采用聲效與探地雷達檢測路面病害的控制電路及具有該控制電路的檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用聲效與探地雷達檢測路面病害的控制電路及具有該控制電路的檢測裝置，采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害能夠精確確定各結(jié)構(gòu)層的厚度、抗壓彈性模量和缺陷。聲波震蕩激發(fā)器和探地雷達通過控制器控制信號同步，利用電磁波精確測量每一路面結(jié)構(gòu)層厚度的同時，通過聲波傳播速度差異計算出每一結(jié)構(gòu)層的彈性模量。本發(fā)明自動化程度高，故障效率低；體積小巧，使用方便。與傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)檢測裝置相比，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)層厚度、抗壓彈性模量、結(jié)構(gòu)不連續(xù)隱形病害等定量化無損檢測，檢測時速可達到60km/h以上，推廣應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】采用聲效與探地雷達檢測路面病害的控制電路及具有該控制電路的檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交通公路檢測領(lǐng)域，特別涉及一種采用聲效與探地雷達檢測路面病害的控制電路及具有該控制電路的檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害檢測技術(shù)越來越引起了世界上各國工程師的關(guān)注，都期望能有一種快速、無損的檢測設(shè)備對路面實時檢測，發(fā)現(xiàn)路面內(nèi)部各種病害。近年來探地雷達(Ground penetrating radar,簡稱GPR)在高速公路病害的無損檢測中得到了較為廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用GPR進行道路路面層厚度、路面結(jié)構(gòu)缺陷等在20世紀90年度就開始了研究。使用探地雷達技術(shù)進行測量研究時，其基本原理是電磁波由發(fā)射天線向地下介質(zhì)發(fā)射高頻電磁脈沖波，經(jīng)地下各層的反射后返回地面，被接收天線所接收，反射脈沖波形成重復(fù)間斷發(fā)射的電路，按采樣定律等間距地采集疊加波而獲得數(shù)據(jù)。若公路路面的各層之間形成如下的分界面:在新的浙青混凝土與舊的浙青混凝土之間，在材料不同的浙青混凝土之間，在浙青混凝土與水泥混凝土之間，在土基和路面底基層之間等，將會很容易檢測到結(jié)構(gòu)層厚度。
[0003]應(yīng)用探地雷達檢測路面質(zhì)量至今沒有徹底解決如下幾個方面的問題:一是，GPR的探測深度與分辨率是相互制約的，在設(shè)計或選用天線時只好折中考慮；二是，GPR的探測效果與路面結(jié)構(gòu)層材料性質(zhì)密切相關(guān)，當路基路面材料對電磁波的耗散性強，并且目標的電磁特性與其環(huán)境相比反差不大時，表現(xiàn)出不好的性能，有時候甚至完全不適用；三是，探地雷達檢測的圖譜晦澀難懂，即使專業(yè)人士也只能根據(jù)經(jīng)驗判斷路面下部可能存在病害；四是，路基病害的定量化檢測精度有待進一步提高，以上這些成為探地雷達進一步深層應(yīng)用的瓶頸；五是，探地雷達無法檢測出每一結(jié)構(gòu)層的強度特性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種設(shè)計簡單合理、自動化程度高、檢測速度快、采樣速率高、檢測結(jié)果直觀準確的采用聲效與探地雷達檢測路面病害的控制電路及具有該控制電路的檢測裝置。
[0005]按照本發(fā)明所提供的設(shè)計方案，一種采用聲效與探地雷達檢測路面病害的控制電路，該控制電路包含控制信號發(fā)生器、信號處理控制單元、同步信號發(fā)生器、脈沖探地雷達發(fā)生器、存儲器及采樣保持器，探地雷達包含發(fā)射天線、第一接收天線和第二接收天線，所述發(fā)射天線的輸入端通過串聯(lián)的波形整形器與信號處理控制單元的輸出端相連接，波形整形器的第一輸出端與信號處理控制單元的輸入端連接，波形整形器的第二輸出端與同步單元的第一輸入端相連接，同步單元的第二輸入端與同步信號發(fā)生器的第一輸出端相連接，同步單元的第一輸出端與脈沖探地雷達發(fā)生器的輸入端相連接，同步信號發(fā)生器的第二輸出端通過分頻器與波形整形器的第二輸入端相連接，同步信號發(fā)生器的第三輸出端與探地雷達可控延遲器的第一輸入端相連接，第一接收天線的輸出端通過低噪聲放大器與采樣保持器的第一輸入端相連接，第二接收天線的輸出端通過低噪聲放大器與采樣保持器的第二輸入端相連接，所述采樣保持器的第三輸入端與探地雷達可控延遲器的輸出端相連接，所述米樣保持器的輸出端與A/d轉(zhuǎn)換器的第一輸入端連接,所述A/D轉(zhuǎn)換器的第二輸入端與同步信號發(fā)生器的第三輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與存儲器的第一輸入端相連接，所述存儲器的第二輸入端與波形整形器的第三輸出端相連接，聲波震蕩激發(fā)器的輸入端通過聲音激勵信號發(fā)生器與同步單元的第三輸出端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的第二輸出端、控制信號發(fā)生器的第一輸入端分別與控制計算機相信號連接，發(fā)射天線的輸入端與極化矢量發(fā)生器的輸出端相連接，極化矢量發(fā)生器的第一輸入端通過同步單元與控制信號發(fā)生器的第一輸出端連接，所述極化矢量發(fā)生器的第二輸入端通過開關(guān)器與控制信號發(fā)生器的第二輸出端連接，所述開關(guān)器的第二輸入端通過中繼器與脈沖探地雷達發(fā)生器的第一輸出端相連接，所述開關(guān)器的第三輸入端通過逆變器與脈沖探地雷達發(fā)生器的第二輸出端相連接。
[0006]一種采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置，包含支架、分別設(shè)置在支架兩側(cè)的支架輪、設(shè)置在支架上的路面檢測機構(gòu)及與路面檢測機構(gòu)相信號連接的控制器，所述控制器與控制計算機相信號連接，所述路面檢測機構(gòu)包含分別設(shè)置在支架上的聲波震蕩激發(fā)器和探地雷達，所述控制器包含上述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的控制電路。
[0007]根據(jù)上述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置，所述聲波震蕩激發(fā)器通過支撐梁固定在支架上。
[0008]優(yōu)選的，所述支撐梁垂直設(shè)有懸桿一和與懸桿一平行的懸桿二，所述懸桿一的長度大于懸桿二的長度，所述聲波震蕩激發(fā)器通過支撐橫梁設(shè)在懸桿一和懸桿二之間。
[0009]優(yōu)選的,所述聲波震蕩激發(fā)器為聲效激勵輪。
[0010]根據(jù)上述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置，所述發(fā)射天線為極化喇叭形發(fā)射天線。
[0011]根據(jù)上述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置，所述脈沖探地雷達發(fā)生器采用振幅可調(diào)的脈沖發(fā)生器。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
[0013]1.本發(fā)明采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置設(shè)計簡單合理、自動化程度高、檢測速度快、采樣速率高、檢測結(jié)果直觀準確，將聲效與探地雷達結(jié)合，在聲效作用下能確切檢測出路面結(jié)構(gòu)強度特征，可以對路面結(jié)構(gòu)進行定量檢測，且檢測結(jié)果直觀輸出，方便查看。
[0014]2.本發(fā)明采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害，能夠精確確定路面內(nèi)層的牢固特性，路面內(nèi)層結(jié)構(gòu)的任何變化，其中包括路面牢固性的變化，會被雷達信號所發(fā)現(xiàn)，并被綜合系統(tǒng)的管理計算機所記錄，對路面結(jié)構(gòu)層的牢固性進行確定，測定結(jié)果借助于計算機相應(yīng)的軟件進行分析并進行記錄，以便對公路質(zhì)量進行進一步的研究和分析，發(fā)射天線和接收天線保證形成和發(fā)射的電磁短脈沖，以及接收從路面反射回來的一定頻率范圍內(nèi)的電磁信號。
[0015]3.本發(fā)明采用聲波震蕩激發(fā)器和探地雷達通過控制器進行控制信號同步，自動化程度高，故障效率低，能夠精確確定各結(jié)構(gòu)層的厚度、抗壓彈性模量和缺陷，利用電磁波精確測量每一路面結(jié)構(gòu)層厚度的同時，通過聲波傳播速度差異計算出每一結(jié)構(gòu)層的彈性模量。
[0016]4.本發(fā)明采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的裝置體積小巧，單獨的檢測裝置通過支架與行走車輛活動鏈接，使用方便，與傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)檢測裝置相比，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)層厚度、抗壓彈性模量、結(jié)構(gòu)不連續(xù)隱形病害等定量化無損檢測，檢測時速可達到60km/h以上，推廣應(yīng)用前景廣闊。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0017]圖1為本發(fā)明采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置俯視示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明圖1所示的主視示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖4為本發(fā)明采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置工作流程框圖；
[0021]圖5為本發(fā)明采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路圖。
【具體實施方式】:
[0022]圖中標號I代表支架，標號2代表支架輪,標號3代表聲波震蕩激發(fā)器，標號4代表探地雷達，標號5代表叉頭，標號6代表控制器,標號4-1代表發(fā)射天線,標號4-2代表第一接收天線，標號4-3代表第二接收天線，標號a代表第一接收天線到發(fā)射天線之間的距離，標號b代表第二接收天線到發(fā)射天線之間的距離，標號hi代表路面結(jié)構(gòu)上層的厚度，標號h2代表路面結(jié)構(gòu)下層的厚度。
[0023]下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0024]實施例一:參見圖1?5所不,一種米用聲效與探地雷達檢測路面病害的控制電路，該控制電路包含控制信號發(fā)生器、信號處理控制單元、同步信號發(fā)生器、脈沖探地雷達發(fā)生器、存儲器及采樣保持器，探地雷達包含發(fā)射天線、第一接收天線和第二接收天線，所述發(fā)射天線的輸入端通過串聯(lián)的波形整形器與信號處理控制單元的輸出端相連接，波形整形器的第一輸出端與信號處理控制單元的輸入端連接，波形整形器的第二輸出端與同步單元的第一輸入端相連接，同步單元的第二輸入端與同步信號發(fā)生器的第一輸出端相連接，同步單元的第一輸出端與脈沖探地雷達發(fā)生器的輸入端相連接，同步信號發(fā)生器的第二輸出端通過分頻器與波形整形器的第二輸入端相連接，同步信號發(fā)生器的第三輸出端與探地雷達可控延遲器的第一輸入端相連接，第一接收天線的輸出端通過低噪聲放大器與采樣保持器的第一輸入端相連接，第二接收天線的輸出端通過低噪聲放大器與采樣保持器的第二輸入端相連接，所述采樣保持器的第三輸入端與探地雷達可控延遲器的輸出端相連接，所述米樣保持器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的第一輸入端連接,所述A/D轉(zhuǎn)換器的第二輸入端與同步信號發(fā)生器的第三輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與存儲器的第一輸入端相連接，所述存儲器的第二輸入端與波形整形器的第三輸出端相連接，聲波震蕩激發(fā)器的輸入端通過聲音激勵信號發(fā)生器與同步單元的第三輸出端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的第二輸出端、控制信號發(fā)生器的第一輸入端分別與控制計算機相信號連接，發(fā)射天線的輸入端與極化矢量發(fā)生器的輸出端相連接，極化矢量發(fā)生器的第一輸入端通過同步單元與控制信號發(fā)生器的第一輸出端連接，所述極化矢量發(fā)生器的第二輸入端通過開關(guān)器與控制信號發(fā)生器的第二輸出端連接，所述開關(guān)器的第二輸入端通過中繼器與脈沖探地雷達發(fā)生器的第一輸出端相連接，所述開關(guān)器的第三輸入端通過逆變器與脈沖探地雷達發(fā)生器的第二輸出端相連接。
[0025]一種采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的檢測裝置，包含支架、分別設(shè)置在支架兩側(cè)的支架輪、設(shè)置在支架上的路面檢測機構(gòu)及與路面檢測機構(gòu)相信號連接的控制器，所述控制器與控制計算機相信號連接，所述路面檢測機構(gòu)包含分別設(shè)置在支架上的聲波震蕩激發(fā)器和探地雷達，所述控制器包含上述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的控制電路。
[0026]所述聲波震蕩激發(fā)器通過支撐梁固定在支架上。
[0027]優(yōu)選的，所述支撐梁垂直設(shè)有懸桿一和與懸桿一平行的懸桿二，所述懸桿一的長度大于懸桿二的長度，所述聲波震蕩激發(fā)器通過支撐橫梁設(shè)在懸桿一和懸桿二之間。
[0028]優(yōu)選的,所述聲波震蕩激發(fā)器為聲效激勵輪。
[0029]所述發(fā)射天線為極化喇叭形發(fā)射天線。
[0030]所述脈沖探地雷達發(fā)生器采用振幅可調(diào)的脈沖發(fā)生器。
[0031]信號處理控制單元通過波形整形器的指令進行綜合控制，探地雷達信號和從路面被反射回來的雷達信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號隨后記錄下來，在接到指令“開始”時，波形整形器借助于分頻器產(chǎn)生的脈沖形成一個同步脈沖周期，進入同步單元，同步信號發(fā)生器的信號和同步單元同步運行，脈沖信號分別進入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端和輸出端，探地雷達信號可控延遲器用該時刻的信號確定信號模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換工作，收到周期同步脈沖信號時，同步單元生成同步脈沖，同步脈沖與同步信號發(fā)生器的參考脈沖信號綁定，同步單元生成雷達脈沖探測器的圖像，輸出的信號在探地雷達脈沖發(fā)生器中被放大并使用發(fā)射天線發(fā)射到公路路面結(jié)構(gòu)內(nèi)。從公路路面的界面層中反射出來的信號利用接收天線接收到信號，再被低噪聲放大器把信號放大，進入到采樣保持器的輸入端；根據(jù)同步信號，采樣保持器標記下從同步單元經(jīng)過可控延遲器后進入單元的瞬時值，A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)瞬時值的時間來執(zhí)行模擬-數(shù)字移動轉(zhuǎn)換，該瞬時值是指在探地雷達信號可控延遲器中節(jié)拍脈沖的延遲時間。數(shù)字代碼從A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連同隨機同步脈沖共同送達到存儲器中，存儲器作為存儲設(shè)備，直接將信息存儲在高速的集成電路存儲器中，存儲器也處理來自波形整形器的脈沖信號，這個脈沖信號實際上表示周期的起點和該脈沖的時差，存儲器把來自A/D轉(zhuǎn)換器中的信號記錄下來，并且將代碼測量結(jié)果存儲在內(nèi)存上。為了提高運行速度，代碼測量結(jié)果被加載到裝置的自動調(diào)諧階段的控制電路，來確定它的測量范圍。保存在存儲器中的測量結(jié)果被讀取并按照波形整形器的指令脈沖傳輸?shù)娇刂坪托盘柼幚韱卧?，測量和測量數(shù)據(jù)收集周期到此結(jié)束。雷達探測信號是持續(xù)時間相對較短的寬頻信號，并且需要足夠高的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換頻率(離散化頻率)。使用頻閃觀測法并借助探地雷達信號可控延遲器來實現(xiàn)，探地雷達信號可控延遲器根據(jù)同步單元的指令，借助所需要的同步信號發(fā)生器分離出的延遲脈沖形成并發(fā)送這個脈沖，程序在設(shè)定的范圍內(nèi)根據(jù)測量周期線性濾波。探地雷達信號可控延遲器的調(diào)諧范圍等于同步信號發(fā)生器的節(jié)拍信號周期，而調(diào)諧的離散區(qū)間值確定了信號有效離散化周期。[0032]為了提高測量分辨率，由于路面各層的厚度為h，則發(fā)射天線的頻率及頻率寬度應(yīng)符合如下關(guān)系式:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的控制電路，其特征在于:該控制電路包含控制信號發(fā)生器、信號處理控制單元、同步信號發(fā)生器、脈沖探地雷達發(fā)生器、存儲器及采樣保持器，探地雷達包含發(fā)射天線、第一接收天線和第二接收天線，所述發(fā)射天線的輸入端通過串聯(lián)的波形整形器與信號處理控制單元的輸出端相連接，波形整形器的第一輸出端與信號處理控制單元的輸入端連接，波形整形器的第二輸出端與同步單元的第一輸入端相連接，同步單元的第二輸入端與同步信號發(fā)生器的第一輸出端相連接，同步單元的第一輸出端與脈沖探地雷達發(fā)生器的輸入端相連接，同步信號發(fā)生器的第二輸出端通過分頻器與波形整形器的第二輸入端相連接，同步信號發(fā)生器的第三輸出端與探地雷達可控延遲器的第一輸入端相連接，第一接收天線的輸出端通過低噪聲放大器與米樣保持器的第一輸入端相連接，第二接收天線的輸出端通過低噪聲放大器與采樣保持器的第二輸入端相連接，所述采樣保持器的第三輸入端與探地雷達可控延遲器的輸出端相連接，所述采樣保持器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的第一輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的第二輸入端與同步信號發(fā)生器的第三輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與存儲器的第一輸入端相連接，所述存儲器的第二輸入端與波形整形器的第三輸出端相連接，聲波震蕩激發(fā)器的輸入端通過聲音激勵信號發(fā)生器與同步單元的第三輸出端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的第二輸出端、控制信號發(fā)生器的第一輸入端分別與控制計算機相信號連接，發(fā)射天線的輸入端與極化矢量發(fā)生器的輸出端相連接，極化矢量發(fā)生器的第一輸入端通過同步單元與控制信號發(fā)生器的第一輸出端連接，所述極化矢量發(fā)生器的第二輸入端通過開關(guān)器與控制信號發(fā)生器的第二輸出端連接，所述開關(guān)器的第二輸入端通過中繼器與脈沖探地雷達發(fā)生器的第一輸出端相連接，所述開關(guān)器的第三輸入端通過逆變器與脈沖探地雷達發(fā)生器的第二輸出端相連接。
2.一種采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的裝置，包含支架、分別設(shè)置在支架兩側(cè)的支架輪、設(shè)置在支架上的路面檢測機構(gòu)及與路面檢測機構(gòu)相信號連接的控制器，所述控制器與控制計算機相信號連接，其特征在于:所述路面檢測機構(gòu)包含分別設(shè)置在支架上的聲波震蕩激發(fā)器和探地雷達，所述控制器包含權(quán)利要求1所述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的裝置，其特征在于:所述聲波震蕩激發(fā)器通過支撐梁固定在支架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的裝置，其特征在于:所述支撐梁垂直設(shè)有懸桿一和與懸桿一平行的懸桿二，所述懸桿一的長度大于懸桿二的長度，所述聲波震蕩激發(fā)器通過支撐橫梁設(shè)在懸桿一和懸桿二之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2?4任一項所述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的裝置，其特征在于:所述聲波震蕩激發(fā)器為聲效激勵輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的裝置，其特征在于:所述發(fā)射天線為極化喇叭形發(fā)射天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用聲效與探地雷達聯(lián)合檢測路面病害的裝置，其特征在于:所述脈沖探地雷達發(fā)生器采用振幅可調(diào)的脈沖發(fā)生器。
【文檔編號】E01C23/01GK103790099SQ201310729496
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】劉廷國, 侯曙光, 岳學(xué)軍, 李忠玉, 史紀村, 陳永輝, 劉玉恒, 孫朕, 葛羅米柯, 羅曼諾夫, 霍達謝維奇, 切爾諾拜, 阿列克謝耶夫, 贊科維奇 申請人:河南省高遠公路養(yǎng)護技術(shù)有限公司