RU2282875C1 - Building structure exploration device - Google Patents
Building structure exploration device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282875C1 RU2282875C1 RU2005107079/09A RU2005107079A RU2282875C1 RU 2282875 C1 RU2282875 C1 RU 2282875C1 RU 2005107079/09 A RU2005107079/09 A RU 2005107079/09A RU 2005107079 A RU2005107079 A RU 2005107079A RU 2282875 C1 RU2282875 C1 RU 2282875C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- output
- ultrasonic
- receiver
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях и сооружениях, и может найти применение в следующих областях: контрразведывательной деятельности по выявлению подслушивающих устройств; оперативно-розыскной деятельности правоохранительных органов; зондировании строительных конструкций с целью определения положения арматуры, пустот и других неоднородностей; зондировании особо ответственных строительных конструкций (взлетно-посадочных полос, аэродромов, мостов, переходов и т.д.) с целью определения скрытых дефектов в них.The proposed device relates to the field of subsurface radar, and in particular to devices for determining the location and shape of heterogeneities and inclusions in building structures and structures, and can be used in the following areas: counterintelligence activities to identify listening devices; operational-search activities of law enforcement agencies; sounding of building structures in order to determine the position of reinforcement, voids and other inhomogeneities; sounding critical building structures (runways, airfields, bridges, passages, etc.) in order to identify hidden defects in them.
Известны устройства зондирования строительных конструкций (авт. свид. СССР №№ 321783, 344391, 385251, 397877, 455307, 708277, 746370, 817640, 1.078385, 1.092453, 1100603, 1151900, 1247805, 1300396, 1594477, 1721566; патенты РФ №№ 2044331, 2105330, 2067759, 2121671, 2158015, 2234694; патент ФРГ № 2360778; патент Японии № 57-17.273; Петровский А.Д. Радиоволновые методы в подземной геофизике. - М., 1971 и другие).Known devices for sensing building structures (ed. Certificate of the USSR No. 321783, 344391, 385251, 397877, 455307, 708277, 746370, 817640, 1.078385, 1.092453, 1100603, 1151900, 1247805, 1300396, 1594477, 1721566; RF patents №№2023366; , 2105330, 2067759, 2121671, 2158015, 2234694; FRG patent No. 2360778; Japan patent No. 57-17.273; Petrovsky AD Radio wave methods in underground geophysics. - M., 1971 and others).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство зондирования строительных конструкций" (патент РФ № 2.234.694, G 01 N 22/02, 2002), которое и выбрано в качестве прототипа.Of the known devices, the closest to the proposed one is "Device for sensing building structures" (RF patent No. 2.234.694, G 01 N 22/02, 2002), which is selected as a prototype.
Известное устройство позволяет повысить точность, разрешающую способность, надежность обнаружения и идентификации неоднородностей и включений в строительных конструкциях. Это достигается путем исключения отражений от границы раздела воздух-строительная конструкция, квазистационарной составляющей, периодических вариаций электромагнитного поля Земли и использования последовательности радиоимпульсов с малым числом периодов высокочастотных колебаний в каждом из них (вплоть до одного).The known device can improve the accuracy, resolution, reliability of detection and identification of heterogeneities and inclusions in building structures. This is achieved by eliminating reflections from the air-building construction interface, the quasi-stationary component, periodic variations in the Earth’s electromagnetic field, and using a sequence of radio pulses with a small number of periods of high-frequency oscillations in each of them (up to one).
Использование сигналов малой длительности в качестве зондирующих сигналов определяет ряд специфических особенностей их регистрации. Вместе с тем, периодичность следования отраженных сигналов позволяет использовать стробоскопический метод обработки сигналов. Сущность данного метода заключается в том, что осуществляется регистрация не самого отраженного сигнала, а его отдельных выборок, каждая из которых формируется в различные периоды повторения данного сигнала.The use of short duration signals as probing signals determines a number of specific features of their registration. However, the periodicity of the reflected signals allows the use of a stroboscopic method of signal processing. The essence of this method lies in the fact that the registration is not of the reflected signal itself, but of its individual samples, each of which is formed at different repetition periods of this signal.
К недостаткам известного устройства следует отнести существенное затухание сигналов в среде и его зависимость от частоты, при этом сухие материалы (бетон, кирпич, дерево) имеют меньшее затухание, чем влажные.The disadvantages of the known device include significant attenuation of signals in the medium and its dependence on frequency, while dry materials (concrete, brick, wood) have less attenuation than wet ones.
Кроме затухания в среде, принятый сигнал ослабляется для точечного объекта обратно пропорционально четвертой степени удаления от поверхности раздела, а для протяженных объектов, эффективно перекрывающих луч передатчика, эта зависимость будет кубической для линейных и квадратичной - для плоских объектов.In addition to attenuation in the medium, the received signal is attenuated for a point object in inverse proportion to the fourth degree of separation from the interface, and for extended objects that effectively overlap the transmitter beam, this dependence will be cubic for linear and quadratic for flat objects.
Следовательно, известное устройство не обеспечивает достоверного подповерхностного обнаружения и распознавания скрытых неоднородностей.Therefore, the known device does not provide reliable subsurface detection and recognition of hidden heterogeneities.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности подповерхностного обнаружения и распознавания скрытых неоднородностей путем получения трехмерного их изображения.An object of the invention is to increase the reliability of subsurface detection and recognition of hidden heterogeneities by obtaining three-dimensional images.
Поставленная задача решается тем, что в устройство зондирования строительных конструкций, состоящее из высокочастотного генератора, пространственно совмещенных передающей и приемной антенн, приемника высокочастотного сигнала и ЭВМ, при этом к первому выходу высокочастотного генератора подключена передающая антенна, к выходу приемной антенны последовательно подключены приемник и контроллер по обработке и вводу данных в ЭВМ, высокочастотный генератор выполнен в виде генератора ударного возбуждения, контроллер выполнен в виде последовательно подключенных к выходу приемника высокочастотного сигнала первой линии задержки, триггера, второй вход которого соединен с вторым выходом высокочастотного генератора, ключа, второй вход которого соединен с выходом приемника высокочастотного сигнала, усилителя, второй линии задержки, блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом усилителя, интегратора, блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного напряжения, и аналого-цифрового преобразователя, выход которого через интерфейс связан с ЭВМ, соответствующие выходы интерфейса подключены к высокочастотному генератору, приемнику высокочастотного сигнала, блоку формирования эталонного напряжения, звуковому и жидкокристаллическому индикаторам, сформированный в приемнике высокочастотного сигнала импульс через первую линию задержки поступает на второй вход триггера, который формирует положительное напряжение, которое открывает ключ, через который импульс, сформированный в приемнике высокочастотного сигнала, передается через усилитель во вторую линию задержки и блок вычитания, разностный сигнал от блока вычитания подается на интегратор и блок деления, а затем после блока деления через блок сравнения подается в аналого-цифровой преобразователь, введены генератор ультразвуковых импульсов, ультразвуковой излучатель, три приемника ультразвуковых импульсов и устройство обработки ультразвуковых импульсов, причем к соответствующему выходу интерфейса последовательно подключены генератор ультразвуковых импульсов и ультразвуковой излучатель, выходы приемников ультразвуковых импульсов через устройство обработки ультразвуковых импульсов подключены к соответствующему входу интерфейса, ультразвуковой излучатель, приемная и передающая антенны размещены в антенном блоке, генератор ультразвуковых импульсов, приемник и передатчик высокочастотного сигнала размещены в электронном блоке, устройство обработки ультразвуковых импульсов размещено в контроллере по обработке и вводу данных в ЭВМ, тремя приемниками ультразвуковых импульсов образованы соответственно начало и оси прямоугольной системы координат XOY на обследуемой поверхности.The problem is solved in that in the device for sensing building structures, consisting of a high-frequency generator, spatially combined transmitting and receiving antennas, a receiver of a high-frequency signal and a computer, while a transmitting antenna is connected to the first output of the high-frequency generator, a receiver and a controller are connected in series to the output of the receiving antenna for processing and entering data into a computer, the high-frequency generator is made in the form of a generator of shock excitation, the controller is made in the form of the last well connected to the output of the receiver of the high-frequency signal of the first delay line, a trigger, the second input of which is connected to the second output of the high-frequency generator, a key, the second input of which is connected to the output of the receiver of the high-frequency signal, amplifier, second delay line, subtraction unit, the second input of which is connected to the output amplifier, integrator, division unit, the second input of which is connected to the output of the subtraction unit, the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the unit for generating the reference voltage signal, and an analog-to-digital converter, the output of which is connected via an interface to a computer, the corresponding outputs of the interface are connected to a high-frequency generator, a receiver of a high-frequency signal, a unit for generating a reference voltage, sound and liquid crystal indicators, a pulse generated in the receiver of a high-frequency signal through the first delay line is fed to the second trigger input, which generates a positive voltage, which opens the key, through which the pulse generated in the receiver is high the frequency signal is transmitted through the amplifier to the second delay line and the subtraction unit, the differential signal from the subtraction unit is fed to the integrator and the division unit, and then after the division unit through the comparison unit is fed to an analog-to-digital converter, an ultrasonic pulse generator, an ultrasonic emitter, three an ultrasonic pulse receiver and an ultrasonic pulse processing device, wherein an ultrasonic pulse generator and an ultra pulse generator are connected in series to the corresponding output of the interface ultrasonic pulser, the outputs of the ultrasonic pulse receivers through the ultrasonic pulse processing device are connected to the corresponding input of the interface, the ultrasonic emitter, the receiving and transmitting antennas are located in the antenna unit, the ultrasonic pulse generator, the receiver and transmitter of the high-frequency signal are placed in the electronic unit, the ultrasonic pulse processing device is located in a controller for processing and entering data into a computer, three receivers of ultrasonic pulses are formed respectively continuously beginning and the axis of the rectangular coordinate system on the XOY surface examined.
Структурная схема устройства зондирования строительных конструкций представлена на чертеже.The structural diagram of the device for sensing building structures is shown in the drawing.
Устройство включает в себя: 1 - портативную ЭВМ, 2 - поверхность строительной конструкции, 3 - электронный блок в составе высокочастотного генератора 5, приемника 7 высокочастотного сигнала и генератора 23 ультразвуковых импульсов, 4 - антенный блок, включающий пространственно совмещенные передающую 8 и приемную 9 антенны и ультразвуковой излучатель 24, 6 - контроллер по обработке и вводу данных в ЭВМ, 10 - подповерхностный объект, в качестве которого могут быть строительная арматура, пустоты и другие неоднородности, различные дефекты, подслушивающие устройства и т.д., 12, 14 - первую и вторую линии задержки; 13 - усилитель; 15 - блок вычитания; 16 - интегратор; 17 - блок деления; 18 - блок сравнения; 19 - блок формирования эталонного напряжения; 20 - аналого-цифровой преобразователь; 21 - интерфейс; 22 - ключ; 23 - жидкокристаллический индикатор; 24 - звуковой индикатор; 25 - генератор ультразвуковых импульсов, 26 - ультразвуковой излучатель; 27, 28, 29 - приемники ультразвуковых импульсов, 30 - устройство обработки ультразвуковых импульсов. Причем к первому выходу высокочастотного генератора 5 подключена передающая антенна 8. К выходу приемной антенны 9 последовательно подключены приемник 7 высокочастотного сигнала, первая линия 12 задержки, триггер 11, второй вход которого соединен с вторым выходом высокочастотного генератора 5, ключ 22, второй вход которого соединен с выходом приемника 7, усилитель 13, вторая линия 14 задержки, блок 15 вычитания, второй вход которого соединен с выходом усилителя 13, интегратор 16, блок 17 деления, второй вход которого соединен с выходом блока 15 вычитания, блок 18 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 19 формирования эталонного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 20, интерфейс 21 и ЭВМ1.The device includes: 1 - a portable computer, 2 - the surface of a building structure, 3 - an electronic unit consisting of a high-frequency generator 5, a receiver 7 of a high-frequency signal and an ultrasonic pulse generator 23, 4 - an antenna unit including a spatially combined transmitting 8 and receiving 9 antenna and an ultrasonic emitter 24, 6 - a controller for processing and entering data into a computer, 10 - a subsurface object, which can be building reinforcement, voids and other inhomogeneities, various defects, eavesdropping other devices, etc., 12, 14 — first and second delay lines; 13 - amplifier; 15 - block subtraction; 16 - integrator; 17 - block division; 18 is a comparison block; 19 is a unit for generating a reference voltage; 20 - analog-to-digital Converter; 21 - interface; 22 - key; 23 - liquid crystal indicator; 24 - sound indicator; 25 - generator of ultrasonic pulses, 26 - ultrasonic emitter; 27, 28, 29 — receivers of ultrasonic pulses, 30 — device for processing ultrasonic pulses. Moreover, a transmitting antenna 8 is connected to the first output of the high-frequency generator 5. A receiver 7 of the high-frequency signal, a first delay line 12, a trigger 11, the second input of which is connected to the second output of the high-frequency generator 5, key 22, the second input of which is connected to the output of the receiving antenna 9 with the output of the receiver 7, amplifier 13, the second delay line 14, the subtraction unit 15, the second input of which is connected to the output of the amplifier 13, the integrator 16, the division unit 17, the second input of which is connected to the output of the block 15 is subtracted I, the comparison unit 18, a second input coupled to an output of the unit 19 forming the reference voltage, an analog-digital converter 20, an interface 21 and EVM1.
Соответствующие выходы интерфейса 21 подключены к высокочастотному генератору 5, приемнику 7 высокочастотного сигнала, блоку 19 формирования эталонного напряжения, звуковому 24 и жидкокристаллическому 23 индикаторам, генератору 25 ультразвуковых импульсов, к выходу которого подключен ультразвуковой излучатель 26. Выходы приемников 27-29 ультразвуковых импульсов через устройство 30 обработки ультразвуковых импульсов подключены к соответствующему входу интерфейса 21.The corresponding outputs of the interface 21 are connected to a high-frequency generator 5, a high-frequency signal receiver 7, a reference voltage generation unit 19, an audio 24 and a liquid crystal 23 indicators, an ultrasonic pulse generator 25, to the output of which an ultrasonic emitter 26 is connected. The outputs of the receivers 27-29 ultrasonic pulses through the device 30 ultrasonic pulse processing connected to the corresponding input of the interface 21.
Принцип работы устройства основан на методе сверхширокополосного радиолокационного зондирования строительных конструкций, при котором оценивается изменение несанкционированного электромагнитного поля, образованного отраженными от различных неоднородностей и включений электромагнитными волнами после их облучения зондирующим радиосигналом, в качестве которого используется последовательность радиоимпульсов с малым числом периодов высокочастотных колебаний в каждом из них (вплоть до одного). Формирование зондирующего сверхширокополосного радиосигнала осуществляется генератором 5 ударного возбуждения и передающей антенной 8. На границе раздела строительная конструкция - неоднородность, характеризующейся скачком относительной диэлектрической проницаемости и удельного затухания, формируется отраженный радиосигнал, возвращающийся к приемной антенне 9. Принимаемый сверхширокополосный радиосигнал с помощью стробоскопического приемника 7 претерпевает масштабно-временное преобразование и переводится в цифровую форму, удобную для представления и обработки. Цифровой сигнал содержит информацию как о расположении неоднородности и включении, так и о их форме, материале и т.п.The principle of operation of the device is based on the method of ultra-wideband radar sensing of building structures, in which the change in an unauthorized electromagnetic field formed by reflected from various inhomogeneities and inclusions by electromagnetic waves after irradiation with a sounding radio signal is evaluated, which is used as a sequence of radio pulses with a small number of periods of high-frequency oscillations in each of them (up to one). The probing ultra-wideband radio signal is generated by the shock excitation generator 5 and the transmitting antenna 8. At the interface, the building structure is a heterogeneity characterized by a jump in the relative permittivity and specific attenuation, a reflected radio signal is formed, which returns to the receiving antenna 9. The received ultra-wideband radio signal using a stroboscopic receiver time-scale conversion and digitization, convenient for presentation and processing. A digital signal contains information both about the location of the heterogeneity and inclusion, and about their shape, material, etc.
Выделение полезной информации осуществляется с помощью обработки в ЭВМ1 и отображается на экране визуального индикатора 23 в реальном масштабе времени.The selection of useful information is carried out by processing in computer1 and displayed on the screen of the visual indicator 23 in real time.
Особенностью устройства является наличие ультразвуковой системы точного местоопределения положения антенного блока 4, благодаря чему возможны упорядоченное обследование поверхности и формирование массива данных для построения трехмерного изображения объема.A feature of the device is the presence of an ultrasonic system for accurately determining the position of the antenna unit 4, which makes it possible to conduct an orderly survey of the surface and the formation of an array of data to build a three-dimensional image of the volume.
С помощью устройства может быть получен радиолокационный разрез бетонной стены с изображением арматуры и расположенных за ней различных закладок.Using the device, a radar section of a concrete wall can be obtained with the image of reinforcement and various bookmarks located behind it.
Устройство зондирования строительных конструкций работает следующим образом.A device for sensing building structures works as follows.
Основным режимом работы устройства является режим "Поиск". Этот режим устанавливается автоматически при включении устройства и используется при поиске и распознавании различных неоднородностей и включений, находящихся в строительных конструкциях.The main mode of operation of the device is the "Search" mode. This mode is set automatically when the device is turned on and is used when searching and recognizing various heterogeneities and inclusions in building structures.
При включении напряжения питания устанавливаются исходные режимы всех блоков устройства. По команде ЭВМ1 генератор 5 ударного возбуждения формирует зондирующий сверхширокополосный сигнал в виде одного периода синусоиды амплитудой 20 В и длительностью 1 мс, a генератор 25 ультразвуковых импульсов - измерительный ультразвуковой импульс длительностью 0,25 мс. Радиолокационный сигнал передающей антенной 8 и ультразвуковой импульс ультразвуковым излучателем 26 излучаются в направлении поверхности 2 строительной конструкции.When the supply voltage is turned on, the initial modes of all units of the device are established. At the command of the computer 1, the shock excitation generator 5 generates a probe ultra-wideband signal in the form of a single sinusoid period with an amplitude of 20 V and a duration of 1 ms, and a generator of 25 ultrasonic pulses - a measuring ultrasonic pulse with a duration of 0.25 ms. The radar signal by the transmitting antenna 8 and the ultrasonic pulse by the ultrasonic emitter 26 are emitted in the direction of the surface 2 of the building structure.
Обнаружение неоднородностей и включений в режиме "Поиск" осуществляется оператором путем перемещения вправо-влево, вперед-назад антенного блока 4, укрепленного на штанге и включающего пространственно совмещенные передающую 8, приемную 9 антенны и ультразвуковой излучатель 26. При этом необходимо следить за тем, чтобы антенный блок 4 перемещался параллельно обследуемой поверхности 2 строительной конструкции на фиксированном расстоянии (5-10 см от нее). Скорость перемещения антенного блока 4 выбирается в зависимости от условий поиска и конфигурации строительной конструкции. При этом необходимо следить за тем, чтобы был обследован весь проверяемый участок поверхности 2 строительной конструкции.Detection of heterogeneities and inclusions in the "Search" mode is carried out by the operator by moving the antenna unit 4, mounted back and forth, mounted on the rod and including the spatially combined transmitting 8, receiving 9 antennas and ultrasonic emitter 26. In this case, make sure that the antenna unit 4 moved parallel to the surveyed surface 2 of the building structure at a fixed distance (5-10 cm from it). The speed of movement of the antenna unit 4 is selected depending on the search conditions and the configuration of the building structure. In this case, it is necessary to ensure that the entire inspected area of the surface 2 of the building structure is examined.
Электромагнитная волна, отражающаяся от неоднородности 10, воздействует на приемную антенну 9. На эту же антенну воздействует мешающее прямое излучение генератора 5 и отраженный сигнал от границы раздела воздух-строительная конструкция. Часть энергии зондирующего сигнала с второго выхода высокочастотного генератора 5 поступает на первый вход триггера 11, который переводится в первое (нулевое) состояние. На выходе триггера 11 формируется отрицательное напряжение.An electromagnetic wave reflected from the inhomogeneity 10 acts on the receiving antenna 9. The interfering direct radiation of the generator 5 and the reflected signal from the air-building structure interface act on the same antenna. Part of the energy of the probe signal from the second output of the high-frequency generator 5 is supplied to the first input of the trigger 11, which is translated into the first (zero) state. At the output of the trigger 11, a negative voltage is generated.
Отраженный сигнал, содержащий информацию о границе раздела сред и неоднородности 10, с выхода приемной антенны 9 поступает на первый вход приемника 7, на второй вход которого подается через интерфейс 21 короткий строб импульс с ЭВМ1. Сформированный в приемнике 7 импульс, представляющий собой мгновенное значение принятого периодического сигнала, через линию 12 задержки поступает на второй вход триггера 11. Последний переводится во второе (единичное) состояние, при котором на его выходе формируется положительное напряжение. Это напряжение поступает на управляющий вход ключа 22 и открывает его. В исходном состоянии ключ 22 всегда закрыт.The reflected signal containing information on the interface between media and heterogeneity 10, from the output of the receiving antenna 9 is fed to the first input of the receiver 7, the second input of which is supplied via the interface 21 a short strobe pulse from computer1. The pulse generated in the receiver 7, which is the instantaneous value of the received periodic signal, is transmitted through the delay line 12 to the second input of the trigger 11. The latter is transferred to the second (single) state, at which a positive voltage is generated at its output. This voltage is supplied to the control input of the key 22 and opens it. In the initial state, key 22 is always closed.
Линия 12 задержки необходима для наиболее полного управления влиянием отражений от границы раздела сред на работу усилителя 13 и последующих каскадов. Линия 12 задержки выбирается переменной, что обеспечивает устранение влияния прямого излучения передающей антенны 8 и сигналов, отраженных от границы раздела воздух-строительная конструкция и от слоев различной глубины залегания, т.е. осуществляется "стробирование по вертикали", которое обеспечивает последовательный просмотр подповерхностного пространства строительной конструкции от границы раздела воздух-строительная конструкция до слоев различной глубины.The delay line 12 is necessary for the most complete control of the influence of reflections from the media interface on the operation of the amplifier 13 and subsequent stages. The delay line 12 is selected by a variable, which eliminates the influence of direct radiation of the transmitting antenna 8 and signals reflected from the air-building structure and from layers of different depths, i.e. “vertical gating” is carried out, which provides sequential viewing of the subsurface space of the building structure from the air-building structure interface to layers of different depths.
"Стробирование по горизонтали" позволяет на фоне вариаций электромагнитного поля, не связанных с электромагнитной волной, отражающей от неоднородности или включения, надежно выделять в подповерхностных слоях строительной конструкции неоднородности, включения и т.п. Для исключения влияния периодических и квазистационарных вариаций электромагнитного поля Земли осуществляется периодическое измерение напряженности поля и операция нормирования разностного сигнала двух последовательных измерений, т.е. интегрируется разностный сигнал, делится разностный сигнал на проинтегрированный разностный согнал. Операция сравнения нормированного сигнала с заданным пороговым значением позволяет принять решение о наличии или отсутствии неоднородности или включения."Horizontal gating" allows against the background of variations in the electromagnetic field, not related to the electromagnetic wave reflecting from the inhomogeneity or inclusion, to reliably isolate heterogeneity, inclusion, etc. in the subsurface layers of the building structure. To exclude the influence of periodic and quasi-stationary variations of the Earth’s electromagnetic field, a periodic measurement of the field strength and the normalization of the difference signal of two successive measurements are carried out, i.e. the difference signal is integrated, the difference signal is divided into the integrated difference signal. The operation of comparing a normalized signal with a given threshold value allows you to make a decision about the presence or absence of heterogeneity or inclusion.
Для этого сформированный в приемнике 7 импульс, представляющий собой мгновенное значение принимаемого периодического сигнала, отраженного от неоднородности 10, через открытый ключ 22 после усиления в усилителе 13 поступает на блок 15 вычитания непосредственно и через линию 14 задержки. При этом в каждой точке наблюдения производится не менее двух последовательных измерений указанных импульсов. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений. Для этого импульс, соответствующий предшествующему измерению, задерживается линией 14 задержки до момента сравнения его с последующим импульсом в блоке 15 вычитания. Операции интегрирования разностного сигнала и деление разностного сигнала на проинтегрированный разностный сигнал производится в блоках 16 и 17. В блоке 18 осуществляется сравнение нормированного сигнала с пороговым значением сигнала, формируемым блоком 19. При превышении порогового уровня сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 20, где он преобразуется в цифровую форму и поступает через интерфейс 21 на ЭВМ1.For this, the pulse generated in the receiver 7, which is the instantaneous value of the received periodic signal reflected from the inhomogeneity 10, through the public key 22 after amplification in the amplifier 13 is fed to the subtraction unit 15 directly and through the delay line 14. Moreover, at each observation point, at least two consecutive measurements of these pulses are made. Then, the operation of subtracting two consecutive measurements is performed. For this, the pulse corresponding to the previous measurement is delayed by the delay line 14 until it is compared with the subsequent pulse in the subtraction unit 15. The operations of integrating the difference signal and dividing the difference signal by the integrated difference signal are performed in blocks 16 and 17. In block 18, the normalized signal is compared with the threshold value of the signal generated by block 19. When the threshold level is exceeded, the signal is input to the analog-to-digital converter 20, where it is converted to digital form and enters through the interface 21 on the computer1.
После аналого-цифрового преобразования данные через плату интерфейса 21 поступают в ЭВМ1, а затем на экран жидкокристаллического индикатора 23, частоты вертикальной (строчной) и горизонтальной (кадровой) разверток которого могут варьироваться в определенных пределах. На экране индикатора 23 в реальном масштабе наблюдается плоская яркостная картина неоднородности и включений исследуемой строительной конструкции.After analog-to-digital conversion, the data through the interface board 21 enters the computer1, and then on the screen of the liquid crystal display 23, the frequency of vertical (horizontal) and horizontal (frame) scans of which can vary within certain limits. On the screen of the indicator 23 in real scale there is a flat brightness picture of the heterogeneity and inclusions of the investigated building structure.
Для построения трехмерных изображений неоднородностей и включений используется ультразвуковая система точного местоопределения положения антенного блока 4, состоящая из генератора 25 ультразвуковых импульсов, ультразвукового излучателя 26, трех приемников ультразвуковых импульсов 27, 28 и 29, устройства 30 обработки ультразвуковых импульсов, которое из принятых ультразвуковых импульсов формирует интервалы времени, необходимые для определения текущего положения антенного блока 4. При этом приемники 27, 28 и 29 ультразвуковых импульсов образуют начало и оси прямоугольной системы координат XOY на обследуемой поверхности.To build three-dimensional images of inhomogeneities and inclusions, an ultrasonic system for accurately determining the position of the antenna unit 4 is used, consisting of an ultrasonic pulse generator 25, an ultrasonic emitter 26, three ultrasonic pulse receivers 27, 28 and 29, an ultrasonic pulse processing device 30, which from the received ultrasonic pulses generates time intervals necessary to determine the current position of the antenna unit 4. In this case, the receivers 27, 28 and 29 of the ultrasonic pulses in the image The origin and axes of the rectangular XOY coordinate system on the surface being examined are shown.
Антенный блок 4 содержит широкополосный ультразвуковой излучатель 26 и радиолокационные передающую 8 и приемную 9 антенны, выполненные в виде вибраторных излучателей типа "бабочка" с резонатором специальной формы.Antenna unit 4 contains a broadband ultrasonic emitter 26 and radar transmitting 8 and receiving 9 antennas, made in the form of butterfly-type vibrator emitters with a special shape resonator.
Синхроимпульс от ЭВМ1 через интерфейс 21 запускает генератор 25 ультразвуковых импульсов, импульс которого излучается вдоль обследуемой поверхности через ультразвуковой излучатель 26, имеющий близкую к круговой диаграмму направленности.The clock from the computer 1 through the interface 21 starts the ultrasonic pulse generator 25, the pulse of which is emitted along the surface through the ultrasonic emitter 26, which is close to a circular radiation pattern.
Приемники 27, 28 и 29 ультразвуковых импульсов в момент прихода к ним излученного импульса формируют стандартные выходные сигналы, поступающие на устройство 30 обработки, которое измеряет три интервала времени между излученным и принятыми импульсами. На основании этих данных ЭВМ1 решает задачу определения текущего положения антенного блока 4 как точки пересечения трех окружностей с центрами в точках 27, 28 и 29 и радиусами, равными произведениям измеренных интервалов на скорость звука в воздухе. Высокая точность местоопределения обеспечивается короткой длительностью импульса - не более 0,25 мс и его малой пространственной протяженностью - около 6 см. Это достигается тем, что в качестве излучателя и приемников используются специальные широкополосные электроакустические преобразователи, разработанные с использованием современного материала - пъезопленки на основе полимера - поливиниладентфторида.The receivers 27, 28 and 29 of the ultrasonic pulses at the moment of arrival of the emitted pulse generate standard output signals supplied to the processing device 30, which measures three time intervals between the emitted and received pulses. Based on these data, the computer 1 solves the problem of determining the current position of the antenna unit 4 as the point of intersection of three circles with centers at points 27, 28 and 29 and radii equal to the products of the measured intervals by the speed of sound in air. High accuracy of positioning is ensured by a short pulse duration of not more than 0.25 ms and its small spatial length of about 6 cm. This is achieved by the fact that special broadband electroacoustic transducers developed using a modern material - polymer-based piezo-film are used as emitter and receivers. - polyvinylidene fluoride.
Максимальная амплитуда принимаемого сигнала сравнивается с установленным пороговым значением, при превышении которого включается звуковой индикатор 24.The maximum amplitude of the received signal is compared with the set threshold value, above which the audible indicator 24 is turned on.
Появление звукового сигнала и визуального сигнала на экране индикатора 23 требует остановки оператора и свидетельствует о том, что в зоне обнаружения антенного блока 4 находится неоднородность или включение, природу происхождения которой следует установить, а при необходимости, уточнить ее местоположение и форму, как это описано выше.The appearance of an audio signal and a visual signal on the screen of the indicator 23 requires the operator to stop and indicates that there is a heterogeneity or inclusion in the detection area of the antenna unit 4, the nature of the origin of which should be established, and if necessary, specify its location and shape, as described above .
Для анализа обнаруженной неоднородности следует выполнить ее сканирование (перемещение антенного блока 4 от границы обнаружения до границы потери) со скоростью, определяемой световой строкой на экране индикатора 23. Режим "сканирование" и формирование вертикального среза строительной конструкции с обнаруженной неоднородностью осуществляется переходом из режима "Поиска" нажатием кнопки "Сканирование", расположенной на передней панели устройства. Через 20 с после обработки сигнала на экране индикатора 23 появляется трехмерный радиолокационный образ неоднородности или включения, дающий представление о форме и размерах неоднородности (включения). По желанию оператора контрастность изображения можно изменять соответствующими кнопками в сторону увеличения или уменьшения.To analyze the detected heterogeneity, it should be scanned (moving the antenna unit 4 from the detection boundary to the loss boundary) at a speed determined by the light bar on the indicator screen 23. The "scan" mode and the formation of a vertical slice of a building structure with the detected heterogeneity are carried out by switching from the "Search" mode "by clicking the Scan button located on the front of the device. 20 seconds after the signal is processed, a three-dimensional radar image of the heterogeneity or inclusion appears on the screen of the indicator 23, giving an idea of the shape and size of the heterogeneity (inclusion). At the request of the operator, the contrast of the image can be changed with the corresponding buttons in the direction of increase or decrease.
Для идентификации обнаруженной неоднородности с имеющимися эталонами оператору необходимо обратиться к обучаемому алгоритму, при этом на экране индикатора 23 высвечивается соответствующее название, например "неоднородность № 2". В случае несоответствия выводится сообщение "неоднородность не опознана".To identify the detected heterogeneity with the existing standards, the operator needs to turn to the trained algorithm, while the corresponding name is displayed on the screen of the indicator 23, for example, "heterogeneity No. 2". In case of discrepancy, the message "heterogeneity is not recognized" is displayed.
Для определения материала обнаружения неоднородности (включения) оператор нажатием соответствующей кнопки переходит к базовому алгоритму. На экране выводится сообщение о типе материала: "Металл", "Композит", "Пластик" и т.д.To determine the material for detecting heterogeneity (inclusion), the operator, by pressing the appropriate button, proceeds to the basic algorithm. A message about the type of material is displayed on the screen: Metal, Composite, Plastic, etc.
Взаимодействия ЭВМ1 с остальными узлами устройства, а также организация управления работой осуществляется через схемы интерфейса 21.The interaction of the computer with the other nodes of the device, as well as the organization of the management of work is carried out through the interface circuit 21.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими устройствами аналогичного назначения позволяет повысить достоверность подповерхностного обнаружения и распознавания скрытых неоднородностей. Это достигается использованием ультразвуковой системы точного местоопределения положения антенного блока, благодаря чему возможны упорядоченное обследование поверхности и формирование массива данных для построения трехмерного изображения объема. С помощью предлагаемого устройства может быть получен радиолокационный разрез бетонной стены с изображением арматуры и расположенных за ней неоднородностей и включений.Thus, the proposed device in comparison with the prototype and other devices for a similar purpose can improve the reliability of subsurface detection and recognition of hidden heterogeneities. This is achieved by using an ultrasonic system to accurately determine the position of the antenna unit, which makes it possible to conduct an orderly survey of the surface and the formation of an array of data to build a three-dimensional image of the volume. Using the proposed device can be obtained radar section of a concrete wall with the image of reinforcement and heterogeneities and inclusions located behind it.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107079/09A RU2282875C1 (en) | 2005-03-03 | 2005-03-03 | Building structure exploration device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107079/09A RU2282875C1 (en) | 2005-03-03 | 2005-03-03 | Building structure exploration device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2282875C1 true RU2282875C1 (en) | 2006-08-27 |
Family
ID=37061376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005107079/09A RU2282875C1 (en) | 2005-03-03 | 2005-03-03 | Building structure exploration device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2282875C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460090C1 (en) * | 2011-08-02 | 2012-08-27 | Виктор Иванович Дикарев | Apparatus for probing building structures |
| RU2533311C2 (en) * | 2012-10-31 | 2014-11-20 | ООО "Ди-Эс-Эр" | Apparatus for probing building structures |
| RU2540411C2 (en) * | 2010-05-14 | 2015-02-10 | Парамата Лтд | System and method of inspecting composite materials using radio frequency reflection |
| RU2558745C1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method for remote detection of inhomogeneities in optically opaque media |
| RU2640956C1 (en) * | 2016-11-09 | 2018-01-12 | АО "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Device of ultrasonic controlling state of products |
| RU2725700C1 (en) * | 2017-03-10 | 2020-07-03 | Просек Са | Device for electromagnetic probing of sample |
-
2005
- 2005-03-03 RU RU2005107079/09A patent/RU2282875C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540411C2 (en) * | 2010-05-14 | 2015-02-10 | Парамата Лтд | System and method of inspecting composite materials using radio frequency reflection |
| RU2460090C1 (en) * | 2011-08-02 | 2012-08-27 | Виктор Иванович Дикарев | Apparatus for probing building structures |
| RU2533311C2 (en) * | 2012-10-31 | 2014-11-20 | ООО "Ди-Эс-Эр" | Apparatus for probing building structures |
| RU2558745C1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method for remote detection of inhomogeneities in optically opaque media |
| RU2640956C1 (en) * | 2016-11-09 | 2018-01-12 | АО "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Device of ultrasonic controlling state of products |
| RU2725700C1 (en) * | 2017-03-10 | 2020-07-03 | Просек Са | Device for electromagnetic probing of sample |
| US11543515B2 (en) | 2017-03-10 | 2023-01-03 | Proceq Sa | Device for electromagnetically probing a sample |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2282875C1 (en) | Building structure exploration device | |
| US4094304A (en) | Method and apparatus for measurement of acoustic impedance transitions in media such as human bodies | |
| US6496136B1 (en) | Ground penetrating radar system for non-invasive inspection of trees for internal decay | |
| US11841265B2 (en) | Heterogeneous subsurface imaging systems and methods | |
| Muldoon et al. | Identifying voids in plastic ducts in post-tensioning prestressed concrete members by resonant frequency of impact–echo, SIBIE and tomography | |
| US11681042B2 (en) | Sparse excitation method for 3-dimensional underground cable localization by fiber optic sensing | |
| CA1267969A (en) | Ultrasonic phase apparatus | |
| US4399702A (en) | Method of measuring stress distribution in a solid body | |
| Choi et al. | Array type miniaturized ultrasonic sensors to detect urban sinkholes | |
| RU2460090C1 (en) | Apparatus for probing building structures | |
| RU2143708C1 (en) | Method of formation of radar image of object and former of radar image | |
| RU2375729C1 (en) | Geophysical radar | |
| RU2234694C2 (en) | Device for probing building constructions | |
| Frazier et al. | Acoustic imaging of objects buried in soil | |
| Chang et al. | Feasibility of detecting embedded cracks in concrete structures by reflection seismology | |
| Rasol et al. | Analysis and calibration of ground penetrating radar shielded antennas | |
| RU2533311C2 (en) | Apparatus for probing building structures | |
| JP2005315622A (en) | Nondestructive inspection method and device of concrete structure | |
| RU2390801C1 (en) | Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method | |
| Fangqi et al. | An experiment of the actual vertical resolution of the sub-bottom profiler in an anechoic tank | |
| RU2589886C1 (en) | Apparatus for probing building structures | |
| JPH0750076B2 (en) | Object detection device based on acoustic signal and object detection method based on acoustic signal | |
| RU2121671C1 (en) | Building structure sounder | |
| JP2003149214A (en) | Nondestructive inspecting method and its apparatus using ultrasonic sensor | |
| RU2234112C1 (en) | Geophysical radar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070304 |