CN111445775A

CN111445775A - 一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架及方法

Info

Publication number: CN111445775A
Application number: CN202010290885.9A
Authority: CN
Inventors: 杨铭斐; 王希斌; 武红健; 贺瑞霞; 袁延召; 刘帅; 张硕
Original assignee: Henan University of Urban Construction
Current assignee: Henan University of Urban Construction
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2020-07-24

Abstract

本发明提供一种基于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架及方法，包括底板和两块与底板垂直设置的框架板，两块框架板的两侧分别通过混凝土板和第一金属板连接，两块框架板、第一金属板和混凝土板之间形成容腔，所述两块框架板之间设有与第一金属板平行的第二金属板，第二金属板将容腔分为试验区I和试验区II，所述试验区II内填充有混凝土，混凝土内埋设有多根钢筋，钢筋沿混凝土板长度方向均匀排列，所述试验区I内设有多组可供金属管穿过的连接孔，每组连接孔包括位于第一金属板和第二金属板上且同心设置的两个连接孔，每个连接孔处均配有密封孔帽。本发明可实现室内模拟地下管线检测，地下空洞检测，钢筋检测，路基检测等多项试验教学。

Description

一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架及方法

技术领域

本发明涉及雷达检测辅助试验技术领域，具体的说是一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架及方法。

背景技术

随着国家进入高速经济发展阶段，城市化日益加剧，人类活动开始由地面转入地下，对地下空间的开发利用的需求日益加剧。雷达检测技术作为一种新兴技术，越来越多的应用到具体的工程活动中。例如：城市地下管线、管道的探测定位，地下隧道二次衬砌、钢筋质量检测，路基路面无损检测等。在教学活动中，雷达探测技术也作为一种新技术引入到专业教材中。目前的大多数应用型本科院校对于雷达检测技术的教学多为理论教学，由于雷达设备昂贵，数量有限，工程活动的开展也有地域和时间限制，很难实现教学过程中的现场实践操作教学。通过本发明提供一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架及方法，以实现地下管线、空洞、路基脱空破坏及钢筋质量检测的模拟教学。

发明内容

为了解决由于雷达设备昂贵，数量有限，工程活动的开展也有地域和时间限制，很难实现教学过程中的现场实践操作教学的问题，本发明提供一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架及方法，该模型框架分为试验区I和试验区II，可实现室内模拟地下管线检测，地下空洞检测，钢筋检测，路基检测等多项试验教学。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，包括底板和两块与底板垂直设置的框架板，两块框架板的两侧分别通过混凝土板和第一金属板连接，两块框架板、第一金属板和混凝土板之间形成容腔，所述两块框架板之间设有与第一金属板平行的第二金属板，第二金属板将容腔分为试验区I和试验区II，所述试验区II内填充有混凝土，混凝土内埋设有多根钢筋，钢筋沿混凝土板长度方向均匀排列，所述试验区I内设有多组可供金属管穿过的连接孔，每组连接孔包括位于第一金属板和第二金属板上且同心设置的两个连接孔，每个连接孔处均配有密封孔帽。

作为上述技术方案的进一步优化：所述第一金属板和第二金属板的中心处设有一组连接孔，其余连接孔沿中心向上角均匀排列设置。

作为上述技术方案的进一步优化：各组所述连接孔的孔径大小均不相同。

作为上述技术方案的进一步优化：位于中心处的连接孔孔径最大，其余连接孔的孔径沿中心向上角逐渐减小。

作为上述技术方案的进一步优化：所述钢筋的上端与混凝土层表面平齐。

作为上述技术方案的进一步优化：所述第一金属板和第二金属板的内侧设有刻度尺。

作为上述技术方案的进一步优化：所述底板的四角分别设有框架支座。

所述试验模型框架在室内教学的使用方法，在试验区I内实现地下管线检测教学模式、路基检测教学模式以及地下空洞检测教学模式，在试验区II内实现混凝土内部钢筋检测教学模式。

作为上述技术方案的进一步优化：各教学模式的具体操作步骤如下：

1）混凝土内部钢筋检测教学模式，a.试验前，连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区II外侧混凝土面的一端进行耦合；b.试验开始后，将天线匀速扫过混凝土面获得雷达检测图像；c.指导学生分析图像，判断钢筋在雷达检测图中的显示情况；

2）地下管线检测教学模式，a.将金属管安插在每组连接孔中，b.在试验区I空腔内填充回填土或砂土等材料至空腔顶面；c.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I顶面一端进行耦合；d.将天线匀速扫过回填土表面获得雷达检测图像；e.指导学生分析图像，判断管线在雷达检测图中的显示情况；

3）路基检测教学模式，a.将每个连接孔用密封孔帽封堵；b.在空腔内进行道路垫层、基层和面层的模拟铺设并突出不同铺设材料的接触面；c.记录各层接触面的深度；d.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I面层一端进行耦合；e.将天线匀速的扫过模拟路基面层获得雷达检测图像；f.指导学生分析图像，判断面层与基层接触面、基层与垫层接触面在雷达检测图中的显示情况；g.打开密封孔帽，对不同材料进行局部挖除，面层顶部加荷载，变形一段时间后重复步骤d和步骤e，并指导学生对变形前后图像进行对比分析，研究变形特点；

4）地下空洞检测教学模式，a.在试验区I内填充回填土并随机埋设不同位置及深度的密封空腔，记录密封空腔的直径和深度；b.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I回填土顶面一端进行耦合；c.将天线匀速扫过回填土表面获得雷达检测图像；d.指导学生分析图像，判断地下空洞在雷达检测图中的显示情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明的模型框架通过第二金属板将该模型框架内分为试验区I和试验区II，试验区I可根据试验需求安插配套的金属管或非金属管，试验区I内回填土或其他砂石材料从而模拟地下管线探测试验，未安插金属管时，可分层铺设材料垫层、路基和路面等多项试验教学；试验区II内通过设置钢筋和混凝土可模拟混凝土内钢筋质量检测，可以实现室内多项试验教学；

2）本发明的框架板、第一金属板、第二金属板以及混凝土板均为可拆装，制造成本低，学生可自己动手设置不同的检测对象，构建模型，操作简单、实用。

附图说明

图1是本发明俯视图；

图2是本发明后视图；

图3是本发明主视视角试验区II截面图；

图中标记：1、框架板，2、混凝土板，3、第一金属板，4、第二金属板，5、试验区I，6、试验区II ，7、钢筋，8、金属管，9、连接孔，10、框架支座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅附图，一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，包括底板和两块与底板垂直设置的框架板1，两块框架板1的两侧分别通过第一金属板3和混凝土板2连接，从而在两块框架板1、第一金属板3和混凝土板2之间形成容腔，既围成了长方形的框架，整个框架形成一体式结构，并且每个部件均可拆装，整个框架的底部底板的四个角设有用于支撑该框架的框架支座10，所述两块框架板1之间设有第二金属板4，第二金属板4与第一金属板3平行，第二金属板4将容腔前后分为试验区I5和试验区II6，所述试验区II6内填充有混凝土，混凝土内埋设有多根钢筋7，钢筋沿混凝土板2长度方向均匀排列，每根钢筋7均为直立设置且其中一端与混凝土层平齐，在试验前学生可直观地从顶部看到钢筋7的位置和粗细，钢筋7的另一端在混凝土中具有一定深度，试验检测时，与检测方向相垂直的方向上有一定延伸，方便进行钢筋7检测，每根钢筋7的直径、固定间距和固定长度均相同，试验区II6用于试验模拟混凝土内钢筋7质量检测。

所述试验区I5的两侧设有多组可供金属管8穿过的连接孔9，试验区I5的两侧为设在底板上并与底板垂直的第一金属板3和第二金属板4，在第一金属板3和第二金属板4上预留不同深度，不同孔径的多组连接孔9，每组连接孔9包括位于第一金属板3和第二金属板4上且同心设置的两个连接孔9，每组连接孔9在第一金属板3和第二金属板4上的排列方式为中间一个向两个上角扩散的方式，类似翅膀的形状，并且相对于中间的连接孔9两侧镜像对称，每组连接孔9可安插金属管8并配合安装有密封孔帽，在未安插金属管8时也可通过密封孔帽封住连接孔9，其中连接孔9的孔径为中间最大为200mm，像两侧逐渐减小分别为150mm、100mm、50mm，金属管8的外径对应各连接孔9的孔径，也可用非金属管代替金属管8，连接孔9镜像对称的设置方式可在雷达扫描的过程中探测目标对电磁波的反射呈对称的形式出现，在检测图形上更容易比对，每个连接孔9设置为不同深度，考虑目标信号出现在不同深度，减少同层干扰（信号叠加会存在使目标体信号缺失的情况），在试验区I5内回填土或其他砂石材料后可模拟地下管线探测试验，在试验区I5内未安装金属管8时，可分层铺设材料，模拟垫层、路基和路面等试验，可根据试验教学的需求灵活设置检测目标体，通过在框架上部或混凝土板2外侧进行雷达检测，获得数据，在设置管线的同时还可以通过铺设不同的材料模拟地层反射界面，例如垫层和基层界面、基层和面层界面，不同检测对象的反射信号更容易区分，所述第一金属板3和第二金属板4的内侧设有刻度尺，便于表明长宽，在使用相似材料或砂、土等材料铺设垫层路基、路面的过程中，可设计不同深度和形状的空洞，例如埋设直径为10cm的空心球体或锥形体，即可模拟地下空洞检测试验。

实施例2

本实施例是实施例1所述的试验模型框架的使用方法，包括四种教学模式：

1）混凝土内部钢筋检测教学模式，该教学模式可在试验区II6内实现，试验区II6为长8米的检测面，试验步骤如下：a.试验前，连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区II外侧混凝土面的一端进行耦合；b.试验开始后，将天线匀速扫过混凝土面获得雷达检测图像；c.指导学生分析图像，判断钢筋在雷达检测图中的显示情况；本教学模式中天线可采用400MHz/900Mz天线。

2）地下管线检测教学模式，该教学模式可在试验区I5内实现，试验前可根据教学需求在不同位置及深度安插与连接孔9配套的金属管8或非金属管模拟地下管线，设置好管线后再试验区I5空腔内填回填土或砂土等材料至空腔顶面，这个过程可由学生自主动手完成，既构建了已知的测试模型及目标体（管线），试验步骤如下：a.将金属管8安插在每组连接孔9中，b.在试验区I5空腔内填充回填土或砂土等材料至空腔顶面，既构建了已知的测试模型及目标体；c.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I顶面一端进行耦合；d.将天线匀速扫过回填土表面获得雷达检测图像；e.指导学生分析图像，判断管线在雷达检测图中的显示情况；本教学模式中天线可采用100Mz/400MHz天线。

3）路基检测教学模式，该教学模式在试验区I5内实现，进行路基检测时需要先在试验区I5内进行路基相似材料模型铺设工作，在铺设过程中可根据第一金属板3和第二金属板4上的刻度线辅助设置路基垫层、基层和面层的铺设厚度，即路基检测过程中的各层接触面深度，铺设时可由学生自己动手控制材料的物理参数，面层可根据教学需要设置成沥青面层或混凝土面层。试验操作步骤如下：a.将每个连接孔9用密封孔帽封堵；b.在空腔内进行道路垫层、基层和面层的模拟铺设并突出不同铺设材料的接触面；c.记录各层接触面的深度；d.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I5面层一端进行耦合；e.将天线匀速的扫过模拟路基面层获得雷达检测图像；f.指导学生分析图像，判断面层与基层接触面、基层与垫层接触面在雷达检测图中的显示情况；g.打开密封孔帽，对不同材料进行局部挖除，面层顶部加荷载，变形一段时间后重复步骤d和步骤e，并指导学生对变形前后图像进行对比分析，研究变形特点；本教学模式中天线可采用100Mz/400MHz天线。

4）地下空洞检测教学模式，该教学模式在试验区I5内实现，进行地下空洞检测时需要对试验区I5进行回填土的填充压实，回填过程中学生可随机的埋设不同位置及深度的塑料，塑料内部具有空腔且有一定的强度和壁薄，从而在回填土中形成密封空腔，密封空腔可根据塑料的形状形成球形、锥形或菱形等，从而模拟地下空洞，试验操作步骤如下：a.在试验区I5内填充回填土并随机埋设不同位置及深度的密封空腔，记录密封空腔的直径和深度；b.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I5回填土顶面一端进行耦合；c.将天线匀速扫过回填土表面获得雷达检测图像；d.指导学生分析图像，判断地下空洞在雷达检测图中的显示情况。其中，在铺设回填土并设置密封空腔时，将密封空腔周围的铺设材料更换为含水量较大的砂土、碎石材料，并重复步骤b和步骤c，以分析地下松散含水溶洞在雷达检测图中的显示情况；本教学模式中天线可采用100Mz/400MHz天线。

以上的四种教学模式，在进行完试验后可以拆卸金属板，移除已经用过的试验材料，下次试验前可根据需要再调整目标体位置重新铺设进行试验。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，其特征在于：包括底板和两块与底板垂直设置的框架板（1），两块框架板（1）的两侧分别通过混凝土板（2）和第一金属板（3）连接，两块框架板（1）、第一金属板（3）和混凝土板（2）之间形成容腔，所述两块框架板（1）之间设有与第一金属板（3）平行的第二金属板（4），第二金属板（4）将容腔分为试验区I（5）和试验区II（6），所述试验区II（6）内填充有混凝土，混凝土内埋设有多根钢筋（7），钢筋（7）沿混凝土板（2）长度方向均匀排列，所述试验区I（5）内设有多组可供金属管（8）穿过的连接孔（9），每组连接孔（9）包括位于第一金属板（3）和第二金属板（4）上且同心设置的两个连接孔（9），每个连接孔（9）处均配有密封孔帽。

2.根据权利要求1所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，其特征在于：所述第一金属板（3）和第二金属板（4）的中心处设有一组连接孔（9），其余连接孔（9）沿中心向上角均匀排列设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，其特征在于：各组所述连接孔（9）的孔径大小均不相同。

4.根据权利要求3所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，其特征在于：位于中心处的连接孔（9）孔径最大，其余连接孔（9）的孔径沿中心向上角逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，其特征在于：所述钢筋（7）的上端与混凝土层表面平齐。

6.根据权利要求1所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，其特征在于：所述第一金属板（3）和第二金属板（4）的内侧设有刻度尺。

7.根据权利要求1所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架，其特征在于：所述底板的四角分别设有框架支座（10）。

8.根据权利要求1所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架的使用方法，其特征在于：在试验区I（5）内实现地下管线检测教学模式、路基检测教学模式以及地下空洞检测教学模式，在试验区II（6）内实现混凝土内部钢筋检测教学模式。

9.根据权利要求8所述的一种用于室内教学的雷达检测辅助试验模型框架的使用方法，其特征在于：各教学模式的具体操作步骤如下：

1）混凝土内部钢筋检测教学模式，a.试验前，连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区II（6）外侧混凝土面的一端进行耦合；b.试验开始后，将天线匀速扫过混凝土面获得雷达检测图像；c.指导学生分析图像，判断钢筋（7）在雷达检测图中的显示情况；

2）地下管线检测教学模式，a.将金属管（8）安插在每组连接孔（9）中，b.在试验区I（5）空腔内填充回填土或砂土等材料至空腔顶面；c.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I（5）顶面一端进行耦合；d.将天线匀速扫过回填土表面获得雷达检测图像；e.指导学生分析图像，判断管线在雷达检测图中的显示情况；

3）路基检测教学模式，a.将每个连接孔（9）用密封孔帽封堵；b.在空腔内进行道路垫层、基层和面层的模拟铺设并突出不同铺设材料的接触面；c.记录各层接触面的深度；d.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I（5）面层一端进行耦合；e.将天线匀速的扫过模拟路基面层获得雷达检测图像；f.指导学生分析图像，判断面层与基层接触面、基层与垫层接触面在雷达检测图中的显示情况；g.打开密封孔帽，对不同材料进行局部挖除，面层顶部加荷载，变形一段时间后重复步骤d和步骤e，并指导学生对变形前后图像进行对比分析，研究变形特点；

4）地下空洞检测教学模式，a.在试验区I（5）内填充回填土并随机埋设不同位置及深度的密封空腔，记录密封空腔的直径和深度；b.连接雷达检测设备并设置参数，将天线至于试验区I（5）回填土顶面一端进行耦合；c.将天线匀速扫过回填土表面获得雷达检测图像；d.指导学生分析图像，判断地下空洞在雷达检测图中的显示情况。