CN106556830A - 雷达法砼结构探测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷达法砼结构探测仪，该探测仪包括相互配合的雷达发射器和雷达示波管；在雷达示波管上依次连接有放大器、幅度选择器、频率计数器、模/数转换器、对比增强器、数/模转换器以及成像及分析系统。本发明系统总体结构设计独特，操作方便，易于维护，能清晰地观察非金属、非极性材料内部结构的分布情况，探测过程轻松便捷，可以节省大量的人力物力，能够更好地服务于我国工程质量检测事业。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测仪，具体的说是雷达法砼结构探测仪。
背景技术
雷达波段指雷达发射电波的频率范围。其度量单位是赫兹(Hz)或周/秒(C/s)。大多数雷达工作在超短波及微波波段，其频率范围在30～300000兆赫，相应波长为10米至1毫米，包括甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)4个波段。由于具有极高频及空间分辨率很高、脉冲短、时间分辨率很高、能量小人体破坏作用可忽略等独特性能，在通信、雷达、无损检测等方面具有深远而重要的影响，雷达技术广阔的应用前景已经引起全球许多国家的广泛关注，并有着突飞猛进的发展。
在日常生活中，人们都知道X光具有探测功能，但X光是利用其光子的高能性来实现对物体的探测，因此照射X光时会造成肌体不同程度的损伤，但是雷达对人体的辐射量远小于X伤。由于光子能量很高，X光穿透物体后难以反射成像，而雷达波却不存在这一短板，因而具备了能够相关探测仪器做得更轻便；在雷达无损检测中，通常采用已知波形的雷达辐射照射被测物体，雷达波与被测物体相互作用后在辐射源处或其附近被接收；利用物体的介电性质或者物体中的不连续性对雷达信号的影响，通过测定并分析雷达信号的改变从而得到该物体的内部结构。目前针对现役基础设施结构内部埋置物分布情况探测功能是当前土木工程检测迫切需要的重要技术指标，当前比较成熟的无损检测方法主要有超声法、超声回弹综合法、雷达法、红外成像法，这些方法都是采用回波判断无法实现对混凝土结构的直接探测观察，虽然给工程检测带来了许多方便，但判断误差一般较大，给工程实际应用带来了许多困扰，所以解决上述问题显得尤为迫切。
经过现有技术的检索发现，中国专利(申请)号2014100875484、200810024647.2、200810039180.9、2012101136599、2012103781278、90103530.0六种发明型专利，第一种用于测量钢筋位置、保护层厚度、直径测定，无法实现对混凝土结构的探测检测，第二、三两种发明皆属于土木工程技术领域的预埋式钢筋锈蚀监测装置，前者可以粗略地估测钢筋的锈蚀状态，后者仅可较为准确检测钢筋锈蚀程度，第四、五两种也仅仅是实现了混凝土中钢筋锈蚀的定量检测，第六种用于医疗探测诊断、工业探伤、安全检查，同样无法实现对混凝土结构的直接探测检测，上述六种发明都是对钢筋混凝土的某一技术参数检测，都没实现对待测物体内部结构的探测观察分析。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种雷达法砼结构探测仪，能清晰地观察非金属、非极性材料结构内部目标物体的分布情况，可以节省大量的后续工作，方便快捷。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种雷达法砼结构探测仪，包括相互配合的雷达发射器和雷达示波管；在雷达示波管上依次连接有放大器、幅度选择器、频率计数器、模/数转换器、对比增强器、数/模转换器以及成像及分析系统。
所述雷达放大器上还连接有雷达供电电源。
所述成像及分析系统包括与数/模转换器连接的返波振荡器，在返波振荡器上依次连接有斩波稳定放大器、高精度平移台、焦热电红外探测器、双通道高频锁相放大器以及电脑；电脑还与返波振荡器和高精度平移台相连接，电脑中装有对返波振荡器控制扫描模块和对高精度平移台控制模块；斩波稳定放大器还与双通道高频锁相放大器连接。
所述电脑上还连接有温度测量器。
所述电脑中包括对待测目标物体光谱分析分析控制模块。
所述所有部件均设置在同一仪器箱内。雷达发射器采用已成熟的可控频率雷达发射器，并将雷达发射器和雷达示波管设计在同一个箱体内，极大缩小了多功能混凝土结构探测仪收发系统的尺寸，便于在工程现场使用和携带。
雷达成像系统采用半导体作为瞬态性、相干性、低能性、宽带性的雷达激励源，应用高灵敏度、高信噪比的自由空间电光取样探测方法，获得被探测物体的探测时的时域光谱。
放大器采用数字锁相放大器的高性能的正交解调技术，使微弱信号检测精度能得到很大程度的提高；这个选择是为了雷达成像系统能得到分辨率高的清晰图像。
雷达成像系统软件操作平台主要包括接口模块、控制扫描模块、数据采集模块、成像模块、雷达光谱分析模块。
接口模块由VS2015提供的mscomm32.ocx控件实现串口通信，为应用程序提供与下位机通信功能。
控制扫描模块和数据采集模块配合，利用VS2015多线程程序设计与VS.NET IDE提供的开发界面能有效实现数据采集、存储、同步显示。
成像模块与雷达光谱分析模块结合完成数据处理分析和图像复原，通过THS1206IDA转换将二维图像信号转换成一维信号并用扫描算法在显示端进行逆运算复原信号、重构图像和光谱，然后在光谱分析模块进行对比分析确定待测物体中的目标物体。
雷达光谱分析模块是通过物质的光谱特点为其设定对应的雷达光谱程序，从而达到对物质的精确辨识。
频率计数模块实现信号统计，将发送来的信号通过频数计数执行模/数转换。
对比增强器，它是由增感屏和微光像透镜耦合而成的混合型器件，实现待测目标成像复原。
所述雷达发射器与待测工件间的入射角优选为30°至60°。
所述雷达发射器与待测工件间的入射角最佳为45°。
本发明将雷达发射器和雷达示波管设计在同一个仪器箱内，采用已成熟的可控频率雷达发射器向待测物体内部发射一束经过准直器的平行雷达，雷达被待测物体及其内部待测目标物体反射吸收，由于不同物体的介电性质或者物体中的不连续性对雷达信号的影响不同，所反应出来的光谱序列也不同，通过测定并分析雷达信号的改变从而得到该物体的内部结构。雷达示波管感应到信号后，这些很弱的信号被锁相放大器放大、频幅选择，进行频率计数采集，通过模/数转换器处理、对比增强器处理使信号达到最优状态，最后经过数/模转换器处理后轰击安装在成像系统的半导体，采用高灵敏度、高信噪比的自由空间电光取样探测方法，获得被探测物体的探测时的时域光谱，将采集到的二维图像信号转换成一维信号并用扫描算法在显示端进行逆运算复原信号、重构图像和光谱，然后在光谱分析模块进行对比分析确定待测物体中的目标物体；同时VS2015提供的mscomm32.ocx控件实现与电脑的串口通信达到图像显示、采集、存储、控制及参数设定的目的，大大减小了设备的体积，便于携带和工程检测应用，极大降低了现场使用的复杂性和操作时间，满足了探测混凝土结构内部埋置物分布情况的需求。
有益效果：本发明构造简单，操作方便，易于维护。与现有的其他基础结构探测设备相比，最突出的优点就是能清晰地观察基础结构内部的非金属、非极性材料中的待测目标物体的分布情况，而无需再对测量的数据做进一步的数据处理，可以节省大量的工作，对于基础设施的建设和维护具有极其重要的实用价值。
附图说明
图1是本发明结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种雷达法砼结构探测仪，包括相互配合的雷达发射器和雷达示波管；在雷达示波管上依次连接有放大器、幅度选择器、频率计数器、模/数转换器、对比增强器、数/模转换器以及成像及分析系统；在放大器上还连接有供电模块。成像及分析系统包括与数/模转换器连接的返波振荡器，在返波振荡器上依次连接有斩波稳定放大器、高精度平移台、焦热电红外探测器、双通道高频锁相放大器以及电脑；电脑还与返波振荡器和高精度平移台相连接，斩波稳定放大器还与双通道高频锁相放大器连接；电脑中包括对待测目标物体光谱分析分析控制模块。上述所有模块均设置在同一防仪器箱内。
雷达发射器与待测物体间的入射角优选30°至60°，最佳为45°。
本发明可以利用雷达发射器的频率控制功能实现对基础结构内部埋置物的分布情况以及种类、大小、形貌、数量、位置进行探测观察。
雷达发射器：选择已成熟的可控频率雷达发射器。
成像级分析系统采用半导体作为瞬态性、相干性、低能性、宽带性的雷达激励源，应用高灵敏度、高信噪比的自由空间电光取样探测方法，可获得被探测物体的探测时的时域光谱，由于不同物质的光谱特点不同，通过为其已设定的雷达波段光谱程序来辨识目标物体。
本发明探测的距离和雷达发射器的输入频率参数选择密切相关，如果探测目标物体的距离或深度在探测阈值范围之外，实际测量中，当频率输入参数选择最大值时依然看不清晰或呈现灰色。
本发明需借助计算机进行数据处理和分析和显示所生成的图像分析报告。通过和计算机连接可以为使用者提供更直观地图像分析报告，以便于使用者方便快捷地执行对基础结构内部各类埋置物体的判断。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：包括相互配合的雷达发射器和雷达示波管；在雷达示波管上依次连接有放大器、幅度选择器、频率计数器、模/数转换器、对比增强器、数/模转换器以及成像及分析系统。
2.根据权利要求1所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述放大器上还连接有雷达电源。
3.根据权利要求1所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述成像及分析系统包括与数/模转换器连接的返波振荡器，在返波振荡器上依次连接有斩波稳定放大器、高精度平移台、焦热电红外探测器、双通道高频锁相放大器以及电脑；电脑还与返波振荡器和高精度平移台相连接；斩波稳定放大器还与双通道高频锁相放大器连接。
4.根据权利要求3所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述电脑上还连接有温湿度测量器。
5.根据权利要求3所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述电脑中包括对待测目标物体光谱分析分析控制模块。
6.根据权利要求1所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述所有部件均设置在同一个仪器箱内。
7.根据权利要求1所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述雷达发射器发出雷达射线与待测工件间的入射角为30°至60°，所述雷达。
8.根据权利要求7所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述雷达发射器发出的雷达射线与待测工件间的入射角为45°。
9.根据权利要求1所述一种雷达法砼结构探测仪，其特征在于：所述放大器为数字锁相放大器。
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| CN109537442A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-03-29 | 河南省第二公路工程有限公司 | 立柱钢筋混凝土保护层厚度自动检测调整装置及施工工艺 |
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2016
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| CN109537442B (zh) * | 2018-12-04 | 2020-12-25 | 河南省第二公路工程有限公司 | 立柱钢筋混凝土保护层厚度自动检测调整装置 |
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