CN209858761U

CN209858761U - 一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置

Info

Publication number: CN209858761U
Application number: CN201920948600.9U
Authority: CN
Inventors: 王新灵; 武旭; 王帆; 孙景来
Original assignee: Beijing Municipal Engineering Research Institute
Current assignee: Beijing Municipal Engineering Research Institute
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2029-06-21

Abstract

本实用新型涉及一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置，包括：地下空洞模块，埋设在地面下；主机，设置在一金属材质的试验箱体内；雷达探头，通过线缆与试验箱体内的主机可拆卸连接；主机包括：控制器及分别与控制器相连的信号发射模块、采集模块、显示模块和第一串行通信接口，其中，采集模块的输入端连接有信号接收模块；雷达探头包括：微处理器及分别与微处理器相连的第二串行通信接口、步进电机、雷达测距模块及陀螺仪，其中，雷达测距模块及陀螺仪固定在步进电机的输出轴上。本实用新型提供的技术方案，可以完成地下空洞位置及具体形态的测量，相比现有技术，结构简单、部署实施容易、操作简单、移动方便，用户体验度好、满意度高。

Description

一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置

技术领域

本实用新型涉及地质探测技术领域，具体涉及一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置。

背景技术

随着城市地下空间的不断开发利用，特别是大规模的地铁建设施工，因为复杂的地质条件和多变的施工环境，不时有地面下陷和沉降过大的报道。在繁忙的城市道路上快速、准确的对存在较大空洞提前预警并准确定位，地质雷达成为最主要的探测技术之一。

地质雷达是一种宽频带高频电磁波信号探测介质分布的无损探测仪器。它通过天线发射和接收电磁波反射信号，在测线上下不断移动天线来获得相关的剖面图像。地质雷达天线的发射端向地下发射高频电磁波，电磁波信号在地下传播时遇到不同介质的界面就会发生反射，反射的电磁波被与发射端同步移动的天线接收端接收后，通过雷达主机精确记录反射回来的电磁波波形特征，再通过相关的技术处理，得到雷达剖面图，通过对剖面图波形特征的分析，判断测线位置下是否存在异常，例如是否存在空洞。

介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大。由于空洞内填充的介质与周边的介质存在明显的电性质差异，电磁波会在空洞的界面处发生发射，发射的电磁波由地面的接收天线接收，根据电磁波发射与反射波返回的时间差和介质中电磁波的传播速度来确定空洞距测量表面的距离，达到检出地下空洞位置的目的。

但是地质雷达只能找到地下空洞的大致位置，无法精确探明地下空洞的形态。由于地下空洞普遍存在埋深大、空间形态复杂、人员及测量设备无法到达、安全风险大的问题，无法实施人工的常规工程测量，探测的局限性大。因此，现亟需一种试验装置，对不同形态的地下空洞的物探信号进行采集分析，为城市地下空洞灾害探测和识别提供技术支持。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置，包括：

地下空洞模块，埋设在地面下；

主机，设置在一金属材质的试验箱体内；

雷达探头，通过线缆与所述试验箱体内的主机可拆卸连接；

所述主机包括：控制器及分别与所述控制器相连的信号发射模块、采集模块、显示模块和第一串行通信接口，其中，所述采集模块的输入端连接有信号接收模块；

所述雷达探头包括：微处理器及分别与所述微处理器相连的第二串行通信接口、步进电机、雷达测距模块及陀螺仪，其中，所述第二串行通信接口与所述第一串行通信接口相连，所述雷达测距模块及陀螺仪固定在所述步进电机的输出轴上。

优选地，所述地下空洞模块，由尼龙材料、稻草材料制成；

所述地下空洞模块，埋设在沙土地面下，或者，泥土地面下。

优选地，所述信号发射模块，用于向被测区域的地面发射不同频率的多路探测信号；

所述信号接收模块，用于接收所述多路探测信号的反射信号；

所述采集模块，连接在所述信号接收模块的输出端，用于采集所述多路反射信号并分别转换为回波数据；

所述控制器，用于根据所述回波数据，得到被测区域下的雷达剖面图，并将所述雷达剖面图通过所述显示模块输出给用户；所述控制器，还用于对所述雷达剖面图的波形特征进行分析，判断被测区域下是否存在空洞或异常，并将空洞或异常位置标识在所述雷达剖面图上。

优选地，所述采集模块，包括：

增益放大器，连接在所述信号接收模块的输出端，用于放大所述多路探测信号的反射信号；

模数转换器，连接在所述增益放大器的输出端，用于将放大后的反射信号转换为数字回波数据，并输出给所述控制器；

数模转换器，输入端与所述控制器相连，输出端与所述增益放大器相连，用于接收所述控制器输出的用于调节所述增益放大器的放大增益的增益控制信号，并将所述增益控制信号转换为模拟信号，输入到所述增益放大器的控制端。

优选地，所述主机，还包括：

与所述控制器相连的鼠标、键盘；

所述鼠标、键盘和显示模块设置在所述试验箱体的顶部。

优选地，所述主机，还包括：

与所述控制器相连的卫星定位模块；

所述卫星定位模块，用于获取被测区域的位置信息。

优选地，所述显示模块，包括：

第一显示模块，用于显示当前被测区域在电子地图上的位置信息；

第二显示模块，用于显示当前被测区域下的雷达剖面图。

优选地，所述卫星定位模块包括：GPS卫星定位模块，和/或，北斗卫星定位模块。

优选地，所述主机，还包括：

与所述控制器相连的存储模块；

所述存储模块，用于存储所述回波数据和所述位置信息。

优选地，所述控制器或微处理器，为以下项中的一种：

单片机、DSP芯片、FPGA芯片、PLC芯片。

本实用新型采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本实用新型提供的技术方案，由于主机具有独立的信号发射模块、信号接收模块和采集模块，通过主机可以实现地下各层介质的回波数据的采集，完成地下空洞大致位置的探测；当探测到地下空洞的大致位置后，可以借助外部工具进行钻孔，然后投入雷达探头，探测地下空洞的具体形态，并通过显示模块显示给用户，从而完成地下空洞位置及具体形态的测量，相比现有技术，结构简单、部署实施容易、操作简单、移动方便，用户体验度好、满意度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的主机的示意框图；

图3为本实用新型一实施例提供的雷达探头的示意框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1～图3，本实用新型一实施例提供的一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置，包括：

地下空洞模块1，埋设在地面下；

主机2，设置在一金属材质的试验箱体4内；

雷达探头3，通过线缆与所述试验箱体内的主机可拆卸连接；

所述主机2包括：控制器21及分别与所述控制器21相连的信号发射模块22、采集模块23、显示模块24和第一串行通信接口25，其中，所述采集模块23的输入端连接有信号接收模块26；

所述雷达探头3包括：微处理器31及分别与所述微处理器31相连的第二串行通信接口32、步进电机33、雷达测距模块34及陀螺仪35，其中，所述第二串行通信接口32与所述第一串行通信接口25相连，所述雷达测距模块34及陀螺仪35固定在所述步进电机33的输出轴上。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的技术方案，由于主机具有独立的信号发射模块、信号接收模块和采集模块，通过主机可以实现地下各层介质的回波数据的采集，完成地下空洞大致位置的探测；当探测到地下空洞的大致位置后，可以借助外部工具进行钻孔，然后投入雷达探头，探测地下空洞的具体形态，并通过显示模块显示给用户，从而完成地下空洞位置及具体形态的测量，相比现有技术，结构简单、部署实施容易、操作简单、移动方便，用户体验度好、满意度高。

可以理解的是，雷达探头中的雷达测距模块用于测量探头和洞壁之间的直线距离，陀螺仪用来测量雷达测距模块的测量角度；由于雷达测距模块及陀螺仪固定在所述步进电机的输出轴上，通过主机设定采集参数，将雷达探头下放到主机设定的某个深度，然后雷达测距模块及陀螺仪在步进电机的驱动下，可以实现水平高度任意角度的旋转和扫描，然后雷达探头在主机的控制下再下放到一定深度，再进行水平方向的扫描和数据采集，最终从上到下，或者，从下到上完成地下空洞的数据采集。采集过程中，主机对雷达探头采集的数据进行处理，用户可通过显示模块查看地下空洞的内部形态，为后续管理人员对地下空洞进行施工奠定了数据基础。

优选地，所述地下空洞模块1，由尼龙材料、稻草材料制成；

所述地下空洞模块1，埋设在沙土地面下，或者，泥土地面下。

可以理解的是，所述地下空洞模块，由尼龙材料、稻草材料制成，可以有效避免物探信号丢失。地下空洞模块埋入地下后，用沙土或者泥土填平，以模拟真实地面环境。

另外，地下空洞模块可以根据试验需要做成各种形状，例如，立方体、圆柱体、椎体、球体、或者不规则形状等，以模拟真实的地下空洞的形态。

优选地，所述信号发射模块22，用于向被测区域的地面发射不同频率的多路探测信号；

所述信号接收模块26，用于接收所述多路探测信号的反射信号；

所述采集模块23，连接在所述信号接收模块26的输出端，用于采集所述多路反射信号并分别转换为回波数据；

所述控制器21，用于根据所述回波数据，得到被测区域下的雷达剖面图，并将所述雷达剖面图通过所述显示模块输出给用户；所述控制器21，还用于对所述雷达剖面图的波形特征进行分析，判断被测区域下是否存在空洞或异常，并将空洞或异常位置标识在所述雷达剖面图上。

优选地，所述采集模块23，包括：

可以理解的是，本实用新型提供的这种地下空洞探测电路，各个模块集成度高、信号传输距离短、干扰小、响应速度快。同时，结构简单、部署实施容易、成本低，用户体验度好、满意度高。

优选地，所述主机2，还包括：

与所述控制器21相连的鼠标、键盘；

所述鼠标、键盘和显示模块设置在所述试验箱体的顶部。

可以理解的是，用户通过鼠标、键盘可以与主机建立通信连接，通过主机设定雷达探头的采集参数。同时，通过鼠标、键盘可以拖动显示模块上显示的图形数据，便于用户观察。

优选地，所述主机2，还包括：

与所述控制器21相连的卫星定位模块；

所述卫星定位模块，用于获取被测区域的位置信息。

优选地，所述显示模块24，包括：

第二显示模块，用于显示当前被测区域下的雷达剖面图。

优选地，所述主机2，还包括：

与所述控制器21相连的存储模块；

所述存储模块，用于存储所述回波数据和所述位置信息。

优选地，所述控制器21或微处理器31，为以下项中的一种：

单片机、DSP芯片、FPGA芯片、PLC芯片。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。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。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

Claims

1.一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置，其特征在于，包括：

地下空洞模块，埋设在地面下；

主机，设置在一金属材质的试验箱体内；

雷达探头，通过线缆与所述试验箱体内的主机可拆卸连接；

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述地下空洞模块，由尼龙材料、稻草材料制成；

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述信号发射模块，用于向被测区域的地面发射不同频率的多路探测信号；

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述采集模块，包括：

5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述主机，还包括：

与所述控制器相连的鼠标、键盘；

所述鼠标、键盘和显示模块设置在所述试验箱体的顶部。

6.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述主机，还包括：

与所述控制器相连的卫星定位模块；

所述卫星定位模块，用于获取被测区域的位置信息。

7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述显示模块，包括：

第二显示模块，用于显示当前被测区域下的雷达剖面图。

8.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，

所述卫星定位模块包括：GPS卫星定位模块，和/或，北斗卫星定位模块。

9.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述主机，还包括：

与所述控制器相连的存储模块；

所述存储模块，用于存储所述回波数据和所述位置信息。

10.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述控制器或微处理器，为以下项中的一种：

单片机、DSP芯片、FPGA芯片、PLC芯片。