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专利名称：一种渠道混凝土衬砌无损检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及渠道混凝土衬砌无损检测领域，具体地讲，涉及一种渠道混凝土衬砌无损检测系统。
背景技术：
南水北调工程全部完成预计总投资为5000亿元人民币，"十五"期间干线建设投资为400—450亿元人民币。南水北调工程建设规划东线全长近1800km、中线工程干渠全长1420km，是迄今为止世界上最长的调水工程，其中衬砌渠道超过 1500km。已经开工的南水北调东线济平干渠和胶东供水干渠总长超过700km，拟建或在建的新疆北水南调等其它大型调水工程需衬砌的渠道也有上千公里。渠道衬砌铺设质量是决定渠道工程成败的关键。实际资料显示，受衬砌结构型式、施工工艺及施工质量的共同影响，浇筑形成的混凝土衬砌层会存在不同类型缺陷，这些缺陷存在将影响衬砌层稳定性、防渗护坡效果及大提安全。衬砌施工过程的质量控制检测和工程验收的质量检测成为非常重要的工作。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种渠道混凝土衬砌无损检测系统，提高了渠道衬砌质量检测水平。本发明采用如下技术手段实现发明目的
一种渠道混凝土衬砌无损检测系统，包括计算机，其特征是所述计算机连接专用探地雷达子系统，所述计算机包括雷达数据处理子系统和超声波数据处理子系统，所述雷达数据处理子系统包括文件管理�？�、剖面数据处理模块、衬砌病害模拟分析�？�、层位追踪和病害识别�？椤⒊钠鑫镄苑治瞿？椋龀ㄊ荽碜酉低嘲ǔúㄋ偌扑隳？楹突炷惹慷扰卸？�。作为对本技术方案的进一步限定，雷达主机和与其连接的雷达天线�？椋隼状镏骰ǹ刂频缏泛陀肫淞拥钠舳龀宓缏罚隹刂频缏坊沽友邮钡缏泛偷推捣糯蟮缏罚龅推捣糯蟮缏妨覣/D转换电路，所述A/D转换电路连接控制计算机，所述雷达天线包�？槔友邮钡缏泛偷推捣糯蟮缏返娜⊙值缏泛头⑸渎龀逍纬傻缏罚鋈⊙值缏妨痈咂捣糯蟮缏罚龈咂捣糯蟮缏飞狭佑薪邮仗煜撸龇⑸渎龀逍纬傻缏妨臃⑸涮煜�。作为对本技术方案的进一步限定，所述启动脉冲电路还连接随机扰动电路。作为对本技术方案的进一步限定，所述剖面数据�？榘ǖ辣嗉ピ�、极性翻转单元、剖面翻转单元、横向滤波单元、频谱分析与滤波单元、浮点增益单元、预测反褶积单元、速度分析单元、偏移处理单元、动平衡单元。作为对本技术方案的进一步限定，所述层位追踪和病害识别�？榘ㄗ远阄蛔纷俚ピ�、半自动层位追踪单元、病害自动识别单元、异常区手工判定单元。
作为对本技术方案的进一步限定，所述物性分析�？榘ǖサ婪治龇绞胶凸潭ḿ� 隔方式。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是文件管理�？橥瓿闪似拭嫖募� 连接及长剖面文件的分割，便于层位的连续追踪和病害的突出显示；同时完成了解释成果 文件及衬砌质量评价文件的打开和保存，为评价数据报表提供基础数据。剖面数据处理模 块主要实现了对剖面数据的去噪、频谱分析与滤波、基于数据道的编辑(包含了反道、置费 道、取相邻两道的平均值、初至拉平、形切、上切、下切等道处理功能)、剖面倒转、极性反转、 浮点增益、预测反裙积、速度分析、偏移等。剖面处理包含常规探地雷达数据处理的全部功 能，并包含了独具特色的用于去多次波的预测反裙积及移植于弹性波处理的技术，如速度 分析、偏移等，这些�？榈目⒋蟠蠓岣涣颂降乩状锸荽淼哪芰�。层位追踪和病害识别 �？槭钦攵郧阑炷脸钠鲋柿刻讲饪⒌淖ㄓ媚？椋媚？橥ü莩钠鍪┕さ牟煌� 构情况采用波形特征法直接自动或者半自动进行直达波和混凝土底界的连续追踪；通过滑 动窗口平均法进行局部异常体的自动识别，该模块极大地提高了衬砌结构层位追踪和病害 识别的效率和准确度。衬砌物性分析�？槔靡阎钠鼋峁沟乃俣冉惺鄙钭唬远� 算衬砌结构层的深度和厚度，为日常管理提供准确可靠的成果。病害模拟分析�？椴『δ� 拟分析针对混凝土衬砌进行正演模拟，便于技术人员提高对病害的认识、识别和成果的解 释水平。本系统提高了渠道混凝土衬砌探施工质量检测数据处理效率和准确性，为渠道混 凝土衬砌探施工质量检测提供供科学、准确、先进、有效的技术支持。所述超声波数据处理 子系统用于完成超声波波速计算和混凝度强度判定。


图1为本发明优选实施例的结构方框图。图2为本发明优选实施例的流程图。图3为本发明Kane S. Yee差分格式示意图。图4为本发明探地雷达系统结构图。图5为本发明不同延展深度混凝裂缝模型及1. 5G天线探测正演雷达图像。图6为本发明隐伏混凝土裂缝模型及1. 5G天线探测正演雷达图像。图7为本发明不同宽度裂缝1. 5G天线探测正演雷达图像。图8为本发明保温板垫层衬砌混凝土介电模型和1. 5G正演雷达图像。图9为本发明砂烁垫层衬砌混凝土介电模型和1. 5G正演雷达图像。图10为本发明保温板拉开情况1. 5G天线正演雷达图像。图11为本发明保温板缺失情况1. 5G天线正演雷达图像。图12为本发明保温板缺失位置被混凝土充填的介电模型和正演雷达图像。图13为本发明混凝土不密实情况下1. 5G天线探测正演雷达图像。图14为本发明相同碎石垫层介电模型下900M和1. 5G天线探测正演雷达图像。图15为本发明优选实施例的混凝土和保温板垫层探测剖面及波形图。图16为本发明优选实施例衬砌裂缝在探测剖面上的反映图。图17为本发明优选实施例自动识别的衬砌病害在探测剖面上的反映图。
具体实施例方式下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。参见图1 一图17，包括计算机，所述计算机连接专用探地雷达子系统，所述计算机包括雷达数据处理子系统和超声波数据处理子系统，所述雷达数据处理子系统包括文件管理�？�、剖面数据处理�？椤⒊钠霾『δＤ夥治瞿？�、层位追踪和病害识别�？�、衬砌物性分析�？椋龀ㄊ荽碜酉低秤糜谕瓿沙úㄋ偌扑愫突炷惹慷扰卸�。雷达主机和与其连接的雷达天线�？椋隼状镏骰ǹ刂频缏泛陀肫淞拥钠舳龀宓缏罚隹刂频缏坊沽友邮钡缏泛偷推捣糯蟮缏罚龅推捣糯蟮缏妨覣/ D转换电路，所述A/D转换电路连接所述计算机，所述雷达天线�？榘友邮钡缏泛偷推捣糯蟮缏返娜⊙值缏泛头⑸渎龀逍纬傻缏罚鋈⊙值缏妨痈咂捣糯蟮缏罚� 所述高频放大电路上连接有接收天线，所述发射脉冲形成电路连接发射天线。所述启动脉冲电路还连接随机扰动电路。(一)雷达主机发射信号调制技术
从发射信号特征来看，探地雷达主要有连续波雷达，调频连续波雷达和冲击波雷达。早期的探地雷达主要采用连续波。这种雷达使用单一频率，频带窄，避免了宽带天线的技术问题，但也由于频率单一，使得回波包含的信息量有限。调频连续波雷达的发射信号是具有一定频率上限和下限的线性扫频信号。雷达接收的回波信号和发射信号混频，输出一个差频信号，经过FFT处理后输出差频信号的频谱。差频的大小正比于目标回波的延时，由此即可决定目标深度。冲击波雷达发射的信号是脉冲宽度为纳秒级的无载波信号，其频谱分量从直流一直扩展到上千兆，因此雷达回波包含丰富的目标信息，有利于目标的识别。同时，要有效的发射和接收这样的宽带信号，在天线和电路设计方面存在一定困难。其解决办法是选用不同宽度的脉冲信号及相配套天线来实现不同分辨率和探测深度，以满足不同探测要求。由于冲击型雷达结构相对简单，相关技术较为成熟，近20年在国内外取得了较大的发展，已成为探地雷达的主流。冲击型雷达技术是一门综合性高新技术，包括高压纳秒脉冲技术、纳秒脉冲宽带天线技术、取样技术、大规模集成电路技术、控制技术、信号处理技术寸。冲击雷达在国际上得到了迅猛发展，已经进入实用和改进完善阶段。美国、加拿大、瑞典生产的雷达都属于这类雷达，本次研究采用冲击波脉冲源。(二)雷达主机信号接收技术
如果直接将接收的回波信号回送到主机，由于以下原因可能影响雷达的性能(1)雷达回波是一个高频信号，通过电缆回传会由于电缆的损耗降低回波的信噪比；(2)在天线的移动过程中，电缆的弯曲、扭转等形变，会影响电缆的高频传输性能；(3)回波的时延与电缆的长度相关，电缆越长，时延越大，回波分析的复杂度越大。为了解决这个问题，研制过程中将采样变换电路放置在天线端，回传到雷达主机的是经过采样变换后的低频信号，这样上述问题便不再存在。回波信号是一个大动态范围信号，离天线近的目标产生的回波强，远的目标体产生的回波弱。所以，雷达接收系统的动态范围是雷达的一个极其重要的指标。在雷达接收系统中，取样变换电路的动态范围一般只有50— 60dB，所以该电路的动态范围成为制约雷达动态范围的一个瓶颈。为了克服这个问题，研制中将高频放大器设置为大动态范围的时变增益放大器，对时延较小的近距离目标散射回波，采用较低增益放大，对于时延较大的远距离目标回波采用较高增益放大，这样进入取样变换电路的回波电平变得相对平稳。脉冲天线是探地雷达极其重要的一个部件，其性能直接决定了雷达的探测效果。 决定该系统性能的主要因素有天线末端反射波强度和多次反射波强度；天线辐射的效率；天线的方向性。脉冲波是一个宽带信号，为减小天线上的反射波，需采用宽带天线以保证天线的良好匹配。常用的天线有等角螺旋天线和蝶形天线，其中蝶形天线使用更多。本次研制过程中也采用蝶形天线。为了保证发射信号更好的向地下介质辐射和防止辐射场的畸变，在设计中增加了屏蔽措施。测量时收发一体天线系统和悬挂在一起的测量轮沿设定测线移动，在雷达主机的控制下，不断发射、接受电磁波信号，从而完成对路基施工质量的连续检测。(三)系统达到的技术指标
1)系统增益:160dB;
2)发射脉冲重复频率64KHz；
3)时间窗2 5000ns，可任�。�
4)A/D 16 位;
5)采样率1沘、256、512、1024,2048样点/扫描，可任选；
6)扫描速率8 128扫描/秒，可任�。�
7)波形叠加次数1 4096次，可任�。�
8)同步时钟内部晶振；
9)可编程时变增益(-IOdB +70dB)，实时曲线显示；
10)连续工作时间大于4h；
11)MTBF 不小于 500h ；MTTR 不大于 2h ；
12)冲击振动满足GJB74.6 85要求；
13)工作温度-10 50°C；储存温度-40 60°C ；湿热条件+40°C，90% ；
14)供电电源12V汽车电瓶或12V直流电源(接交流220V电源)；
15)水平距离标记手动或测量轮自动标记； (四)系统可实现的测量指标
1)测量速度和横向(水平)测点间距
测量速度、雷达系统的信号发射频率和数据采集存储速度共同决定了对目标层横向分布的探测能力。
扫描速度是指水平方向上每秒记录的道数。扫描速度的选择除了要考虑水平分辨率 (一般要求有10—20个数据点经过探测目标)和记录数据量两个因素外，还要受到采样点数选择的影响。实测时，一直采用高速扫频可能会影响仪器的使用寿命，另外考虑模数转换速度和数据量大小对取样存储速度的影响，采样点数确定后，在满足水平分辨率要求的前提下，采集仪可根据表3-1对扫描速度适当限制。表3-1采样点数与扫描速度的关系
权利要求
1.一种渠道混凝土衬砌无损检测系统，包括计算机，其特征是所述计算机连接专用探地雷达子系统，所述计算机包括雷达数据处理子系统和超声波数据处理子系统，所述雷达数据处理子系统包括文件管理�？�、剖面数据处理�？�、衬砌病害模拟分析�？�、层位追踪和病害识别�？�、衬砌物性分析模块，所述超声波数据处理子系统包括超声波波速计算�？楹突炷惹慷扰卸？�。
2.根据权利要求1所述渠道混凝土衬砌无损检测系统，其特征在于，所述专用探地雷达子系统包括雷达主机和与其连接的雷达天线�？椋隼状镏骰ǹ刂频缏泛陀肫淞拥钠舳龀宓缏罚隹刂频缏坊沽友邮钡缏泛偷推捣糯蟮缏罚龅推捣糯蟮缏妨覣/D转换电路，所述A/D转换电路连接控制计算机，所述雷达天线�？榘友邮钡缏泛偷推捣糯蟮缏返娜⊙值缏泛头⑸渎龀逍纬傻缏罚鋈⊙值缏妨痈咂捣糯蟮缏罚龈咂捣糯蟮缏飞狭佑薪邮仗煜撸龇⑸渎龀逍纬傻缏妨臃⑸涮煜�。
3.根据权利要求2所述渠道混凝土衬砌无损检测系统，其特征在于，所述启动脉冲电路还连接随机扰动电路。
4.根据权利要求1所述渠道混凝土衬砌无损检测系统，其特征在于，所述剖面数据模块包括道编辑单元、极性翻转单元、剖面翻转单元、横向滤波单元、频谱分析与滤波单元、浮点增益单元、预测反褶积单元、速度分析单元、偏移处理单元、动平衡单元。
5.根据权利要求1所述渠道混凝土衬砌无损检测系统，其特征在于，所述层位追踪和病害识别�？榘ㄗ远阄蛔纷俚ピ胱远阄蛔纷俚ピ�、病害自动识别单元、异常区手工判定单元。
6.根据权利要求1所述渠道混凝土衬砌无损检测系统，其特征在于，所述物性分析�？榘ǖサ婪治龇绞胶凸潭ḿ涓舴绞�。
全文摘要
本发明公开了一种渠道混凝土衬砌无损检测系统，包括计算机，其特征是所述计算机连接专用探地雷达子系统，所述计算机包括雷达数据处理子系统和超声波数据处理子系统，所述雷达数据处理子系统包括文件管理�？椤⑵拭媸荽砟？�、衬砌病害模拟分析�？�、层位追踪和病害识别模块、衬砌物性分析�？椋龀ㄊ荽碜酉低嘲ǔúㄋ偌扑隳？楹突炷惹慷扰卸？�。本系统提高了渠道混凝土衬砌探施工质量检测数据处理效率和准确性，为渠道混凝土衬砌探施工质量检测提供科学、准确、先进、有效的技术支持。
文档编号G01S13/89GK102288625SQ20111019126
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者刘世学, 化晓锋, 吴同强, 孙阳, 常明浩, 张 林, 张海涛, 李典基, 满月光, 牟善忠, 王旭波, 王淼, 瞿秋凤, 程国安, 苏学梅, 郭秀军 申请人:李典基