 da cabeça de parafuso de rocha 15.

[00295] Devido à configuração lado a lado dos primeiro e segundo transdutores 82, 84, pode ser possível melhor separar a resposta de sinal de cada uma das ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitu-dinais. Por exemplo, aplicando um filtro de passagem de banda no sinal recebido dos transdutores de ultrassom, pode ser possível melhor isolar o sinal de cada uma das ondas longitudinais de cisalhamento e ultrassônicas de modo que os TOFs podem ser mais precisamente determinados nos métodos apresentados e descritos acima.

[00296] Outras formas, configurações e disposições relativas dos transdutores de ultrassom 10a, 10b, 82, e 84 são também possíveis. Por exemplo, em algumas modalidades um ou mais dos transdutores de ultrassom podem ser circulares ou terem uma forma geométrica diferente. O espaçamento entre os transdutores pode ser variado, assim como a sua localização relativa um ao outro. Tais variações podem depender de uma variedade de fatores, incluindo a forma, material e tipo de parafuso de rocha cuja condição está sendo monitorada.

[00297] Similarmente, a frequência na qual cada um dos um ou mais transdutores de ultrassom está configurada para emitir ondas que podem variar dependendo das características do parafuso de rocha sendo monitorado. Certas frequências ou faixas de frequência podem ser mais desejáveis para um dado tipo de onda, dependendo do tipo de parafuso de rocha sendo monitorado, como acima notado.

[00298] Assim, antes da instalação do aparelho in situ pode-se conduzir um teste inicial, por exemplo, em um ambiente de laboratório, para determinar a frequência ótima, forma, configuração e disposições dos transdutores de ultrassom para um parafuso de rocha específico. Neste sentido, as modalidades do sistema para utilização em monito-ramento de condição de parafuso de rocha podem ser modeladas para um tipo específico de parafuso de rocha ou classe de parafuso de rocha.

[00299] Como também mostrado na Figura 21C, algumas modalidades do sistema incluem transdutores de ultrassom adicionais, tais como transdutores de ultrassom torsionais 86. Isto pode ser desejável se, por exemplo, diferentes características do parafuso de rocha forem de interesse. Especificamente, uma onda torsional que se propaga ao longo do parafuso de rocha pode fazer com que a superfície da haste do parafuso vibre em uma direção circunferencial paralela à superfície. A presença de emboço pode absorver energia de onda torsional e afetar a sua velocidade de propagação. Portanto as ondas ultrassônicas torsionais podem possivelmente ajudar a detecção da qualidade do emboço. Consequentemente, em algumas modalidades, transdutores adicionais podem também ajudar em adquirir informações adicionais sobre a condição ou mudança em condição do parafuso de rocha.

[00300] Os transdutores de ultrassom torsionais 86 podem ser dispostos ao longo da circunferência da superfície dianteira 42 da cabeça de parafuso de rocha 15. As ondas ultrassônicas torsionais podem ser bem adequadas para o monitorar o emboço que circunda o parafuso de rocha quando o parafuso de rocha está instalado.

[00301] Como mostrado nas Figuras 21D e 21E, um transdutor de ultrassom adicional 87 pode ser um transdutor de ultrassom de onda longitudinal ou de cisalhamento colocado próximo dos transdutores 82 e 84 para detecção de sinais de eco e determinação do TOF de um refletor de referência na zona livre de tensão da cabeça de parafuso de rocha 15. Devido à curta distância entre o transdutor 87 e este re- fletor de referência, o refletor pode ser um furo raso 88 que pode ser visto pelo transdutor 87, mas não muito profundo para interferir com as ondas ultrassônicas geradas pelos transdutores. 84.

[00302] Mais ainda, o transdutor 87 pode ser de um tamanho menor similar do que os transdutores 82 e 84 para minimizar o seu consumo de energia. Mais ainda, o transdutor 87 pode ser de uma frequência central mais alta de tal modo que as ondas de frequência mais alta geradas e detectadas pelo transdutor 87 estingam significativamente antes das ondas de frequência mais baixa geradas pelos transdutores 82 e 84 e refletidas de refletores de referência mais distantes sejam detectadas. Deve-se notado que uma onda ultrassônica de frequência mais alta pode somente ser capaz de percorrer uma distância muito mais curta do que uma frequência mais baixa devido a uma atenuação acústica muito mais alta da onda de frequência mais alta. Esta disposição do transdutor 87 pode ser utilizada para a determinar a mudança relativa corrigida em temperatura no TOF utilizando umas das Eqs. (45), (46), (48) e (49) onde o TOF entre o transdutor 87 e o furo de referência 88 é necessário.

[00303] As setas de duas pontas nas Figuras 21A a 21D, 21F, e 22 indicam a direção de vibração de partícula que é causada pelas ondas de cisalhamento e torsionais sendo emitidas. Isto é aqui referido como a polarização das ondas. Dependendo das características do parafuso de rocha sendo monitorado, diferentes polarizações das ondas ultras- sônicas podem ser desejáveis. Por exemplo, para um parafuso de rocha com uma geometria circunferencial não circular, tal como o parafuso de barra de reforço 89 mostrado em seção na Figura 22, a orientação da direção de polarização das ondas ultrassônicas de cisalha- mento pode fazer uma diferença em termos de qualidade de sinal e informações carregadas pelo sinal.

[00304] Mais ainda, pode ser possível seletivamente orientar a pola- rização de onda de cisalhamento ou ao longo ou perpendicular a uma linha de crista 90 do parafuso de barra de reforço 89 para ou favorecer a força de um sinal de eco ou sensibilidade para atravessar uma de-formação do parafuso. O mesmo pode ser aplicar a outros tipos de pa-rafusos que possuem uma certa simetria ao redor da direção axial, por exemplo, DYWIDAG THREADBAR®, ou um Parafuso D.

[00305] Em modalidades onde um transdutor de ultrassom longitudinal 84 e um transdutor de onda de cisalhamento 82 são utilizados, pode ser preferível utilizar o transdutor de onda de cisalhamento 82 para detecção de sinais de eco e determinação do TOF de um refletor de referência na zona livre de tensão de cabeça de parafuso de rocha 15. Isto é porque a velocidade de ondas de cisalhamento é mais sensível à temperatura (como pode ser visto na Figura 2) e mais lenta do que aquela de ondas longitudinais (isto é, TOF maior); portanto para um dado erro de medição absoluto em medição TOF, a detecção de onda de cisalhamento pode prover uma melhor precisão sobre a medição de mudança relativa de TOF. Para conseguir isto, é preferível perfurar o furo de referência 88 sob a localização do transdutor de onda de cisalhamento 82 como ilustrado na Figura 21F.

[00306] Em ainda outras modalidades, diferentes configurações de um ou mais transdutores de ultrassom são possíveis. As Figuras 23A e 23B mostram uma configuração de três transdutores de ultrassom: os primeiro e segundo transdutores 82, 84 em uma configuração lado a lado, como acima descrito, e um terceiro transdutor de ultrassom 92 em uma configuração empilhada com o primeiro transdutor de ultrassom 82.

[00307] Em outras modalidades, o terceiro transdutor de ultrassom 92 pode também estar empilhado sobre o segundo transdutor de ultrassom 84.

[00308] Dependendo da qualidade de sinal requerida, o terceiro transdutor de ultrassom 92 pode estar ou acima ou sob o primeiro ou segundo transdutores de ultrassom 82, 84.

[00309] Em algumas modalidades, o terceiro transdutor de ultrassom 92 pode estar configurado para emitir ondas ultrassônicas de ci- salhamento, enquanto que, em outras modalidades, o terceiro transdutor de ultrassom 92 pode estar configurado para emitir ondas ultrassô- nicas longitudinais.

[00310] Em modalidades onde o terceiro transdutor de ultrassom 92 está configurado para emitir ondas ultrassônicas longitudinais, pode ser desejável que o terceiro transdutor de ultrassom 92 emita ondas em uma terceira frequência que é mais alta do que a primeira e segunda frequências dos primeiro e segundo transdutores de ultrassom 82, 84. Isto pode favorecer a detecção de sinais de eco e a determinação do TOF de um refletor de referência na zona livre de tensão de cabeça de parafuso de rocha 15, como acima discutido. Consequentemente, a frequência de operação no terceiro transdutor de ultrassom 92 pode ser escolhida de tal modo que ondas de alta frequência geradas pelo terceiro transdutor de ultrassom 92 sejam rapidamente atenuadas de modo a não interferir com a detecção de sinais de eco gerados pelos outros dois transdutores de ultrassom que chegam mais tarde.

[00311] Em modalidades onde o terceiro transdutor de ultrassom 92 está configurado para emitir ondas ultrassônicas de cisalhamento, a sua direção de polarização pode ser perpendicular àquela do primeiro transdutor de ultrassom 82 de modo que a diferença em polarização seja 90°. Mais ainda, além da medição de tensão axial e deformação plástica, tendo dois transdutores de ultrassom de cisalhamento configurados com polarizações perpendiculares pode prover um meio extra para detecção de dobramento de parafuso de rocha já que as ondas de cisalhamento com duas diferentes direções de vibração poderiam ser comportar diferentemente quando o parafuso de rocha é dobrado.

[00312] As Figuras 24A e 24B mostram uma modalidade adicional, onde existem três transdutores de ultrassom empilhados, dois dos quais são transdutores de ultrassom para emitir ondas ultrassônicas de cisalhamento com direções de polarização perpendiculares uma à outra e um das quais, a saber a mais inferior, é um transdutor de ultrassom para emitir ondas ultrassônicas longitudinais. Assim, por exemplo, o transdutor mais inferior é o segundo transdutor de ultrassom 84, o transdutor intermediário é o primeiro transdutor de ultrassom 82 e o transdutor superior é o terceiro transdutor de ultrassom 92. A ordem destes transdutores de ultrassom pode ser alterada para adequar parafusos de rocha específicos e necessidades de detecção. Além da medição de tensão axial e deformação plástica, esta configuração de sensor pode também detectar se o parafuso de rocha está dobrado porque ondas de cisalhamento com duas diferentes direções de vibração poderiam se comportar diferentemente sob o dobramento.

[00313] É notado que nas modalidades acima descritas, a forma, dimensões, localizações e ordem de empilhamento podem ser alteradas e modeladas para específicos parafusos de rocha e necessidades de monitoramento.

[00314] Mais ainda, em algumas modalidades, um quarto transdutor de ultrassom configurado para emitir ondas ultrassônicas de cisalha- mento poderia estar empilhado sobre qualquer um dos transdutores de ultrassom configurados para emitir ondas ultrassônicas de cisalhamen- to ou longitudinais. O quarto transdutor de ultrassom pode ter uma po-larização tal que a polarização dos transdutores de ultrassom configu-rados para emitir ondas ultrassônicas de cisalhamento difere umas das outras por 45°. Uma tal possível configuração está mostrada nas Figuras 24C e 24D, onde os primeiro e segundo transdutores de ultrassom de cisalhamento 83 e 85, respectivamente, estão empilhados, suas polarizações sendo afastadas de 90°, e um transdutor de ultrassom longitudinal 91 está empilhado sobre um terceiro transdutor de ultrassom de cisalhamento 93, a polarização do terceiro transdutor de ultrassom de cisalhamento sendo em 45°.

[00315] Mais ainda, o transdutor adicional 87 mostrado nas Figuras 21D e 21E, pode ser adicionado a quaisquer outras configurações de sensores aqui descritas, para detecção do furo de referência 88 na zona livre de tensão da cabeça de parafuso.

[00316] Em algumas modalidades, um ou mais transdutores de ultrassom podem ter uma função ao invés de ou além da função sendo utilizada para excitar e detectar ondas ultrassônicas. Por exemplo, um dos transdutores de ultrassom pode estar configurado para também ou somente ser utilizado em um modo passivo como um sensor de vibração. Em tal modalidade, se um evento sísmico ou de detonação for detectado por este transdutor de ultrassom, o sistema eletrônico pode automaticamente comutar para um modo ativo e utilizar todos os transdutores de ultrassom ou os outros transdutores de ultrassom para medir e/ou monitorar qualquer mudança na condição de parafuso de rocha.

[00317] Em algumas modalidades, pode também ser possível adicionar uma camada condutora no topo de um ou mais dos transdutores de ultrassom. Isso pode ajudar a criar pilhas de altura igual. Por exemplo, se três transdutores de ultrassom forem utilizados, com dois destes sendo empilhados, a altura dos transdutores empilhados pode ser mais alta do que o único transdutor de ultrassom. Assim, um condutor 94 pode ser adicionado no topo do transdutor de ultrassom único para coincidir a altura dos dois transdutores empilhados. Tal configuração está mostrada nas Figuras 24E e 24F. Isto pode ajudar a criar uma superfície uniforme para conectividade operável com, por exemplo, a camada de borracha condutiva 44 de modalidades do sistema acima descritas.

[00318] É notado que que todas as características e modalidades acima descritas dos transdutores de ultrassom podem ser aplicadas aos um ou mais transdutores de ultrassom 10a, 10b descritos com relação à Figura 18A.

[00319] Outra modalidade de um sistema será descrita com referência às vistas explodidas mostradas nas Figuras 25A a 25C. Nesta modalidade, uma porca 201 e um colar roscado 203 são utilizados para prender o componente de sensor 204 (por exemplo, o primeiro componente 34 nas modalidades da Figura 18A) contra a extremidade exposta do cabeça de parafuso de rocha 15 enquanto que o componente de receptor 207 (por exemplo, o segundo componente 36 na modalidade da Figura 18A) deve ser preso no componente de sensor 204.

[00320] Elementos piezelétricos 202, tais como, por exemplo, os transdutores de PZT acima descritos, estão operativamente conectados, por exemplo eletricamente condutivamente colados, por sobre a extremidade exposta do cabeça de parafuso de rocha 15.

[00321] Um anel de borracha ou arruela 205 pode ser utilizado para prover uma vedação, tal como uma vedação à prova de água.

[00322] Conectores elétricos carregados por mola 206a, b e c podem ser utilizados bobina de indução (tal como, por exemplo, a bobina de indução 38 acima descrita) nos eletrodos superior e inferior dos elementos piezelétricos 202.

[00323] A Figura 25D é uma vista plana do componente sensor e mostra um layout de conectores 206a, b e c sobreposto ao layout dos elementos piezelétricos 202. As pontas dos conectores 206a e 206b estão em contato elétrico com os eletrodos superiores dos elementos piezelétricos 202, e suas outras extremidades estão conectadas eletricamente com um material condutivo 208. Estes são então eletricamen- te conectados a um fio condutor da bobina de indução, tal como a bobina de indução 38 acima descrita. A ponta do conector 206c está em contato elétrico com a extremidade exposta da cabeça de parafuso de rocha 15 enquanto que a outra extremidade do conector está eletricamente conectada no outro fio condutor da bobina de indução. Uma bobina de indução de excitação / detecção (tal como a bobina 40 acima descrita) está afixada no fundo interno do componente de receptor.

[00324] Modalidades exemplares de componentes 204 e 207 estão mostradas nas Figuras 25E a 25G. Na modalidade da Figura 25F, uma etiqueta de RFID 60 está presente. Todas as partes plásticas podem ser impressas em 3D, moldadas a frio, ou moldadas por injeção.

[00325] Em algumas modalidades, os elementos piezelétricos 202 podem ser protegidos durante a instalação do parafuso de rocha utilizando uma tampa metálica (não mostrada) rosqueada sobre a extremidade de parafuso de rocha. Após a instalação do parafuso de rocha, esta tampa de proteção pode ser removida. Então a porca 201 seria deslizada, aparafusada ou de outro modo conectada na cabeça de parafuso de rocha 15 um colar roscado 203 seria então rosqueado por sobre a cabeça do parafuso de rocha 15 até este ser totalmente parado pela extremidade exposta da cabeça do parafuso de rocha 15. O componente de sensor 204 seria posicionado no topo do colar roscado 203, enquanto assegurando que os conectores elétricos 206a, 206b e 206c estão orientados conforme desejado, por exemplo, como mostrado na Figura 25D com relação à posição dos elementos piezelétricos 202. A seguir, a porca 201 seria aparafusada por sobre a roca do componente 204 para prender o componente 204 sobre a cabeça de parafuso de rocha 15. Finalmente, o componente 207 seria preso no componente 204.

[00326] As Figuras 25H e 25I mostram esta modalidade em um estado totalmente montado sobre a cabeça de parafuso de rocha 15.

[00327] A Figura 26A mostra um conjunto 130 que pode ser integrado no primeiro componente 34 ou no segundo componente 36 para medição de temperatura próximo da cabeça de parafuso de rocha 15 utilizando ultrassom.

[00328] O conjunto 130 pode ser composto de um bloco 131 feito de um material com condutividade térmica relativamente alta, tal como, por exemplo, alumínio, o qual é de preferência não magnético, com primeira e segunda superfícies paralelas 132 e 133, um transdutor de ultrassom 134 (por exemplo, um disco de PZT) preso (por exemplo, colado) à primeira superfície 132, e uma bobina de indução 135. Os dois fios condutores 136 e 137 da bobina de indução 135 estão eletricamente conectados nos eletrodos superior e inferior do transdutor 134, respectivamente.

[00329] Em modalidades onde o conjunto 130 seria integrado no primeiro componente 34, a bobina de indução 135 pode ser substituída pela bobina de indução 38. Quando excitado pela bobina de indução 40, o transdutor 134 gera ondas ultrassônicas que propagam através da espessura do bloco 131 e reverberam entre as superfícies 132 e 133. O TOF de um eco refletido ou a diferença entre TOFs de ecos selecionados é uma função da temperatura do bloco e, portanto, pode ser utilizado para medir a temperatura do bloco com base em dados de calibração preestabelecidos para o material de bloco. A temperatura de bloco medida é então utilizada como uma estimativa da temperatura de cabeça de parafuso de rocha para o cálculo de mudança relativa corrigida em temperatura de TOF utilizando uma das equações acima discutidas.

[00330] Uma modalidade do conjunto de medição de temperatura está ilustrada nas Figuras 26B e 26C. A Figura 26B é uma vista esquemática que mostra o conjunto embutido em um componente de sensor 204 e inclui representações esquemáticas de outros compo- nentes do conjunto acima discutidos, tais como elementos piezelétri- cos 202 e conectores elétricos 206a, b e c. Uma resina 209 é utilizada para prender o conjunto 130 enquanto provendo impermeabilização para todos os componentes embutidos na resina. A Figura 26C mostra um componente de sensor acabado 204.

[00331] Como mostrado, em algumas modalidades, uma peça de chapa de ferrita 210 pode ser colocada entre o bloco metálico 131 e as bobinas de indução 38 e 135 para reduzir a perda de energia eletromagnética indutivamente induzida para o bloco metálico condutivo.

[00332] Referindo à Figura 26D, em modalidades onde uma etiqueta de RFID 60 é utilizada em conjunto com um bloco metálico 131, uma pequena peça de chapa de ferrita 210 pode ser colocada entre a etiqueta de RFID 60 e o bloco 131 para reduzir a perda de energia ele-tromagnética indutivamente induzida para o bloco metálico condutiva 131.

[00333] De modo a aperfeiçoar a precisão da medição e tornar a temperatura de bloco uma aproximação mais próxima da temperatura de cabeça de parafuso de rocha, pode ser desejável aperfeiçoar o contato térmico entre o bloco 131 e a cabeça de parafuso de rocha 15. Neste aspecto, uma modalidade está ilustrada na Figura 26E, onde o contato térmico entre o bloco 131 e a cabeça de parafuso de rocha 15 é conseguido conectando um adaptador termicamente condutivo 211, por sobre a cabeça de parafuso de rocha 15, enquanto mantendo um contato térmico substancial entre o bloco 131 e o adaptador 211. Uma pasta térmica pode ser aplicada entre os componentes em contato para melhorar a condução térmica. Em algumas modalidades, parte do bloco 131 pode ser exposta ao ar ambiente ou em contato térmico direto com uma área exposta da cabeça de parafuso de rocha 15.

[00334] Como acima discutido, uma peça de chapa de ferrita 210 pode ser colocada entre o bloco metálico 131 e as bobinas de indução 38 e 135 para reduzir a perda de energia eletromagnética indutivamente induzida para o bloco metálico condutor 131.

[00335] Como anteriormente discutido, as posições de elementos piezelétricos podem afetar significativamente a qualidade de sinais de ultrassom. Referir à Figura 27A. Para assegurar uma instalação apro-priada de transdutores de ultrassom, pode uma pequena guia de ali-nhamento 212 pode ser utilizada. Na prática, um círculo 214 é traçado sobre a extremidade exposta da cabeça de parafuso de rocha 15 como ilustrado na Figura 27B. Então, a guia 212 é colada por sobre a extremidade da cabeça de parafuso de rocha 15 de tal modo que a borda circular da guia fique alinhada com o círculo 216 enquanto que o entalhe 213 da guia fique alinhado com uma referência, por exemplo, a linha de crista 90 de um parafuso de barra de reforço mostrado na Figura 22, ou um furo de referência encontrado no meio da pá de um parafuso D mostrado na Figura 11E. Então elementos piezelétricos 202 são colados por sobre a extremidade da cabeça de parafuso de rocha contra a guia 212 (Figuras 27B e 27C). O fundo 214 do componente 204 tem uma área rebaixada 215 (Figura 27D) para coincidir com a guia 212 quando montada (Figura 27E). Portanto a guia 212 também serve para ajudar a posicionar o componente 204 de tal modo que os conectores carregados por mola 206a, 206b e 206c tenham um alinhamento apropriados com os elementos piezelétricos 202 e uma área exposta da superfície dianteira 42 da cabeça de parafuso rocha 15. A guia 212 pode ser feita de material plástico e pode ser impressa em 3D, moldada a frio ou moldada por injeção.

[00336] Outra modalidade de um sistema será descrita com referência às vistas explodidas mostradas nas Figuras 28A a 28C. O sistema é composto de uma folha metálica 301, elementos piezelétricos 302, uma base 303, uma porca 304, uma tampa 305, dois êmbolos de suporte 306 e bobinas de indução (não mostradas). Nesta modalidade, a base 303 e a tampa 305 não são eletricamente condutivas e podem ser impressas em 3D ou moldadas utilizando um material plástico não condutivo. A porca 304 pode ser ou metálica ou plástica ou de outros materiais adequados que permitem que a porca seja formada ou usinada. Uma bobina de indução, tal como, por exemplo, a bobina de indução 38 acima descrita, pode ser colada por sobre a face 303c da base 303 com dois fios condutores passando respectivamente através de dois furos espaçados. O furo 303b está mostrado, enquanto que o outro furo não está mostrado e passa através do centro das bases 303. Os elementos piezelétricos 302 podem ser colados sobre a folha metálica 301 a qual, por exemplo, pode ser uma folha de aço inoxidável de 50 mícrons de espessura. Os eletrodos superiores dos elementos piezelétricos 302 podem então ser eletricamente conectados no fio condutor que passa através do furo (não mostrado) próximo do centro da base 303 (não mostrada) enquanto que a folha metálica 301 pode ser eletricamente conectada no fio condutor que passa através do furo 303b.

[00337] A folha conectada 301 e os elementos piezelétricos 302 devem então ser colados por sobre a face inferior 303a da base 303. A face inferior 303a tem um padrão rebaixado para acomodar as formas e as espessuras dos elementos piezelétricos 302 de tal modo que uma vez que a folha conectada 301 e os elementos piezelétricos 302 estão colados sobre a face inferior 303a, a folha metálica 301 permanece plana sobre a face 303a.

[00338] Uma etiqueta de RFID (não mostrada), tal como a etiqueta de RFID 60 acima descrita, pode ser embutida na base 303 utilizando uma resina.

[00339] A Figura 28D mostra uma base montada, acabada 303. Uma bobina de indução 38 está colocada por sobre a face inferior 303c da base 303.

[00340] A figura 28E mostra uma tampa acabada 305. Uma bobina de indução 40 está afixada no fundo interno da tampa 305. A folha metálica 301 da base acabada 303 pode ser colada por sobre a extremidade exposta da cabeça de parafuso de rocha 15 após o parafuso de rocha ter sido instalado. Então a porca 304 seria deslizada sobre a base 303 e então aparafusada por sobre a cabeça de parafuso de rocha 15 para prender a base 303 sobre a cabeça de parafuso de rocha 15. A tampa acabada 305 seria afixada na base acabada 303 assentando dois êmbolos de suporte 306 dentro de dois furos hemisféricos rasos 303d sobre a base 303.

[00341] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos aqui descritos e apresentados podem ser implementados como parte de um sistema de inspeção de parafuso de rocha para inspecionar parafusos de rocha ancorados nas paredes e tetos de uma cavidade reforçada. Especificamente, as modalidades onde o sistema compreende o primeiro e segundo componentes separáveis 34 e 36 podem permitir um usuário inspecionar parafusos de rocha instalados em paredes altas ou teto além do alcance do braço.

[00342] Referindo à Figura 29, em algumas modalidades, tal sistema de inspeção pode incluir uma vara extensível instrumentada 404. Um parafuso de rocha 401 estaria equipado com, na sua extremidade exposta, um conjunto de sensor ultrassônico passivo 402 (tal como o primeiro componente 34) no qual está integrada uma bobina de indução (tal como a bobina de indução) e, em algumas modalidades, uma etiqueta de RFID (tal como uma etiqueta de RFID 60). O usuário 407 pode utilizar a vara extensível 404, da qual a ponta está equipada com um componente de leitor 403 (tal como o segundo componente 36), que inclui uma bobina de indução (tal como a bobina de indução 40), para aproximar o conjunto de sensor 402 e inspecionar o parafuso 401. A bobina de indução no leitor 403 seria ligada com um cabo coa- xial 405 a uma unidade de leitura eletrônica alimentada por bateria, portátil 406. Em algumas modalidades, a vara extensível 404 pode ser composta de alguns tubos mais curtos em uma disposição telescópica, em cujo caso o cabo 405 poderia ser passado através dos furos destes tubos. O cabo 405 pode também ser amarrado ao exterior da vara 404.

[00343] O que foi descrito é meramente ilustrativo da aplicação e princípios de modalidades da presente descrição. Outras disposições e métodos podem ser implementados por aqueles versados na técnica.

[00344] Será compreendido que, a menos que especificado de outro modo, referências a um parafuso de rocha na descrição e reivindicações pode referir a ou um parafuso de rocha inteiro ou uma seção de parafuso de rocha; e consequentemente, o tempo de voo, a menos que especificado de outro modo, pode ser associado com ou um parafuso de rocha inteiro ou a seção de um parafuso de rocha.

[00345] Mais ainda, mesmo onde não explicitamente declarado, as características de uma modalidade aqui descrita podem ser combinadas com características de outra modalidade. Todas tais combinações pretendem estar incluídas na presente descrição.

[00346] Além disso, apesar de descrita primariamente no contexto de métodos e sistemas, outras implementações são também contempladas. Por exemplo, implementações são contempladas onde instruções são armazenadas em um meio legível por computador não transitório ou legível por processador, o qual, quando executado, faz com que o computador ou processador execute os métodos, opere um sistema ou execute quaisquer outras etapas, operações, ou cálculos de acordo com as modalidades aqui descritas.

Claims

1. Método para determinar uma mudança em tensão axial em uma seção de parafuso de rocha, o método caracterizado pelo fato de que compreende, • em um primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultras- sônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo da seção de parafuso de rocha para medir um primeiro tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais; • em um segundo ponto no tempo após o primeiro ponto no tempo, propagar ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudinais ao longo da seção de parafuso de rocha para medir um segundo tempo de voo para cada uma das ondas de cisalhamento e longitudinais; • usando as mudanças relativas dos primeiro e segundo tempos de voo, determinar a mudança em condição da seção de para-fuso de rocha, em que, se, durante o período do primeiro ponto no tempo e do segundo ponto no tempo a seção de parafuso de rocha está em um regime de deformação elástica, a mudança em tensão axial da seção de parafuso de rocha é determinada de acordo com

, em que

é a mu- dança média em tensão axial entre o primeiro e segundo pontos no tempo,

e

são os tempos de voo das ondas ultrassónicas longi-tudinais e de cisalhamento, respectivamente, no primeiro ponto no tempo, τL eτS são os tempos de voo das ondas ultrassônicas longitudinais e de cisalhamento, respectivamente, no segundo ponto no tempo,

é é uma razão de um coeficiente de temperatura para as ondas ultrassônicas longitudinais para um coeficiente de temperatura para as ondas ultrassônicas de cisalhamento, e

e

são os coeficientes de tensão para as ondas ultrassônicas de cisalhamento e longitudi- nais, respectivamente.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende excitar simultaneamente um primeiro transdutor de ultrassom configurado para emitir ondas ultrassô- nicas de cisalhamento em uma primeira frequência e um segundo transdutor de ultrassom configurado para emitir ondas ultrassônicas longitudinais em uma segunda frequência, em que o primeiro e os segundos transdutores de ultrassom são dispostos em uma configuração lado a lado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma direção de polarização do primeiro transdutor de ultrassom está alinhada com uma direção radial preferida da seção de parafuso de rocha.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a primeira frequência e a segunda frequência são suficientemente distintas para que ecos correspondentes sejam capazes de serem destacados usando um ou mais filtros passa-faixa.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende determinar um tempo de chegada de um sinal de eco de onda longitudinal com base em um tempo de chegada de um eco de onda ultrassônica de cisalhamento.