[发明专利]远距离非接触式隧道检测距离补偿装置及方法

说明书

本发明涉及一种远距离非接触式隧道检测距离补偿装置及方法，属于隧道检测领域。该装置包括空气耦合雷达天线、激光测距仪器和控制系统；空气耦合雷达天线和激光测距仪器紧邻，空气耦合雷达天线向支护与围岩发射和接收电磁波，同时，激光测距仪器照射在空气耦合雷达天线所检测的位置，将距离数据通过电缆线导入控制系统进行补偿计算，调整检测位置。空气耦合雷达天线频率为380MHz～1.6GHz。本发明能在隧道检测过程中，实时记录雷达天线到衬砌表面的距离，并记录该数据用于补偿计算，并通过激光的可见光点让控制人员完成天线对测线的对准。

技术领域

本发明属于隧道检测领域，涉及远距离非接触式隧道检测距离补偿装置及方法。

背景技术

地质雷达是使用甚高频至超高频段的地下电磁波反射探测技术。工作原理是发射器通过发射天线向初期支护与围岩中定向发射电磁波，电磁波在传播的路径上当遇到有电性(介电常数和电导率)差异的界面时即发生反射，从不同深度返回的各个反射波由接收天线和接收器所接收，另外还最先接收到从反射天线经两天线所在介质的表面传播到接收天线的直达波，并作为系统的时间起始零点。经过信号处理之后，对于直达波之后反射回来的各个不同时间的发射波，取其时间之半，乘以相应介质的电磁波传播速度即为反射目标的深度。再根据反射信息特征(反射强度、反射波组合特点以及横向、纵向变化等)判别反射目标的性质。初期支护与围岩、围岩中的空洞或欠密实区、围岩中的含水区或裂缝、初期支护裂缝等均为良好的反射界面或目标体。

目前主要采用地质雷达配合使用不同频率(常用的有270MHz、400MHz、900MHz)的天线对隧道结构状态，如二衬混凝土厚度、二衬与初支间的密实性等参数进行检测，其天线绝大多数为地面耦合式天线，即检测时雷达天线须与检测对象密贴。

该种检测方式的主要问题有三点：

(1)雷达天线不能脱开检测对象，否则会出现信号不良的现象，不利于后期数据处理和判读，严重者甚至会导致数据无效，而检测现场由于存在各种问题，常导致该种现象难以完全避免。

(2)采用该种方法进行检测时，通常由人工把握天线，站立于高空车围栏内在高处作业，路面不平或车辆速度稍快时存在较大的掉落安全风险。另外长时间运营隧道衬砌表面积灰严重，地耦天线刮除积灰后将导致洞内烟尘飘洒，影响行车环境。

(3)检测时须开展占道施工作业，而占道施工审批手续办理及撞车风险控制也是一大难题。

因此，现有检测技术的工作效率较低、对既有交通的干扰较大、交通安全的隐患较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种远距离非接触式隧道检测距离补偿装置及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

远距离非接触式隧道检测距离补偿装置，包括空气耦合雷达天线、激光测距仪器和控制系统；

空气耦合雷达天线和激光测距仪器紧邻，空气耦合雷达天线向支护与围岩发射和接收电磁波，同时，激光测距仪器照射在空气耦合雷达天线所检测的位置，将距离数据通过电缆线导入控制系统进行补偿计算，调整检测位置。

所述空气耦合雷达天线频率为380MHz～1.6GHz。

进一步，所述车载系统检测速度为50～70KM/小时；激光测距仪器的测距精度为1mm，采样的距离间隔为0.5m-2m。

进一步，该装置还包括机械臂和车载系统；

空气耦合雷达天线和激光测距仪器设于机械臂上，机械臂设置于车载系统上。

基于所述装置的远距离非接触式隧道检测距离补偿方法，在检测过程中，为保证激光测距的准确性，采用实时滤波的方式来对信号结果进行保证，滤波方法为：先用阀值过滤，再用平均值插值的方式对其进行滤波，具体为：