CZ305724B6

CZ305724B6 - Automatizované zařízení pro ovládání dvoukanálového georadaru

Info

Publication number: CZ305724B6
Application number: CZ2014-935A
Authority: CZ
Inventors: Radek Matula; Josef Stryk; Karel Pospíšil
Original assignee: Centrum dopravního výzkumu v.v.i.
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-02-17
Also published as: CZ2014935A3

Abstract

Automatizované zařízení pro ovládání dvoukanálového georadaru obsahující elektromotor (16) s pastorkem (15), jehož zuby zapadají do dvou protilehlých ozubených hřebenů (23) uspořádaných na protilehlých pohyblivých lištách (12), přičemž elektromotor (16) je napojen na řídicí zařízení s naprogramovanou sekvencí měřicích poloh vysílače a přijímače. Elektromotor (16) je s pastorkem (15) uspořádán na nosných můstcích (11) uložených na základních lištách (10), které jsou uloženy na základně (8) po délce obdélníkového otvoru (9) provedeného v základně (8). V otvoru (9) jsou suvně uspořádány dvě krabičky (13) s anténami, přičemž tyto krabičky (13) jsou svými horními plochami pevně připojeny ke spodním plochám pohyblivých lišt (12) a nosné můstky (11) jsou opatřeny dvojicemi drážek (22), stejně jako vodicí můstky (21), uspořádané za nosnými můstky (11) směrem k okraji základny (8), jsou opatřeny dvojicí drážek (24) pro vedení volných konců pohyblivých lišt (12).

Description

Automatizované zařízení pro ovládání dvoukanálového georadaru

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro diagnostiku dvoukanálovým georadarem se zaměřením na přesné zjištění rychlosti šíření elektromagnetického (EM) signálu zkoumavým prostředím (zejména vrstvami vozovek a betonovými vrstvami), s použitím rychlého a přesného automaticky řízeného oddalování vysílače a přijímače georadaru.

Dosavadní stav techniky

Při nedestruktivním stanovení tlouštěk konstrukčních vrstev vozovky pozemních komunikací se zpravidla uplatňuje zkušební zařízení, georadar.

Toto zařízení může být jednokanálové, dvoukanálové nebo multikanálové, které se používá pro 3D aplikace. S počtem kanálů roste cena diagnostiky, proto se nejčastěji používá jedno nebo dvoukanálové zařízení.

Georadarová metoda je založena na opakovaném vysílání vysokofrekvenčního EM signálu v rozsahu od několika set MHz do několika GHz do zkoumaného prostředí a záznamu odrazu části energie tohoto signálu od rozhraní vrstev a různých materiálů. Tloušťky konstrukčních vrstev vozovky jsou vypočítány ze změřeného času průchodu signálu konstrukčními vrstvami vozovky a z určené rychlosti šíření EM signálu v jednotlivých vrstvách.

Významným aspektem pro vyhodnocení výsledků měření georadarem je stanovení rychlosti šíření elektromagnetického signálu.

Obvykle se pro účely stanovení rychlosti šíření elektromagnetického signálu jednotlivými konstrukčními vrstvami vozovek provádí minimálně jeden jádrový vývrt, s jehož pomocí se kalibrují stanovené tloušťky vrstev.

V praxi se často stává, že informace o odběru jádrových vývrtů nejsou k dispozici anebo není povoleno tyto vývrty provést. Z toho důvodu je nutné provést nedestruktivní zjištěni rychlosti šíření EM signálu metodou CMP (Common Midpoint Method) nebo metodou WARR (Wide Angle Reflection and Reflection). Princip uvedených metod spočívá v oddalování vysílače (Tx) a přijímače (Rx) georadaru (obr. 1) a současně měření Času průchodu elektromagnetického signálu zkoumaným prostředím.

Tato metoda podle stavu techniky je schematicky zobrazena na obr. 1. Je to nedestruktivní autokalibrační metoda CMP (Common Midpoint Method) založena na postupném oddalování vysílače (Tx) a přijímače (Rx) od středního společného bodu. Rozhraní vrstev je v záznamu měření zobrazeno body paraboly druhého stupně a odečtením času průchodu v trajektorii signálu, vzhledem k vzdálenosti přijímače a vysílače, lze dopočítat rychlost šíření EM signálu a tloušťku konstrukční vrstvy. Metoda WARR (Wide Angle Reflection and Reflection) je založena na postupném oddalování přijímače (Rx) od pevně umístěného vysílače (Tx). Výpočet se provádí stejně jako u metody CMP.

Dvoukanálové systémy jsou obecně známy, např. z dokumentu DE 10147182 Cl.

U dvoukanálových systémů se při měření rychlosti šíření EM signálu postupuje tak, že se dvě antény přiloží na povrch zkoumané vozovky a ručně se oddalují pomocí geometrických pomůcek (posuvné měřítko, úhelník, svinovací metr) v předem stanovených vzdálenostech. Tato metoda je časově náročná a pracná z hlediska zajištění kolmosti a vzdálenosti dvou antén, nespolehlivá při opakovatelnosti měření.

- 1 CZ 305724 B6

Cílem vynálezu je představit zařízení, které by umožňovalo provádět přesnější a rychlejší stanovení rychlosti šíření EM signálu a tak co nejvíce zpřesnit stanovení tlouštěk vrstev konstrukčních vrstev vozovek.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry automatizované přestavovací zařízení pro dvoukanálový georadar, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že elektromotor s pastorio kem je uspořádán na nosných můstcích uložených na základních lištách, které jsou uloženy na základně po délce obdélníkového otvoru provedeného v základně, přičemž v otvoru jsou suvně uspořádány dvě krabičky s anténami, přičemž tyto krabičky jsou svými horními plochami pevně připojeny ke spodním plochám pohyblivých lišt a nosné můstky jsou opatřeny dvojicemi drážek, stejně jako vodicí můstky, uspořádané za nosnými můstky směrem k okraji základny, jsou opat15 řeny dvojicí drážek pro vedení volných konců pohyblivých lišt.

Ve výhodném provedení jsou na okrajích základny uspořádána madla a na své spodní straně je základna opatřena protiskluzovými podložkami. Dále jsou krabičky osazeny snímači, které při jejich oddalování zaznamenávají přesnou vzdálenost dvou antén.

Objasnění výkresů

Vynález bude přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schématické znázornění 25 postupu při měření metodami WARR a CMP, obr. 2 je pohled shora na automatizované přestavovací zařízení podle vynálezu, obr. 3 je příčný řez středem zařízení z obr. 2, obr. 4 je boční pohled na zařízení z obr. 2, obr. 5 je prostorový detail uspořádání pastorku s pohyblivými lištami a vedení pohyblivých lišt v nosných můstcích a obr. 6 je detail vodícího můstku.

Příklad uskutečnění vynálezu

Postup při stanovení tlouštěk konstrukčních vrstev vozovky pozemní komunikace georadarem je založen na změření času průchodu signálu zkoumaným prostředím a určení rychlosti šíření elek35 tromagnetického (EM) signálu v referenčním místě homogenního úseku. Z těchto údajů jsou vypočítány tloušťky konstrukční vrstvy vozovky.

Na obr. 2 až 4 je představeno automatizované přestavovací zařízení 7 pro diagnostiku vozovek umožňující automaticky řízené oddalování vysílače Tx a přijímače Rx georadaru. V pohledu na 40 zařízení shora na obr. 2 je vidět, že sestává z deskové základny 8, s obdélníkovým otvorem 9, po jehož délce jsou uspořádány základní lišty 8, s obdélníkovým otvorem 9, po jehož délce jsou uspořádány základní lišty 10, nesoucí nosné můstky 11 a vodicí můstky 21. V nosných můstcích U jsou provedeny výřezy 22 vedeny pohyblivé lišty 12, což je vidět nejlépe v detailu na obr. 5, což je zjednodušený detail středu zařízení 7. Pohyblivé lišty 12 jsou na k sobě přivrácených stra45 nách opatřeny ozubeným hřebenem 23, a do jeho ozubení zapadají zuby pastorku 15 hnaného elektromotorem 16. A právě kulisa elektromotoru 16 a pastorku 15 je usazena na nosných můstcích U. Jakmile se pastorek 15 otáčí sepnutím spínače elektromotoru 16, jedna ozubená lišta 12 se posunuje doleva, druhá naopak a unášejí s sebou krabičku 13.

Na horním povrchu jedné z krabiček 13 je pevně uložena jedna pohyblivá lišta 12 a druhá pohyblivá lišta 12 je zase svou spodní plochou pevně uložena 12 na horním povrchu druhé krabičky 13. Vedení pohyblivých lišt 12 je zajišťováno dvěma drážkami 22.

Krabičky 13 jsou osazeny dvěma vysokofrekvenčními anténami 14 typu dipól stejného typu a frekvence, které se při samotném měření konstantně oddalují od sebe. Krabičky 13 mají menší šířku než je rozteč nosných můstků 11 a mohou jimi procházet.

Vodicí můstky 21 jsou pak opatřeny dvěma drážkami 24, kterými jsou vedeny volné konce pohyblivých lišt 12, pokud jsou krabičky 13 blízko sebe.

Krabičky 13 s anténami 14 jsou pohyblivé kluzně po měřeném povrchu v rámci obdélníkového otvoru 9 a volné konce pohyblivých lišt 12 jsou v kluzném kontaktu s horní plochou druhé krabičky 13.

V představeném provedení jsou krabičky 13 v základní poloze u sebe a ve středu automatizovaného představovacího zařízení 7. Je zřejmé, že obě krabičky 13 mohou být rozpohybovány konstantní rychlostí v podélném směru elektromotorem 16 s pastorkem 15 a jejich vodorovný posun je zajištěn ozubenými pohyblivými lištami 12, vedenými v nosných můstcích 11 a přidržovány ve vodicích můstcích 21.. Pod základnou 8 jsou rozmístěny protiskluzové podložky 18. Pro přemístění zařízení jsou na základně umístěna madla 19.

Na obr. 3 je v příčném řezu středem zařízení 7 lépe vidět osazení antén 14 v krabičkách 13 s ozubenými pohyblivými lištami 12. které zapadají do můstků 11 a uspořádání madel 19 na základně 8. Také je dobře vidět pastorem 15, elektromotor 16, základní lišty 10, zdroj napájení 17 a protiskluzové podložky .18.

Na obr. 4 je pak lépe vidět pohyblivé lišty 12. které jsou pevně spojené s krabičkami 13 i jejich uspořádání s nosnými můstky 11. umístěné na základních lištách 10, nad základnou 8. Také je dobře vidět umístění pastorku 15, elektromotoru 16. boční lišty 10. zdroje napájení 17, madla 19 a protiskluzové podložky 18 na spodní straně základny 8.

Automatizované přestavovací zařízení 7 se doporučuje vyrobit z dílců z nekovových materiálů s nízkým součinitelem teplotní roztažnosti, nízkou teplotní vodivostí a odolnosti vůči mechanickému poškození a chemikáliím. Pouze elektromotor 16. pastorek 15. ozubený hřeben 23 a zdroj napájení 17 musí být vyrobeny z kovových materiálů.

Automatizované přestavovací zařízení 7 se umístí na povrch zkoumané vozovky v referenčním místě a provede se radarové měření pomocí autokalibrační metody CMP anebo WARR s automaticky řízeným posouváním krabiček 13 s anténami 14 a to přes neznázoměné řídicí zařízení s naprogramovanou sekvencí měřicích poloh krabiček 13. Elektromotor 16 je napojen na neznázoměné řídicí zařízení s naprogramovanou sekvencí měřicích poloh krabiček 13.

Při měření metodou WARR bude k zubům pastorku 15 připojena pouze jedna ozubená pohyblivá lišta 12 a tím bude dosaženo posunu pouze jedné antény. Druhá pohyblivá lišta 12. pevně spojená s krabičkou 13 se současně uvolní z pastorku 15, aby nedocházelo k posunu druhé antény 14.

Pohyblivé lišty 12 krabiček 13 musí vždy přesně zapadnout do výřezů 22 v nosných můstcích U, a případně do otvorů 24 ve vodicích můstcích 21. aby docházelo k plynulému a přesnému podélnému posunu antén 14.

Rozmístění můstků 11 na základně 8 musí být v podélném směru voleno tak, aby z nich pohyblivé lišty 12 nevypadávaly. Pro spolehlivé zjištění rychlosti šíření EM signálu konstrukční vrstvy 4 je nutné provést záznam z měření délky min. 15 cm při vzorkování 1 scan/mm.

I když systém s pohonem opatřeným pastorkem, jehož zuby zapadají do dvou protilehlých ozubených hřebenů (23) uspořádaných na protilehlých pohyblivých lištách je ve své obecné podstatě znám např. ze spisů EP 0 976 931 Al, FR 2 541 717, DE 19616008 nebo GB 632393, výše uvedené konstrukční znaky zařízení jsou nové.

O

Zařízení umožňuje automatizovaný posun dvou antén konstantní rychlosti, dle požadované potřeby, většinou pro použití metodami CMP a WARR a v rámci měření na jednom místě tak získáváme řadu pozic dvou antén pro výpočet rychlosti šíření elektromagnetického signálu. To umožňuje v rámci opakovaného měření dodržení stejných podmínek měření. Pro zahájení měření 5 stačí pouze spuštění elektromotoru, který zajišťuje konstantní posun antén, podélně vedených v základně, což zrychluje a zpřesňuje měření oproti ručnímu nastavení bez použití zařízení.

Claims

10 PATENTOVÉ NÁROKY

1. Automatizované zařízení pro ovládání dvoukanálového geóradaru obsahující elektromotor 15 (16) s pastorkem (15), jehož zuby zapadají do dvou protilehlých ozubených hřebenů (23) uspořá- daných na protilehlých pohyblivých lištách (12), přičemž elektromotor (16) je napojen na řídicí zařízení snaprogramovanou sekvencí měřicích poloh vysílače a přijímače, vyznačující se tím, že elektromotor (16) s pastorkem (15) je uspořádán na nosných můstcích (11) uložených na základních lištách (10), které jsou uloženy na základně (8) po délce obdélníkového otvo20 ru (9) provedeného v základně (8), přičemž v otvoru (9) jsou suvně uspořádány dvě krabičky (13) s anténami, přičemž tyto krabičky (13) jsou svými horními plochami pevně připojeny ke spodním plochám pohyblivých lišt (12) a nosné můstky (11) jsou opatřeny dvojicemi drážek (22), stejně jako vodicí můstky (21), uspořádané za nosnými můstky (11) směrem k okraji základny (8), jsou opatřeny dvojicí drážek (24) pro vedení volných konců pohyblivých lišt (12).

2. Automatizované zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na okrajích základny (8) jsou uspořádána madla (19) a na své spodní straně je základna (8) opatřena protiskluzovými podložkami (18).