[發明專利]一種用于快速檢測道路路基含水量的探地雷達

在審

• 申請號: 202011131967.5
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112285705A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉廷國;陳永輝;李忠玉;侯德華;尚波;劉玉恒;張慶;李敏
• 申請（專利權）人: 河南省高遠公路養護技術有限公司
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S7/41;G01S13/08;G01S19/42;G01N22/04
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

1.一種用于快速檢測道路路基含水量的探地雷達，其特征在于包括安裝于檢測車上的雷達支架及安裝于檢測車車輪輪軸上的輪邊編碼器，雷達支架上等間距依次安裝有發射天線、接收天線I和接收天線II，雷達支架的一側安裝有GPS天線同時該雷達支架上設有控制電路，所述控制電路包括可編程增益放大器、高頻帶通濾波器、比較器a、比較器b、比較器c、比較器d、可編程計時器、數據處理與控制器、超寬帶沖擊脈沖發生器和同步控制器；接收天線I和接收天線II分別依次經過前置可編程增益放大器放大和高頻帶通濾波器濾波整形后形成接收天線I回波信號和接收天線II回波信號，采用比較器a和比較器b對接收天線I回波信號的上升沿、下降沿進行檢測，采用比較器c和比較器d對接收天線II回波信號的上升沿、下降沿進行檢測；可編程計時器用于當控制端START接收到同步控制器發送的上升沿信號后開始計時，開始計時后只接收比較器a、比較器c輸出的上升沿信號和比較器b、比較器d輸出的下降沿信號，并記錄各個比較器輸出信號上升沿、下降沿的時間點到內部數據寄存器，可編程計時器對各上升沿、下降沿的時間點記錄數據深度由數據處理與控制器通過FMC數據總線對可編程計時器進行設置，數據記錄深度最大達到32級；數據處理與控制器連續讀取內部計數器記錄的輪邊編碼器輸出的正交脈沖信號，當達到設定脈沖數后向同步控制器發出信號，指示同步控制器連通超寬帶沖擊脈沖信號和功率放大器并經過發射天線輸出檢測脈沖信號，接收到同步控制器發送的同步信號后經過延時或收到可編程計時器發送的RDY信號后通過FMC總線讀取可編程計時器內部寄存器記錄的時間信息并通過RS232接口讀取GPS天線數據，連同輪邊編碼器數據經過打包后通過以太網口輸出到上位機；同步控制器內部具有鑒相電路對超寬帶沖擊脈沖發生器發出的脈沖信號進行處理，當接收到數據處理與控制器發送的啟動信號后控制超寬帶沖擊脈沖發生器發出一個完整的沖擊脈沖并通過功率放大器后經過發射天線射向地面，當發出一個完整的脈沖信號后向可編程計數器和數據處理與控制器發出同步信息；輪軸帶動編碼器隨檢測車車輪輪軸轉動用于記錄距離信號，距離信號以正交脈沖的形式輸出到數據處理與控制器內部的計數器，計數器記錄的距離信號通過PC機與GPS信號融合修正后生成位置信息。

2.用于快速檢測道路路基含水量的探地雷達，其特征在于：所述PC機根據數據處理與控制器發送的雷達波回波時間信息通過公式計算出與介電常數無關的結構層厚度信息，其中a為接收天線I與發射天線間的距離，b為接收天線II與發射天線間的距離，t₁’為接收天線I測量出的電磁波在相應結構層中的傳輸時間，t₁”為接收天線II測量出的電磁波在相應結構層中的傳輸時間，h₁為相應結構層的厚度，計算出結構層n的厚度根據公式計算出相應層的介電常數，其中c₀為電磁波在空氣中的傳播速度c₁為電磁波在相應結構層中的傳播速度，根據公式§＝3.03+9.3W+146W²-76.6W³計算結構層含水率，其中W為單位體積的路基土與單位體積路基土中含有的水的比例即路基含水率。

3.用于快速檢測道路路基含水量的探地雷達，其特征在于：所述可編程增益放大器通過數據總線與數據處理控制通訊，PC機軟件所設置的增益系數通過數據處理與控制器輸出到可編程增益放大器控制接收天線回波信號的增益。

4.用于快速檢測道路路基含水量的探地雷達，其特征在于：所述接收天線I、接收天線II及超寬帶脈沖發射天線均為喇叭型空氣耦合天線，波導中心頻率600MHz，三個天線和GPS天線均安裝在雷達支架上，在檢測過程中三個雷達天線相互之間的間距保持固定不變，雷達支架另一端固定在檢測車上。