[发明专利]一种空气耦合天线及其对公路隧道衬砌的检测方法

说明书

本发明涉及一种空气耦合天线，属于隧道检测技术领域天线频率为380MHz‑1.6GHz，所述空气耦合天线与衬砌结构的距离为10cm‑3m，对衬砌结构的探测深度为40cm‑3m。一种公路隧道衬砌检测方法，包括S1：将空气耦合天线与载体车辆上的多轴向旋转机械臂固定连接，调整多轴向旋转机械臂控制天线远离衬砌表面结构的控制距离参数，决定天线距离衬砌的实际距离；S2：设置参数，启动空气耦合天线、激光测距轮和载体车辆匀速前进；S3：通过空气耦合天线雷达采集隧道衬砌，将采集到的信息保存到数据电脑中，同时利用激光测距轮记录距离‑时间参数并保存到数据电脑中；S4：处理数据并校正。本发明采用空气耦合天线进行检测，检测时不用封闭车道，无须工人高空作业，避免安全风险。

技术领域

本发明属隧道检测技术领域，具体涉及一种空气耦合天线及其对公路隧道衬砌的检测方法。

背景技术

公路隧道在进行交竣工验收时以及后期维护时对衬砌质量的检测是非常重要的一项内容。目前国内隧道衬砌地质雷达检测仍处于人工手持地质雷达天线密贴衬砌表面的接触式检测阶段，检测速度较低，一般为3～5km/h。

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。

目前关于非接触式雷达探测方法基础理论及处理方法的研究很少，主要体现在以下三个方面：

(1)对非接触式雷达电磁波传播机理研究不足，不了解电磁波在非接触状态下的传播机理，很难对雷达资料进行准确的处理和解释；

(2)对非接触式雷达资料去噪方法研究不足，由于天线不能完全与探测介质耦合，雷达资料会呈现底部能量弱、信噪比低的特征，常规处理方法很难消除该数据噪音信号；

(3)对非接触雷达资料子波衰减和频散研究不足，消除探地雷达数据的子波衰减和频散可以很好地提高探地雷达的勘探深度和勘探分辨率，常用的消除探地雷达数据的子波衰减和频散方法为反Q滤波方法，该方法需要利用地下介质的Q参数，但是正确求取地下介质的Q参数很困难；

随着隧道运营里程的发展，人工检测方法已不能满足隧道的检测要求，主要原因在于：1)人工检测效率低下、耗时、耗力，难以保证检测的周期性和及时性；2)隧道往往是交通线路的重要节点，人工检测难以在有限的时间里完成检测工作。若始终依靠人工的检测，是需要耗费大量的人员，且检测速度慢，不能满足交通检测快速性、准确性的要求。而由于我国隧道的发展速度迅猛，这就使得隧道病害检测的技术和设备相对落后，无法满足快速发展的隧道建设的要求。因此为了适应隧道的建设和发展，非常需要一种快速高效的公路隧道衬砌检测方法，实现隧道病害检测的高效、准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种公路隧道衬砌检测方法，使用空气耦合天线雷达在不接触衬砌表面的情况下快速高效地开展检测工作。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一方面，提供一种空气耦合天线，用于检测隧道衬砌结构，其天线频率为380MHz-1.6GHz，在检测隧道衬砌时所述空气耦合天线与衬砌结构的距离为10cm-3m，对衬砌结构的探测深度为40cm-3m。

本发明的另一方面，提供一种上述空气耦合天线的公路隧道衬砌检测方法，包括以下步骤：