CN111580090B - 一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，属于雷达应用技术领域，首先使用探地雷达在指定区域移动对地下预应力管主体进行扫描；再通过探地雷达扫描地面获得预应力管主体测量数据，获得管道的测量数据和定位路线；然后重复区域扫描，使雷达发送电磁波脉冲激活地下预应力管道上的磁化器，使预应力钢梁磁化，雷达采集到的数据经过数据预处理模块处理后，将管道各项参数与数据库中的标准管件数据对比分析后，获得管道缺陷位置的定位信息，再进行管网建模，本方案通过探地雷达对地下的预应力管道进行多次扫描，扫描过程中激活磁化器将预应力钢梁磁化，再提取异常反射率的钢梁，获得故障钢梁的定位信息。

Description

一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法
技术领域
本发明涉及雷达应用技术领域，更具体地说，涉及一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法。
背景技术
探地雷达又称地质雷达，是通过向地下发射高频电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面而发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
在预应力混凝土桥梁结构中，预应力混凝土管、预应力钢筋，灌浆材料和结构之间需要良好的凝聚力以保证一起工作，同时可以减少预应力损失，防止预应力钢筋腐蚀，延长使用寿命的梁结构。在实际施工过程中，由于坏孔灌浆技术控制或管理不严格，经常会出现灌浆等现象并不完整，气孔较多，即使是孔隙水，产生的预应力损失，预应力钢筋腐蚀断裂，甚至影响结构的使用年限和行车安全，许多桥梁坍塌事故调查结论充分证明。因此，预应力管浆质量检测已成为保证桥梁使用安全和使用寿命的重要组成部分。
目前已有使用探地雷达进行地下预应力管道的检测，通过探地雷达反射电磁波来扫描地下管道，通过雷达所发送的高频电磁波进行扫描，研究雷达波极化方式的变化可以获得与地下介质物性相关的信息，进而进行建模从而获得管道缺陷点位置信息，目前的探底雷达虽然可对地下管道进行扫描建模和缺陷检测，但由于预应力管道内预应力钢梁网交错复杂，对于预应力管道内的钢梁检测效果不好
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，它可以实现通过探地雷达对地下的预应力管道进行一次扫描，根据电磁波的反馈数据获得预应力管上的缺陷位置定位信息，再通过磁化器将预应力管道磁化，使管道内的预应力钢梁磁化，从而改变钢梁对电磁波的反射率，通过对比各个位置钢梁对电磁波的反射率差异，提取异常反射率的钢梁，即可获得预应力管内故障钢梁的定位信息。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其使用方法为：
S1，首先使用探地雷达在指定区域移动对地下预应力管主体进行扫描；
S2，通过探地雷达扫描地面获得预应力管主体测量数据，探地雷达扫描指定区域2-3次后获得管道的测量数据和定位路线；
S3，切换探地雷达工作模式，使探地雷达每移动100-200米时发出一次电磁波脉冲，通过电磁波脉冲激活地下预应力管道上的磁化器，通过磁化器将预应力管主体中的预应力钢梁磁化，切换工作模式后，沿S2获得的管道定位路线再次扫描2-3次；
S4，探地雷达采集到的数据经过数据预处理模块处理后，再由数据分析模块分析数据以此获得管道各项参数，将管道各项参数与数据库中的标准管件数据对比分析后，获得管道缺陷位置的定位信息，再进行管网建模，通过探地雷达扫描时电磁波返回时间的波形图可确定地下预应力管道的破损缺陷位置，
S5，根据电磁波传递至预应力钢梁上后反射功率的的变化，生成电磁波变化波形图，确认预应力管主体中的钢梁缺陷位置。
一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，包括一种辅助检测的预应力管道固定装置，所述固定装置包括预应力管主体，所述预应力管主体内设有预应力钢梁和填充浆，所述预应力管主体上套接有固定保护管，所述固定保护管包括PVC保护管，所述PVC保护管的内壁上固定连接有多个均匀分布的隔离环，所述隔离环上固定连接有多个与预应力管主体相匹配的密封垫，相邻两个所述隔离环之间填充有吸波修复粉，所述固定保护管的两端均连接有支撑架，所述支撑架包括一对连接架，所述固定保护管的两端均连接有法兰端口，所述固定保护管通过法兰端口卡接在连接架内，一对所述连接架之间安装有与固定保护管相匹配的磁化器，所述磁化器上固定连接有磁化柱，多个所述支撑架之间连接有电磁感应开关，所述电磁感应开关上连接有数据传输装置。
一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，包括一种检测系统，所述检测系统包括数据采集模块，所述数据采集模块上连接有数据预处理模块，所述数据预处理模块上连接有数据分析模块，所述数据分析模块上连接有云数据库，所述云数据库内储存有标准预应力管的各项参数，通过数据分析模块进行预应力管道进行定位和建模，以及分析管道缺陷位置。
进一步的，所述S4中的对比分析包括：骨架线提取，对管道进行切片，拟合管道半径和圆心，分析突变点，通过骨架线提取获得预应力管道的铺设路线，通过对管道进行切片分析确认建模后网管图像的突变点，进而分析管道缺陷。
进一步的，所述数据预处理包括：先对数据抽稀，再去噪最后滤波，减少收集数据中的噪点。
进一步的，所述吸波修复粉为生石灰与石墨烯颗粒的混合物，所述生石灰与石墨烯颗粒的混合比例为10：1.5，使石墨烯颗粒不会完全吸收传递至保护管上的电磁波，也可保证石墨烯可随生石灰泄露而散布在管道断裂口附近。
进一步的，所述预应力管主体为混凝土管，所述PVC套管为绝缘PVC材料制成，所述PVC的表面铺设有防水涂层，防止保护管渗水而使管内的生石灰受潮。
进一步的，相连两个所述支撑架之间的间距为20-30m，使磁化器的可磁化范围足够覆盖整体管道。
进一步的，所述隔离环的厚度为2-3mm，高度为1-2mm，保证隔离环隔离出的环形空间厚度较薄，避免PVC套管局部受压时容易破损。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案通过探地雷达对地下的预应力管道进行一次扫描，根据电磁波的反馈数据获得预应力管上的缺陷位置定位信息，再通过磁化器将预应力管道磁化，使管道内的预应力钢梁磁化，从而改变钢梁对电磁波的反射率，通过对比各个位置钢梁对电磁波的反射率差异，提取异常反射率的钢梁，即可获得预应力管内故障钢梁的定位信息。
（2）本方案中的预应力管道外安装有固定保护管，固定保护管与预应力管贴合，一方面保护预应力管不受土壤中污染物损害，另一方面预应力管受力断裂或破损时固定保护管同时断裂，当断裂后，吸波修复粉流出并覆盖断口，其中生石灰与土壤中的水分反应，生成具有粘性熟石灰，通过熟石灰将固定保护管上的裂口修复，同时石墨烯颗粒也会泄露至外界，使石墨烯颗粒散布在裂口附近，由于石墨烯具有良好的吸波功能，从而改变固定保护管处的电磁波反射效率，进而突出固定保护管裂口处的雷达扫描数据。
附图说明
图1为本发明的预应力管道固定装置立体图；
图2为本发明的预应力管道固定装置剖视图；
图3为图2中A处的结构示意图；
图4为本发明的预应力管道固定装置的正视图；
图5为本发明的工作流程图。
1预应力管主体、2保护管、201 PVC套管、202隔离环、203密封垫、204修复粉、3支架、301支撑架、302磁化器、303磁化柱、4电磁感应开关。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：请参阅图1，一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其使用方法为：
S1，首先使用探地雷达在指定区域移动对地下水管进行扫描；
S2，通过探地雷达扫描地面获得管道测量数据，探地雷达扫描指定区域2-3次后获得管道的测量数据和定位路线；
S3，切换探地雷达工作模式，使探地雷达每移动100-200米时发出一次电磁波脉冲，通过电磁波脉冲激活电磁感应开关4，使地下预应力管道上两端的磁化器302工作，通过磁化器302将预应力管主体1中的预应力钢梁磁化，切换工作模式后，沿S2获得的管道定位路线再次扫描2-3次；
S4，探地雷达采集到的数据经过数据预处理模块处理后，数据预处理包括：先对数据抽稀，再去噪最后滤波，减少收集数据中的噪点，再由数据分析模块分析数据以此获得管道各项参数，将管道各项参数与数据库中的标准管件数据对比分析后，获得管道缺陷位置的定位信息，再进行管网建模，通过探地雷达扫描时电磁波返回时间的波形图可确定地下预应力管道的破损缺陷位置；
S5，根据电磁波传递至预应力钢梁上后反射功率的的变化，生成电磁波变化波形图，确认预应力管道中的钢梁缺陷位置。
一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，包括一种辅助检测的预应力管道固定装置，固定装置包括预应力管主体1，固定装置包括预应力管主体1，预应力管主体1内设有预应力钢梁和填充浆，预应力管主体1上套接有固定保护管2，固定保护管2包括PVC保护管201，预应力管主体1为混凝土管，PVC保护管201为绝缘PVC材料制成，PVC的表面铺设有防水涂层，防止保护管渗水而使管内的生石灰受潮，PVC保护管201的内壁上固定连接有多个均匀分布的隔离环202，隔离环202和厚度为2-3mm，高度为1-2mm，保证隔离环202隔离出的环形空间厚度较薄，避免PVC套管201局部受压时容易破损，隔离环202上固定连接有多个与预应力管主体1相匹配的密封垫203，相邻两个隔离环202之间填充有吸波修复粉204，吸波修复粉204为生石灰与石墨烯颗粒的混合物，生石灰与石墨烯的混合比例为10：1.5，使石墨烯颗粒不会完全吸收传递至保护管上的电磁波，也可保证石墨烯可随生石灰泄露而散布在管道断裂口附近。
固定保护管2的两端均连接有支撑架3，支撑架3包括一对连接架301，固定保护管2的两端均连接有法兰端口，固定保护管2通过法兰端口卡接在连接架301内，一对连接架301之间安装有与固定保护管2相匹配的磁化器302，磁化器302上固定连接有磁化柱303，多个支撑架3之间连接有电磁感应开关4，相连两个支撑架3之间的间距为20-30m，使磁化器的可磁化范围足够覆盖整体管道。
一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，包括一种检测系统，检测系统包括数据采集模块，数据采集模块上连接有数据预处理模块，数据预处理模块上连接有数据分析模块，数据分析模块上连接有云数据库，云数据库内储存有标准预应力管的各项参数，通过数据分析模块进行预应力管道进行定位和建模，以及分析管道缺陷位置。
本方案通过探地雷达对地下的预应力管道进行一次扫描，根据电磁波的反馈数据获得预应力管上的缺陷位置定位信息，再通过磁化器将预应力管道磁化，使管道内的预应力钢梁磁化，从而改变钢梁对电磁波的反射率，通过对比各个位置钢梁对电磁波的反射率差异，提取异常反射率的钢梁，即可获得预应力管内故障钢梁的定位信息
S4中的对比分析包括：骨架线提取，对管道进行切片，拟合管道半径和圆心，分析突变点，通过骨架线提取获得预应力管道的铺设路线，通过对管道进行切片后与标准管件分析来确认建模后网管图像的突变点，进而分析管道缺陷。
通过探地雷达对地下的预应力管道进行一次扫描，根据电磁波的反馈数据获得预应力管上的缺陷位置定位信息，再通过磁化器将预应力管道磁化，使管道内的预应力钢梁磁化，钢梁被等离子体包覆，由于正常状态的钢梁被等离子体均匀包覆，均匀磁化，等离子体在钢梁上密度较大，电磁波反射较小，反馈至雷达上的电磁波较弱，而缺陷的预应力钢梁磁化后，钢梁被等离子体非均匀包覆，钢梁上等离子体非均匀分布，密度较小，电磁波反射较大，缺陷钢梁反馈至雷达上电磁波功率相比正常钢梁强，通过对比各个位置钢梁对反馈的电磁波功率差异，提取异常数据，即可获得预应力管内故障钢梁的定位信息。
本方案中的预应力管道外安装有固定保护管2，固定保护管2与预应力管贴合，一方面保护预应力管不受土壤中污染物损害，另一方面预应力管受力断裂或破损时固定保护管2同时断裂，当断裂后，吸波修复粉204流出并覆盖断口，其中生石灰与土壤中的水分反应，生成具有粘性熟石灰，通过熟石灰将固定保护管2上的裂口修复，同时石墨烯颗粒也会泄露至外界，使石墨烯颗粒散布在裂口附近，由于石墨烯具有良好的吸波功能，从而改变固定保护管2处的电磁波反射效率，进而突出固定保护管2裂口处的雷达扫描数据，使探地雷达接收到的电磁波反馈信息所生成的波形图波峰变化增大，易于精确确认管道破损点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其特征在于：其使用方法为：
S1，首先使用探地雷达在指定区域移动对地下预应力管主体（1）进行扫描；
S2，通过探地雷达扫描地面获得预应力管主体（1）测量数据，探地雷达扫描指定区域2-3次后获得管道的测量数据和定位路线；
S3，切换探地雷达工作模式，使探地雷达每移动100-200米时发出一次电磁波脉冲，通过电磁波脉冲激活地下预应力管道上的磁化器（302），通过磁化器（302）将预应力管主体（1）中的预应力钢梁磁化，切换工作模式后，沿S2获得的管道定位路线再次扫描2-3次；
S4，探地雷达采集到的数据经过数据预处理模块处理后，再由数据分析模块分析数据以此获得管道各项参数，将管道各项参数与数据库中的标准管件数据对比分析后，获得管道缺陷位置的定位信息，再进行管网建模，通过探地雷达扫描时电磁波返回时间的波形图可确定地下预应力管道的破损缺陷位置，
S5，根据电磁波传递至预应力钢梁上后反射功率的变化，生成电磁波变化波形图，确认预应力管主体（1）中的钢梁缺陷位置；
包括一种辅助检测的预应力管道固定装置，所述固定装置包括预应力管主体（1），所述预应力管主体（1）内设有预应力钢梁和填充浆，所述预应力管主体（1）上套接有固定保护管（2），所述固定保护管（2）包括PVC保护管（201），所述PVC保护管（201）的内壁上固定连接有多个均匀分布的隔离环（202），所述隔离环（202）上固定连接有多个与预应力管主体（1）相匹配的密封垫（203），相邻两个所述隔离环（202）之间填充有吸波修复粉（204），所述固定保护管（2）的两端均连接有支撑架（3），所述支撑架（3）包括一对连接架（301），所述固定保护管（2）的两端均连接有法兰端口，所述固定保护管（2）通过法兰端口卡接在连接架（301）内，一对所述连接架（301）之间安装有与固定保护管（2）相匹配的磁化器（302），所述磁化器（302）上固定连接有磁化柱（303），多个所述支撑架（3）之间连接有电磁感应开关（4），所述电磁感应开关（4）上连接有数据传输装置；
所述吸波修复粉（204）为生石灰与石墨烯颗粒的混合物，所述生石灰与石墨烯的混合比例为10：1.5。
2.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，包括一种检测系统，其特征在于:所述检测系统包括数据采集模块，所述数据采集模块上连接有数据预处理模块，所述数据预处理模块上连接有数据分析模块，所述数据分析模块上连接有云数据库，所述云数据库内储存有标准预应力管的各项参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其特征在于：所述S4中的对比分析包括：骨架线提取，对管道进行切片，拟合管道半径和圆心，分析突变点。
4.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其特征在于：所述数据预处理包括：先对数据抽稀，再去噪最后滤波。
5.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其特征在于：所述预应力管主体（1）为混凝土管，所述PVC保护管（201）为绝缘PVC材料制成，所述PVC的表面铺设有防水涂层。
6.根据权利要求2所述的一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其特征在于：相连两个所述支撑架（3）之间的间距为20-30m。
7.根据权利要求2所述的一种基于探地雷达建模的地下预应力管道缺陷检测方法，其特征在于：所述隔离环（202）的厚度为2-3mm，高度为1-2mm。
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