CN109188553A - 一种非接触式墙体内埋电线的探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式墙体内埋电线的探测装置及方法，属于技术领域。本发明提供的探测装置，包括：照射源、光机扫描装置、毫米波检测机、信号处理电路、图像显示模块；照射源包括噪声照射源和微波发射天线；光机扫描装置对墙体进行二维波束扫描，获得墙体内埋电线发出的毫米波；毫米波检测机将接收的毫米波进行放大、检波处理后输出到信号处理电路进行处理；获得到周期性的最大、等幅信号，从而得到电线的位置信息和/或走向信息，在所述图像显示模块中显示。本发明还提供一种探测方法，包括被动探测模式和/或主动探测模式。本发明能够非接触式探测墙体内埋设的带电和非带电电线。

Description

一种非接触式墙体内埋电线的探测装置及方法

技术领域

本发明属于建筑物的结构检测技术领域，具体涉及一种非接触式墙体内埋电线的探测装置及方法。

背景技术

通常认为微波频率范围在300MHz～300GHz之间，毫米波频率范围为30～300GHz，二者均能够对混凝土、木材、石材、陶瓷、人造装饰板等墙壁材料具有良好的穿透性。

在建筑物装修中，如果没有水电走向图的话，墙面内埋设的电线往往对施工造成一定影响，甚至引发事故，造成人员伤害与财产损失。如果能在施工前进行有效的非破坏性、非接触式探测，摸清墙面内的电线，乃至水管、金属钢筋等内埋设备的布置，则能有效地防止相关事故损失的发生。

目前的工控领域，已经具有专门针对金属、电线等物体的探测装置。基于电磁感应的金属探测装置，能够对墙体内埋设的电线、钢筋等进行很好的探测，但无法区分带电和非带电电线；电容式、LC式等探测装置，能够对墙体内埋设带电电线进行很好的探测，但无法探测非带电电线和墙体内钢筋。

现行的墙体内埋电线的检测装置和方法，在下述两个方面具有局限：检测装置必须紧紧贴紧墙壁，以增强检测效果，如果离开墙壁，检测效率急剧下降；能够检测墙壁内埋设电线，但不能区分电线是否带电，是否可以安全操作。

现代物理学指出，一切处于绝对零度的物体，都会自发地向外辐射电磁能量，这些向外辐射的能量中，毫米波频率的能量尽管非常少，但可以用高灵敏度的毫米波检测器检测出来。

物体向外辐射的毫米波能量可以用毫米波辐射温度TB(BrightnessTemperature，亮度温度)来表征，毫米波检测器所能检测到的辐射毫米波功率P与物体的发射率ε相关，并毫米波辐射温度TB成正比。物体的毫米波辐射温度TB与物体的物理温度成正比，即物体的物理温度越高，物体的毫米波辐射温度TB就越高，越能够被毫米波检测器检测到。

墙体内电线带电时，金属电线自身物理温度要高于环境温度，尽管金属的发射率近似于零，不向外辐射毫米波，但金属电线的外皮一般由橡胶、塑料制成，电线外皮的自身物理温度亦高于环境温度，电线外皮的发射率接近于1，向外辐射毫米波，穿透墙体，能够被高灵敏度的毫米波检测器检测，并将其从墙体环境中区分开来。

墙体内电线不带电时，由于金属电线和外皮的自身物理温度与墙体环境一致，此时，毫米波检测器无法检测到电线。为了能够探测到墙体内不带电电线，可以外加一个噪声照射源向墙体内电线照射，该噪声照射源的频率可以是微波频率(300MHz～30GHz)，此时金属电线的反射率接近于1，反射的电磁波中，含有毫米波谐波分量信号，能够穿透墙体，被毫米波检测器检测到，并将电线从墙体环境中区分开来；噪声照射源的频率也可以是毫米波频率(30GHz～300GHz)，此时金属电线的反射率接近于1，反射毫米波信号穿透墙体，被毫米波检测器检测到，并将电线从墙体环境中区分开来。在实际应用中，采用照射源的另一个目的是可以减少成本。

发明内容

本发明目的是提供一种非接触式探测墙体内埋设的带电和非带电电线的装置及方法。

具体地说，一方面，本发明提供了一种非接触式墙体内埋电线的探测装置，包括：照射源、光机扫描装置、毫米波检测机、信号处理电路、图像显示模块；

所述照射源包括发出非调制的宽带白噪声信号的噪声照射源和将所述宽带白噪声发射出去的微波发射天线；

所述光机扫描装置对墙体进行二维波束扫描，获得墙体内埋电线发出的毫米波；

所述毫米波检测机接收光机扫描装置获得的毫米波，将接收的毫米波进行放大、检波处理后输出到信号处理电路进行处理；

所述信号处理电路从输入信号中获得到周期性的最大、等幅信号，从而得到电线的位置信息和/或走向信息，所述电线的位置信息和/或走向信息在所述图像显示模块中显示。

进一步而言，所述噪声照射源的频率为300MHz～30GHz或30GHz～300GHz。

进一步而言，所述光机扫描装置包括电机和全反射面；所述电机驱动全反射面绕垂直于墙体的轴向旋转；全反射面为与所述轴向呈指定角度的光滑斜面，能够对墙体进行二维圆锥波束扫描。

进一步而言，所述指定角度为15度。

进一步而言，所述毫米波检测机依次包括毫米波接收天线、宽带低噪声毫米波放大器、窄带高增益毫米波放大器、毫米波检波器和视频放大器。

进一步而言，所述全反射面沿轴向的投影面积与毫米波接收天线口径面积相当，以使经全反射面反射的毫米波波束由毫米波接收天线汇聚。

进一步而言，还包括壳体；所述壳体由内壁敷设毫米波吸波材料的全金属制成，壳体上与微波发射天线相应位置设置有微波照射透波窗口；壳体上还设置有毫米波接收透波窗口，当光机扫描装置对墙体进行二维波束扫描时，毫米波穿过毫米波接收透波窗口。

另一方面，本发明还提供一种非接触式墙体内埋电线的探测方法，采用上述非接触式墙体内埋电线的探测装置实现，进行探测时探测装置与被探测的墙体保持非接触状态，所述探测方法包括：

被动探测模式：探测被探测的墙体内是否有带电电线，若有则在探测装置上标出带电电线的位置和走向；若无则在探测装置上无显示。

进一步而言，进行探测时探测装置与被探测的墙体保持非接触状态，所述探测方法包括：

主动探测模式：探测被探测的墙体内是否有非带电电线，若有则在探测装置上标出非带电电线的位置和走向；若无则在探测装置上无显示。

进一步而言，进行探测时探测装置与被探测的墙体保持非接触状态，所述探测方法包括：

被动探测模式：探测被探测的墙体内是否有带电电线，若有则在探测装置上标出带电电线的位置和走向，检测结束；若无则启动主动探测模式；

主动探测模式：探测被探测的墙体内是否有非带电电线，若有则在探测装置上标出非带电电线的位置和走向，检测结束；若无则检测结束。

本发明的有益效果如下：本发明的非接触式墙体内埋电线的探测装置，

能够在距离墙壁的一定距离内(0.1～2米)，探测墙壁内埋设的电线，显示出电线的走向和位置，不需要接触墙壁。本装置能够在一些不能直接接触墙壁的特殊场合，进行准确的墙体内埋设电线的检测；

通过被动探测和主动探测两种模式，检测与区分墙壁内埋设的带电和非带电电线，从而使得本发明的非接触式墙体内埋电线的探测装置能够应用于墙体内电线局部线路故障检测等；还可以拓展应用于墙体内钢筋、水管的检测。

附图说明

图1是本发明实施例的非接触式墙体内埋电线的探测装置示意图。

图2是本发明实施例的非接触式墙体内埋电线的探测装置工作流程图。

图3是本发明实施例的非接触式墙体内埋电线的探测装置波束对墙内水平方向电线的扫描轨迹及相应图像显示界面示意图。

图4是本发明实施例的非接触式墙体内埋电线的探测装置波束对墙内垂直方向电线的扫描轨迹及相应图像显示界面示意图。

图5是本发明实施例的非接触式墙体内埋电线的探测装置波束对墙内斜向电线的扫描轨迹及相应图像显示界面示意图。

图中的标号：11-微波发射天线，12-噪声照射源，21-毫米波接收天线，22-毫米波放大器1，23-毫米波放大器2，24-毫米波检波器，25-视频放大器，26-信号处理器，27-图像显示模块，31-电机，32-全反射面，33-波束扫描轨迹，41-微波照射透波窗口，42-毫米波接收透波窗口，43-机壳，51-墙体，52-墙体内埋电线，61-毫米波波束，62-图像显示界面，63-电线。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例：

本发明的一个实施例，为一种非接触式墙体内埋电线的探测装置。

如图1所示，探测装置由照射源(发射频率为300MHz～30GHz或30GHz～300GHz)、毫米波检测机、光机扫描装置、信号处理电路与图像显示模块组成。

其中，照射源由噪声照射源12和微波发射天线11组成。照射源在启动装置主动探测模式时工作，向墙壁进行微波照射，起到辅助探测非带电墙体内埋电线的作用。噪声照射源12发出非调制的微波宽带白噪声信号，其工作频率可不与毫米波检测机的频率一致，亦可与其一致。微波发射天线11采用小口径天线，以实现较大波束覆盖探测墙体区域。

毫米波检测机，由毫米波接收天线21、宽带低噪声毫米波放大器(下称毫米波放大器1)、窄带高增益毫米波放大器(下称毫米波放大器2)、毫米波检波器24、视频放大器25、信号处理器26和图像显示模块27组成。毫米波接收天线21采用较大口径天线，以实现较高的分辨率。

光机扫描装置，由电机31、电机驱动轴(图中未示出)，全反射面32组成，能够使毫米波检测机实现对墙体内电线的二维圆锥波束扫描。全反射面32优选15°角。其中，15°角全反射面32的15°角斜面为全反射光滑平面。15°角全反射面的轴向投影面积与毫米波接收天线口径面积相当，以使经全反射面反射的毫米波波束由毫米波接收天线汇聚。当全反射面绕电机驱动轴自旋时，根据反射定律，实现毫米波波束在墙壁表面进行顶角为60°的二维圆锥扫描。

探测装置的机壳43的壳体由内壁敷设毫米波吸波材料的全金属制成，其上与微波发射天线11相应位置设置有微波照射透波窗口41。探测装置的机壳43上还设置有毫米波接收透波窗口42，当光机扫描装置的电机31带动全反射面32自旋时，在墙壁上进行扫描的毫米波穿过毫米波接收透波窗口42，照射在机壳43内的全反射面32上。

在探测装置启动被动探测模式时，墙体内带电电线52向外辐射毫米波，透过墙体，穿过机壳的毫米波接收透波窗口42。光机扫描装置的电机31旋转，带动15°角全反射面32自旋，在墙壁上进行60°顶角的二维圆锥扫描。穿过毫米波接收透波窗口42的毫米波，经15°角全反射面32全反射后，通过毫米波接收天线21汇聚，经宽带低噪声毫米波放大器22(毫米波放大器1)和窄带高增益毫米波放大器23(毫米波放大器2)放大后，进入毫米波检波器24进行检波。检波输出后，进入视频放大器25进行放大。视频放大器25输出的信号经信号处理器26进行处理，当毫米波波束扫描轨迹的中心线33与墙体内电线重合时，得到周期性最大、等幅信号。经图像显示模块27进行判断后，在图像显示界面62上显示是否有带电电线，以及带电电线存在的大致方位。

在探测装置启动主动探测模式时，照射源起到向待探测墙体进行照射的作用。其中，噪声照射源12发出300M～30GHz或30GHz～300GHz的噪声信号，经微波发射天线11，通过机壳43的微波照射透波窗口41，向墙体进行非接触式照射。该信号穿透墙体，照射到墙体内不带电电线52，墙体内不带电电线52向外辐射毫米波，透过墙体，穿过机壳43的毫米波接收透波窗口42。光机扫描装置的电机31带动15°角全反射面32自旋。穿过机壳43的毫米波接收透波窗口42的毫米波，经15°角全反射面32全反射后，通过毫米波接收天线21汇聚，经宽带低噪声毫米波放大器22(毫米波放大器1)和窄带高增益毫米波放大器23(毫米波放大器2)放大后，进入毫米波检波器24进行检波。检波输出后，进入视频放大器25进行放大。视频放大器25输出的信号经信号处理器26进行处理，当毫米波波束扫描轨迹的中心线33与墙体内电线重合时，得到周期性最大、等幅信号。经图像显示模块27进行是否有带电电线，以及带电电线存在的大致方位判断，在图像显示界面62上显示。

如图2所示，本发明的另一目的在于提供一种非接触式、基于毫米波检测的墙体内带电和非带电电线的检测方法，包括以下步骤：

1，非接触式探测墙体时，开启装置电源；

2，启动被动探测模式；

当墙体内埋带电电线时，装置的图像显示模块显示电线的位置和走向，检测结束。

当墙体内未埋设带电电线时，装置的图像显示模块无显示，执行3；

3，开启主动探测模式；

当墙体内埋设非带电电线时，装置的图像显示模块显示电线的位置和走向，检测结束。

当墙体内未埋设非带电电线时，装置的图像显示模块无显示，检测结束。

如图3所示，图左所示为本发明提供的非接触式墙体内埋电线的探测装置判断墙体内电线走向为竖直走向，电线在图像显示界面的竖直中心线上时，毫米波检测机的毫米波波束对内埋电线的墙壁进行扫描时，在内埋电线的墙壁上的扫描轨迹如图3的图右所示；

如图4所示，图左所示为本发明提供的非接触式墙体内埋电线的探测装置判断墙体内电线走向为水平走向，电线在图像显示界面的水平中心线上时，毫米波检测机的毫米波波束对内埋电线的墙壁进行扫描时，在内埋电线的墙壁上的扫描轨迹如图4的图右所示；

如图5所示，图左所示为本发明提供的非接触式墙体内埋电线的探测装置判断墙体内电线走向为倾斜走向，电线在图像显示界面的倾斜中心线上时，毫米波检测机的毫米波波束对内埋电线的墙壁进行扫描时，在内埋电线的墙壁上的扫描轨迹如图5的图右所示。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (10)

1.一种非接触式墙体内埋电线的探测装置，其特征在于，包括：

照射源、光机扫描装置、毫米波检测机、信号处理电路、图像显示模块；

所述照射源包括发出非调制的宽带白噪声信号的噪声照射源和将所述宽带白噪声发射出去的微波发射天线；

所述光机扫描装置对墙体进行二维波束扫描，获得墙体内埋电线发出的毫米波；

所述毫米波检测机接收光机扫描装置获得的毫米波，将接收的毫米波进行放大、检波处理后输出到信号处理电路进行处理；

所述信号处理电路从输入信号中获得到周期性的最大、等幅信号，从而得到电线的位置信息和/或走向信息，所述电线的位置信息和/或走向信息在所述图像显示模块中显示。

2.根据权利要求1所述的非接触式墙体内埋电线的探测装置，其特征在于，所述噪声照射源的频率为300MHz～30GHz或30GHz～300GHz。

3.根据权利要求1所述的非接触式墙体内埋电线的探测装置，其特征在于，所述光机扫描装置包括电机和全反射面；所述电机驱动全反射面绕垂直于墙体的轴向旋转；全反射面为与所述轴向呈指定角度的光滑斜面，能够对墙体进行二维圆锥波束扫描。

4.根据权利要求3所述的非接触式墙体内埋电线的探测装置，其特征在于，所述指定角度为15度。

5.根据权利要求3所述的非接触式墙体内埋电线的探测装置，其特征在于，所述毫米波检测机依次包括毫米波接收天线、宽带低噪声毫米波放大器、窄带高增益毫米波放大器、毫米波检波器和视频放大器。

6.根据权利要求5所述的非接触式墙体内埋电线的探测装置，其特征在于，所述全反射面沿轴向的投影面积与毫米波接收天线口径面积相当，以使经全反射面反射的毫米波波束由毫米波接收天线汇聚。

7.根据权利要求1所述的非接触式墙体内埋电线的探测装置，其特征在于，还包括壳体；所述壳体由内壁敷设毫米波吸波材料的全金属制成，壳体上与微波发射天线相应位置设置有微波照射透波窗口；壳体上还设置有毫米波接收透波窗口，当光机扫描装置对墙体进行二维波束扫描时，毫米波穿过毫米波接收透波窗口。

8.一种非接触式墙体内埋电线的探测方法，采用权利要求1～7所述非接触式墙体内埋电线的探测装置实现，其特征在于，进行探测时探测装置与被探测的墙体保持非接触状态，所述探测方法包括：

被动探测模式：探测被探测的墙体内是否有带电电线，若有则在探测装置上标出带电电线的位置和走向；若无则在探测装置上无显示。

9.一种非接触式墙体内埋电线的探测方法，采用权利要求1～7所述非接触式墙体内埋电线的探测装置实现，其特征在于，进行探测时探测装置与被探测的墙体保持非接触状态，所述探测方法包括：

主动探测模式：探测被探测的墙体内是否有非带电电线，若有则在探测装置上标出非带电电线的位置和走向；若无则在探测装置上无显示。

10.一种非接触式墙体内埋电线的探测方法，采用权利要求1～7所述非接触式墙体内埋电线的探测装置实现，其特征在于，进行探测时探测装置与被探测的墙体保持非接触状态，所述探测方法包括：

被动探测模式：探测被探测的墙体内是否有带电电线，若有则在探测装置上标出带电电线的位置和走向，检测结束；若无则启动主动探测模式；

主动探测模式：探测被探测的墙体内是否有非带电电线，若有则在探测装置上标出非带电电线的位置和走向，检测结束；若无则检测结束。