CN210487974U - 一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置，包括：探测系统和雷达主机；探测系统包括：探测圆盘、连接件、测量轮和手持杆；在探测过程中紧贴隧道壁实时记录探测距离的测量轮安装在连接件前端，连接件后端通过转轴与探测圆盘固定连接，手持杆底端与转轴活动连接，测量轮设置有可标定移动距离或位置的脉冲信号传感器；雷达主机包含电磁接收机与电磁发射机，通过发射与接收天线，发送电磁波并接收探测数据；该装置可准确、便捷的采集隧道衬砌病害数据，操作简便，实用性较强。

Description

一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置

技术领域

本实用新型涉及岩土检测技术领域，具体涉及一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害的技术。

背景技术

运营隧道的衬砌病害主要包含衬砌接触不良、衬砌背后存在空洞等。衬砌病害是影响隧道内部行车安全和隧道使用年限的重要因素之一，为了在隧道产生病害时对其及时进行修复，保证隧道衬砌的强度储备和隧道的使用寿命，在隧道竣工验收及病害治理时往往需要预先对隧道衬砌进行全面准确的探测。

目前，利用地质雷达进行衬砌探测是隧道衬砌病害探测的主流方法，而地质雷达探测衬砌在实际应用过程中存在诸多弊端，如不适于隧道断面的环向探测，跨越障碍能力不强，耗费人力物力且探测过程耗时较长，同时受隧道内部各类因素干扰较大，在探测深度和精度上目前还达不到要求，故地质雷达在隧道衬砌探测中存在局限性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置，以解决在利用欠阻尼天线瞬变电磁雷达准确、便捷的采集隧道衬砌病害数据等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种探测隧道衬砌病害的数据采集装置，包括：探测系统和雷达主机；探测系统包括：探测圆盘10、连接件14、测量轮13和手持杆；在探测过程中紧贴隧道壁实时记录探测距离的测量轮13安装在连接件14前端，连接件14后端通过转轴与探测圆盘10固定连接，手持杆12底端与转轴活动连接，测量轮13设置有可标定移动距离或位置的脉冲信号传感器；雷达主机包含电磁接收机与电磁发射机，通过发射与接收天线，发送电磁波并接收探测数据；所述测量轮的传感器电缆和雷达主机1的工作触发端连接，所述标定移动距离或位置脉冲数触发电磁发射机，同步也触发采集系统工作；所述雷达主机与发射与接收天线为有线连接；当有信号触发时，装置立即进入数据采集状态，雷达主机输出数据采用WIFI式无线连接，实时向采集PC传输采集数据，雷达主机采集数据还存储在SDRAM中。

所述电磁发射系统由能够连续发射脉冲式低频电磁信号的波形发射器、驱动器、输出级和电磁感应装置的发射天线组成；电磁采集系统由电磁感应的接收天线、信号放大器、滤波器、A/D转换器及ARM处理器组成。

所述探测系统中的发射天线与接收天线为中心回线式布置，由感应接收线圈放在发射回线的中心组成，发射回线与接收线圈在探测剖面上同步移动，从而获取隧道衬砌病害的瞬变电磁数据。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

（1）本实用新型以瞬变电磁法为理论基础，与雷达探测技术相结合，在探测方法上，基于瞬变电磁法原理和地质雷达的现场采集模式，客服地面瞬变电磁定点测量效率低的问题，实现快速移动扫描式探测。

（2）本实用新型雷达主机与采集PC为无线数据传输，所有仪器设备均可由单人进行操作，设备轻便，节省人力物力，采集数据可进行现场处理，快速实时查看隧道衬砌病害并标定可能存在衬砌病害部位便于后续进行处理。

（3）本实用新型的探测天线体积较小、可适应隧道衬砌的各项探测工作，针对不同隧道衬砌部位、不同隧道衬砌测线均可灵活应用，同时操作简便、安全性好、数据上传质量高。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型中雷达主机示意图；

图3为本实用新型中探测系统示意图；

图4为本实用新型中探测系统的连接件结构示意图。

图中编号：1-雷达主机；2-探测系统；3-采集PC；4-供电按钮；5-接收指示灯；6-WIFI指示灯；7-发射指示灯；8-电源按钮；9-雷达发射与接收天线；10-探测圆盘；11-圆盘把手；12-手持杆；13-测量轮；14-连接件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

如图1，欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置包括雷达主机1、探测系统2。雷达主机1与采集PC3无线传输采集信号。

参见图3、4所示，探测系统包括：探测圆盘10、连接件14、测量轮13和手持杆；在探测过程中紧贴隧道壁实时记录探测距离的测量轮13安装在连接件14前端，连接件14后端通过转轴与探测圆盘10固定连接，手持杆12底端与转轴活动连接，测量轮13设置有可标定移动距离或位置的脉冲信号传感器；雷达主机包含电磁接收机与电磁发射机，通过发射与接收天线，发送电磁波并接收探测数据；所述测量轮的传感器电缆和雷达主机1的工作触发端连接，所述标定移动距离或位置脉冲数触发电磁发射机，同步也触发采集系统工作；所述雷达主机与发射与接收天线为有线连接；当有信号触发时，装置立即进入数据采集状态，雷达主机输出数据采用WIFI式无线连接，实时向采集PC传输采集数据，雷达主机采集数据还存储在SDRAM中。

雷达主机1的外部结构参见图2所示。所述电磁发射系统由能够连续发射脉冲式低频电磁信号的波形发射器、驱动器、输出级和电磁感应装置的发射天线组成；电磁采集系统由电磁感应的接收天线、信号放大器、滤波器、A/D转换器及ARM处理器组成。

所述探测系统中的发射天线与接收天线为中心回线式布置，由感应接收线圈放在发射回线的中心组成，发射回线与接收线圈在探测剖面上同步移动，从而获取隧道衬砌病害的瞬变电磁数据。

雷达天线在工作状态时，瞬变电磁的探测深度与发射磁矩、覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中由于传播而消耗。由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，较低频部分传播到深处。传播速度和传播深度的基本求解公式为：

（传播深度）

（传播速度）

雷达天线处于工作状态时，应时刻注意接收指示灯5的显示情况，数据传输过程中接收指示灯5会随着探测天线的前进闪烁红光，若闪烁绿光或不闪烁，则表示操作人员应注意探测天线与雷达天线的连接是否存在问题。

探测天线在贴紧隧道衬砌壁的移动过程中，应注意防止测量轮空转情况，导致探测数据与实际距离不能准确对应，对衬砌存在病害部位在现场进行标定造成影响。

采集PC具有采集处理一体式软件USEP系统，对数据的处理可呈现二维与三维图像显示，在二维图中可查看波形图、密度图、等值线图等使衬砌病害更加直观清晰。

本装置使用方法：

A. 将雷达主机1与雷达发射与接收天线9连接，通过连接部件将测量轮13与探测天线2组装，将测量轮电缆和发射接收电缆连接到雷达主机1，连接完成。

B.打开主机电源按钮8，接收指示灯5闪烁，WIFI指示灯6闪烁，发射指示灯7闪烁。

C.在采集PC中的 WIFI选项寻找USEP-TER-XXX，连接WIFI，打开USEP软件。接收指示灯5、WIFI指示灯6、发射指示灯7均显示连接状态。

D.在采集PC中选择电磁采集模式，设置发射机与接收机参数。

E.参数设置完成，打开供电电源按钮4，技术人员经手持杆12移动探测天线，对隧道衬砌进行扫描，测量轮13触发，主机接收指示灯5按设定的频率闪烁，主机接收机开始数据采集，并将数据实时上传到采集PC3的操作软件。

F. 利用操作软件对接收到的数据进行实时分析处理，对处理结果有异常衬砌部位进行喷涂标记。

G.在探测系统2探测移动过程中，应注意探测系统2和测量轮13与隧道衬砌壁的贴紧情况。注意观察接收指示灯5和操作软件数据的实时传输情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (3)

1.一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置，其特征在于，包括：探测系统和雷达主机；探测系统包括：探测圆盘(10)、连接件(14)、测量轮(13)和手持杆(12)；在探测过程中紧贴隧道壁实时记录探测距离的测量轮(13)安装在连接件(14)前端，连接件(14)后端通过转轴与探测圆盘(10)固定连接，手持杆(12)底端与转轴活动连接，测量轮(13)设置有可标定移动距离或位置的脉冲信号传感器；雷达主机包含电磁接收机与电磁发射机，通过发射与接收天线，发送电磁波并接收探测数据；所述测量轮的传感器电缆和雷达主机(1)的工作触发端连接，所述标定移动距离或位置的脉冲数触发电磁发射机，同步也触发采集系统工作；所述雷达主机与发射和接收天线为有线连接；当有信号触发时，装置立即进入数据采集状态，雷达主机输出数据采用WIFI式无线连接，实时向采集PC传输采集数据，并将采集数据存储在SDRAM中。

2.根据权利要求1所述的一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置，其特征在于，所述电磁发射机由能够连续发射脉冲式低频电磁信号的波形发射器、驱动器、输出级和电磁感应装置的发射天线组成；电磁采集系统由电磁感应的接收天线、信号放大器、滤波器、A/D转换器及ARM处理器组成。

3.根据权利要求1所述的一种欠阻尼天线瞬变电磁雷达探测隧道衬砌病害采集装置，其特征在于，所述探测系统中的发射天线与接收天线为中心回线式布置，由感应接收线圈放在发射回线的中心组成，发射回线与接收线圈在探测剖面上同步移动，从而获取隧道衬砌病害的瞬变电磁数据。

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