一种适用于隧道衬砌质量检测的雷达装置及使用方法与流程

本发明涉及隧道衬砌质量检测技术领域，尤其涉及一种适用于隧道衬砌质量检测的雷达装置及使用方法。

背景技术：

隧道工程已成为我国经济技术发展中必不可少的一部分，隧道衬砌质量安全也愈来愈成为亟待解决的首要问题，故此，一种用于安全高效的隧道衬砌质量检测的探地雷达技术应运而生。

根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》(TB10223—2004/J341—2004)可知，探地雷达检测内容有混凝土与围岩接触面的脱空情况；支护(衬砌)厚度、内部钢拱架、钢筋分布情况；仰拱充填虚渣、虚土及其范围；隧道围岩地质情况等。然而，鉴于隧道本身结构构造特点及现场施工环境的恶劣，导致探地雷达在使用过程中出现诸多不便，已有探地雷达在检测过程中常有以下缺陷：雷达装置机动性差、雷达装置自动化程度较低、雷达举升高度低、雷达天线无法与隧道壁紧密贴合、雷达信号干扰因素较多、雷达测线歪曲等。

目前已有的雷达装置有些要求特殊的加工工艺，设计比较困难，有些虽设计加工简单但稳定性、刚度及举升高度达不到要求。基于上述问题，亟需设计一种能适应于隧道复杂施工环境并满足精确度、机动性、安全性等要求的探地雷达举升机构。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种适用于隧道衬砌质量检测的雷达装置及使用方法，该装置及方法机动性好，结构简单，机械自动化程度、控制精度和安全性高，能够满足具有诸多情况下的隧道衬砌质量检测技术。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于隧道衬砌质量检测的雷达装置，包括：自动行进机构、液压折叠举升机构以及雷达天线夹持机构；

所述液压折叠举升机构设置在自动行进机构的上方，并与自动行进机构连接；所述雷达天线夹持机构设置在液压折叠举升机构的上方，并与自动行进机构连接；

所述液压折叠举升机构包括：调节底板以及设置在调节底板上的伸缩臂；所述调节底板的倾角可调，从而调节伸缩臂的倾角；所述伸缩臂通过液压驱动装置驱动上升或者下降；

所述雷达天线夹持机构包括：底部线圈以及磁悬浮板，磁悬浮板上装有电磁体，雷达天线置于磁悬浮板上。

进一步地，所述自动行进机构包括：减震装置和行进装置；

所述行进装置包括：底板、分别设置于装置两端和装置前方的车轮、两端车轮驱动装置和前方车轮驱动装置；

所述车轮分别连接减震装置，与装置两端的车轮连接的减震装置固定于底板上，与装置前方的车轮连接的减震装置穿过底板与前方车轮驱动装置连接。

进一步地，所述减震装置包括：底部与车轮横杆连接的减震杆，所述减震杆包括：减震杆上部套筒内部顶端固定高强弹簧，减震杆下部套筒嵌套进上部套筒内，并与高强弹簧下端固定。

进一步地，所述自动行进机构包括：固定在底板上的激光测距仪，所述激光测距仪实时检测液压折叠举升机构与隧道侧壁的距离并传给前方车轮驱动装置，当激光测距仪所测距离改变时，前方车轮驱动装置驱动前方的车轮转向，从而使液压折叠举升机构与隧道侧壁的距离保持稳定。

进一步地，所述设置于装置两端的车轮位于行进装置的后方，并呈对称分布；所述车轮分别与横杆两端铰接；所述横杆上装有计步器，实时记录行进里程。

进一步地，所述调节底板上设有调节螺丝，所述调节底板通过调节螺丝固定于自动行进机构上；通过旋转调节螺丝来改变调节底板的倾角；所述调节底板上设有倾角传感器，用于实时记录调节底板的倾角。

进一步地，所述倾角传感器包括相互连接的电位器和摆锤；调节底板对地的倾角通过重锤带动电位器旋转，输出相应的电压值，再转换为相应的角度。

进一步地，所述伸缩臂为由刚铰连接的折叠臂，所述折叠臂底端固定在调节底板上；

所述液压驱动装置为液压千斤顶，分别连接折叠臂的四个端点；所述液压千斤顶上面带有高程刻度，高程刻度根据折叠臂臂长和臂间角换算而得。

进一步地，所述雷达天线夹持机构顶端设有压力传感器，通过所述压力传感器提示雷达天线是否与隧道壁贴合。

一种适用于隧道衬砌质量检测的雷达装置的工作方法，进一步地，包括：

测量拱顶时：在雷达装置检测前，先将雷达装置运送到指定位置，然后调节液压折叠举升机构，使得雷达天线与隧壁紧密贴合，记录此时雷达天线的高程；

启动自动行进装置，使雷达装置开始移动并工作，实时记录行进里程和液压折叠举升机构的倾角；

测量拱肩或拱腰时：重新调整雷达装置到指定位置，调节液压折叠举升机构的高度和倾角，直到雷达天线与拱肩或拱腰紧密贴合，实时记录行进里程和液压折叠举升机构的倾角。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过激光测距仪实时测量与隧道侧壁的距离，及时调整车轮转向，克服了雷达检测过程中测线不稳定的问题。

(2)减震杆高度适中,克服了雷达检测过程中障碍物难以避让的问题。

(3)通过设置激光导向装置，实时检测与隧道壁之间的距离，克服了雷达天线难以与隧壁紧密贴合的问题。

(4)本雷达系统可以实时监测行进里程和举升高度；具有较高的自动化程度，机动性好，安全快捷；通过倾度调节机构和举升机构来调整雷达的高度和倾角，以满足多条测线的适用性。

(5)减震杆及磁悬浮系统有效地避免了雷达系统行进过程中震动产生的信号干扰，本雷达系统受多种复杂施工条件的影响较小。

附图说明

图1是本发明自动折叠式雷达装置的主视结构示意图；

图2是本发明自动折叠式雷达装置的后视结构示意图；

图3是本发明自动折叠式雷达装置的侧视结构示意图；

图4是本发明中减震杆结构示意图；

图5是本发明中磁悬浮系统示意图。

其中，1.压力传感器，2.磁悬浮板，3.电磁体，4.滑槽，5.折叠臂，6.液压千斤顶，7.激光测距仪，8.伺服电机，9.调节底板，10.调节螺丝，11.角度传感器，12.前方减震杆，131.减震杆上部套筒，132.减震杆下部套筒，14.高强弹簧，15.底板，16.电动机，17.计步器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

本发明公开了一种适用于隧道衬砌质量检测的雷达装置，如图1-图3所示，包括：自动行进机构、液压折叠举升机构以及雷达天线夹持机构；液压折叠举升机构设置在自动行进机构的上方，并与自动行进机构连接；雷达天线夹持机构设置在液压折叠举升机构的上方，并与自动行进机构连接。

如图1所示，自动行进机构包括：减震装置和行进装置；

自动行进机构中减震装置后方有分列于装置两端的车轮，并呈对称分布，车轮与横杆铰接，横杆上装有计步器17，来实时记录行进里程，前方有一个位于自动行进机构中央的车轮，三个车轮均与减震杆底部铰接；后方两个减震杆上端与底板15固定连接，前方减震杆1212穿过底板15与伺服电机8固定连接。

如图2所示，行进装置中电动机16固定于底板15后方，并通过履带带动车轮转动；激光测距仪7及伺服电机8固定于底板15前方中央，二者配合使用。在安置好仪器后，激光测距仪7先记录与隧道侧壁的距离，当激光测距仪7所测距离改变时，测距信号会传递给PLC伺服电机8，PLC控制伺服电机8的旋转，以此来带动前轮的转向使雷达天线夹持机构的测量路线稳定在拱顶或边墙。

自动行进机构的减震装置包括底部与车轮横杆连接的减震杆，如图4所示，减震杆上部套筒131内部顶端固定高强弹簧14，减震杆下部套筒132嵌套进上部套筒内，并与高强弹簧14下端固定；减震杆可以通过高强弹簧14吸收来自路面的冲击震动，从而抑制整个装置在行进过程中的剧烈震动，以防止雷达天线与隧壁的分离。减震杆高度适中，以避让隧底障碍物，横杆上有自动计步器17，自动计步器17具有计时和记录里程的功能。计步器17记录里程时，其显示器会在主动轮每行进一圈的情况下记录行进车轮行进圈数，然后根据车轮直径换算成行进里程显示出来。

减震杆上端与底板15连接；底板15位于行进装置下方，底板15后方的电动机16带动齿轮前进，底板15前方设有激光导向装置，举升机构倾度调节装置位于底板15中央，包括位于液压折叠举升机构底部并与之相接的调节底板9，三个呈三角形的调节螺丝10，通过调节螺丝10来改变调节底板9的倾角。

如图3所示，液压折叠举升机构包括折叠臂5，折叠臂5由刚铰连接，底部有位于调节底板9并与折叠臂5固定连接的四个液压千斤顶6，液压千斤顶6上面带有高程刻度，高程刻度是根据折叠臂5臂长和臂间角换算而得。

液压折叠举升机构底部为调节底板9，调节底板9后方有两个调节螺丝10，前方有一个调节螺丝10，调节螺丝10穿过调节底板9和底板15，通过旋转三个调节螺丝10来改变调节底板9的倾角，以此来带动折叠臂5的倾向；调节底板9一侧装有角度传感器11，当调节底板9倾斜时，角度传感器11实时记录倾角；角度传感器11由电位器和摆锤组成，装在调节底板9一侧，调节底板9对地的角度是通过重锤带动电位器旋转来测定，输出相应的电压值，再转换为相应的角度。

调节底板9四角各有一个带刻度的液压千斤顶6，液压千斤顶6分别与折叠臂5的四端固定连接，通过控制液压千斤顶6来使折叠臂5举升或下降，液压千斤顶6表面带有刻度，来实时记录举升的高度。

如图3所示，雷达天线夹持机构包括与折叠臂5相连的底部滑槽4，雷达装置内部有磁悬浮系统，如图5所示，磁悬浮系统包括底部线圈及磁悬浮板2，磁悬浮板2上装有电磁体3,雷达装置底部则安装线圈，系统通电后,底部线圈产生的磁场极性与悬浮板上的电磁体3极性总保持相同,两者“同性相斥”,排斥力使磁悬浮板2悬浮起来，雷达天线位于磁悬浮板2上面，以此来达到减震和使雷达天线贴紧隧道壁的目的；

雷达装置顶端装有压力传感器1，以此来控制雷达天线与隧道的贴合度，当贴合紧密时，压力传感器1亮起绿灯，说明雷达天线已与隧道壁紧密贴合；否则亮起红灯。

本发明适用于隧道衬砌质量检测的雷达装置的工作方法如下：

测量拱顶时：在雷达装置检测前，先将雷达装置运送到指定位置，然后调节液压折叠举升机构的液压千斤顶6，带动折叠臂5上升，直到雷达天线与隧壁紧密贴合，记录此时液压千斤顶6上的高程；

打开雷达装置前方的激光测距仪7及伺服电机8，使其处于待工作状态；然后打开计步器17和倾角传感器以便实时记录行进里程和雷达举升机构的倾角；最后启动行进装置上的电动机16，使雷达装置开始移动并工作，一条测线测量工作结束后，关闭电动机16，重新调整雷达装置到另一指定位置，开始测量拱肩或拱腰，此时需启动液压千斤顶6调节折叠臂5高度，然后旋转调节螺丝10来调整雷达举升机构的倾角，两者配合直到雷达天线与拱肩或拱腰紧密贴合，根据液压千斤顶6上的高程与雷达举升机构的倾角换算出雷达天线夹持机构的实际高程，再启动电动机16开始工作，当所有测量工作结束后，调节液压千斤顶6使折叠臂5下降，然后关闭电动机16、计步器17、倾角传感器、激光测距仪7及伺服电机8。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。