一种非接触式地下管道尺寸的测量装置及测量方法与流程

本发明专利涉及一种非接触式无损探测方法，尤其涉及一种非接触式地下管道尺寸的测量装置及测量方法。

背景技术：

地下电磁波探测技术是一种无损探测系统，主要利用电磁波在媒介中电磁特性不连续处产生的反射和散射实现对地下目标体的探测；但是目前现有探测地下管道的装置及测量方法只能定位地下空洞、管线空腔等目标体位置，不能得到探测目标的尺寸信息，当地下管道存在某些缺陷时，现有的探测装置及测量方法方法只能对缺陷做定性分析，无法探测出地下管道的尺寸信息定量地估计缺陷的严重程度，因此不能准确深入地评估和监控地下管道的质量状况，也不能对缺陷处理所需材料用量进行有效评估计算，针对因地下管道缺陷可能造成的严重后果，无法提前采取针有效的措施进行补救。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：提供一种非接触式地下管道尺寸的测量装置及测量方法，以解决目前地下管道测量装置及测量方法只能定位地下管道的位置，不能准确测量地下管道尺寸的问题。

本发明的技术方案是：一种非接触式地下管道尺寸的测量装置，包括电磁波透地设备,回波信号预处理器与电磁波透地设备相连接，埋深定位器与回波信号预处理器相连，管道尺寸测量器与埋深定位器相连接，成像处理器分别与回波信号预处理器、埋深定位器及管道尺寸测量器相连，显控仪器与成像处理器相连接。

所述的电磁波透地设备包括电磁波透地主机、天线发射器和天线接收器，电磁波透地主机与天线发射器及天线接收器相连，天线发射器和天线接收器之间距离固定。

一种非接触式地下管道尺寸的测量装置，测量方法包括以下步骤：

步骤1：电磁波透地设备发射和接收天线探测地下未知管道；

步骤2：对电磁波透地设备的双曲线回波信号进行预处理以及特征提取；

步骤3：计算双曲线渐近线交点；

步骤4：计算地下管道的半径。

步骤2所述的对电磁波透地设备(1)的双曲线回波信号进行预处理以及特征提取，包括以下步骤：

步骤2.1对回波信号进行滤波降噪；

步骤2.2计算关心区曲线的顶点坐标；

步骤2.3双曲线波速的加权计算。

步骤3所述的计算双曲线渐近线交点，计算式为：

其中d＝x0，t0为当探地雷达在地下管道正上方电磁波从发射天线到接收天线的时间，x0为水平坐标位置；t为当探地雷达不在地下管道正上方时电磁波从发射天线到接收天线的时间，x为水平坐标位置；r为地下管道的半径。

步骤4所述的双曲线波速的加权计算，计算式为：式中r为地下管道的半径，v为波速，c为双曲线渐近线交点垂直坐标值。

本发明的有益效果：

本发明的一种非接触式地下管道尺寸的测量装置及测量方法，实现了不仅能定位地下管道的位置信息，同时能准确测量地下管道尺寸，同时，本发明能实现无损非接触式测量，对地下环境介质及地下管道无破坏，也能在不同频率的天线下，探测不同深度地下管道的尺寸信息，当地下管道存在某些缺陷时，能探测出尺寸信息定量地估计缺陷的严重程度，能准确深入地评估和监控地下管道的质量状况。

附图说明：

图1为本发明装置结构框图；

图2为电磁波透地设备结构框图；

图3为本发明的测量方法流程图；

图4为本发明的实验模型示意图；

图中标识：1、电磁波透地设备，2、回波信号预处理器，3、埋深定位器，4、管道尺寸测量器，5、成像处理器，6、显控仪器，7、电磁波透地主机，8、天线发射器，9、天线接收器。

具体实施方式：

一种非接触式地下管道尺寸的测量装置包括，电磁波透地设备1,回波信号预处理器2与电磁波透地设备1相连接，埋深定位器3与回波信号预处理器2相连，管道尺寸测量器4与埋深定位器相3连接，成像处理器5分别与回波信号预处理器2、埋深定位器3及管道尺寸测量器4相连，显控仪器6与成像处理器5相连接。

电磁波透地设备1工作原理是基于电磁波透地技术原理：由发射天线向地下管道区域发射电磁波，并通过接收天线获取地下目标体反射电磁波返回的回波信号；

回波信号预处理器2将获得的回波信号进行均值滤波等预处理，以提高回波信号的信噪比；

埋深定位器3对预处理后的双曲线回波信号进行识别与特征提取，从而获得地下管道的埋深位置、电磁波在地下介质的波速、以及地下介质的相对介电常数；

管道尺寸测量器4是根据提取的双曲线两条渐近线的交点，从而获得地下管道尺寸信息；

成像处理器5将埋深坐标信息以及尺寸信息结合，生成三维空间坐标信息；

显控仪器6将地下管道的三维空间坐标输出成图像。

所述的电磁波透地设备1包括电磁波透地主机7、天线发射器8和天线接收器9，电磁波透地主机7与天线发射器8及天线接收器9相连，用于发射和接收电磁波信号,天线发射器8和天线接收器9之间距离固定：

电磁波透地设备1在探测地下目标体时，天线发射器8和天线接收器9以固定间距沿测线移动，可以获得水平方向连续剖面信息，电磁回波信号根据天线接收器9接收的信号生成b-scan图，图像横坐标记录接收天线在水平方向的位移，纵坐标记录回波反射时间，根据回波反射时间与被测介质中电磁波的传播速度垂直分量估算出目标埋设深度或者界面位置，因此结合横坐标信息可以大致确定目标在测线所在的剖面的位置。

一种非接触式地下管道尺寸的测量装置，其测量方法包括以下步骤：

步骤1：电磁波透地设备1发射和接收天线探测地下未知管道；利用电磁波在媒质中电磁特性不连续处产生的反射和散射实现对地下目标体的探测，确定地下目标体的位置。

步骤2：对电磁波透地设备1的双曲线回波信号进行预处理以及特征提取；获得双曲线顶点坐标(x0,t0)，并得到波速值(v)；

步骤3：计算双曲线渐近线交点：

当电磁波透地设备1在地下管道正上方时，电磁波从天线发射到接收天线的时间为t0，水平位置为x0；而当电磁波透地设备1不在地下管道正上方时，电磁波从发射天线到接收天线的时间为t，水平位置为x，管道的半径为r，根据三角函数关系则有：(x-x0)×2＝(vt/2+r)×2-(vt0/2+r)×2，其中v为电磁波在地下介质中的传播速度，通过公式变换，上式可转换为双曲线公式：

其中d＝x0。

得到双曲线渐近线交点：(d，c)。

步骤4：计算地下管道的半径：

根据计算式关系，推导得到可以计算出地下管道半径r，即r是双曲线渐近线交点垂直坐标的v/2倍，式中r为地下管道的半径，v为波速，c为双曲线渐近线交点垂直坐标值。

步骤2所述的对电磁波透地设备(1)的双曲线回波信号进行预处理以及特征提取，包括以下步骤：

步骤2.1对回波信号进行滤波降噪，过滤回波信号中的干扰信号；

步骤2.2计算关心区曲线的顶点坐标；

步骤2.3双曲线波速的加权计算。