一种基于毫米波雷达测试基坑锚索预应力的方法

1.本发明涉及建筑施工技术领域，尤其是涉及一种基于毫米波雷达测试基坑锚索预应力的方法。


背景技术：

2.有效预应力对于预应力混凝土结构极为重要，其施工质量好坏直接关系着工程的安全状态。在预应力施工过程中，材料弹模、系统误差和人为等因素影响均会对预应力效应造成影响，施工质量难以把控。
3.当前工程中，反拉法和锚索测力计是施工过程中锚下有效预应力测试的常用方法，反拉法主要是再一次张拉的过程，即对已张拉的预应力筋施加荷载，从而确定锚下有效预应力，此方法易对锚索的稳固性造成伤害，对测量结果产生误差；锚索测力计法即在锚索上粘贴传感器，通过传感器数据来反馈预应力，监测方法比较笨重，且这些检测方法效率低，检测比例不足，不能进行大比例检测，不能及时发现存在问题的锚索，目前针对基坑锚索预应力损失仍然无可靠有效的检测方法，也就难以对隐蔽工程进行有效监督。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的上述缺陷，提出了一种基于毫米波雷达测试基坑锚索预应力的方法，基于干涉测量技术实现对锚索力的测试，实现非接触式测量，测量精确，效率高。
5.本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于毫米波雷达测试基坑锚索预应力的方法，包括以下步骤：
6.步骤a、基于毫米波雷达连续发射电磁波，遇到锚索后反射，得到相应的相位变化；
7.步骤b、根据锚索的相位变化计算锚索的振动变化位移，通过软件分析得到锚索振动频率时程曲线；
8.步骤c、对锚索振动频率时程曲线进行离散傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，计算锚索预应力。
9.进一步的，所述步骤a中，首先要确定检测锚索与检测信号之间的对应关系，具体在毫米雷达波和锚索之间设置有发散-聚集器实现；
10.所述发散-聚集器包括信号接收模块、信号发散模块和信号处理模块，所述信号接收模块设计为凸面状，其采用镀镍碳纤维材质，所述信号发散模块设计为凹面状，其采用聚四氟乙烯材质，信号接收模块对准毫米波雷达，以接收毫米波雷达发射的电磁波信号，信号发散模块对准基坑锚索区域，信号处理模块以对接收的电磁波信号进行发散；信号处理模块实现检测锚索与发射的检测信号之间的一一对应。
11.进一步的，所述信号处理模块的原理如下：
12.将待检测的基坑锚索预先设置为锚索1、锚索2、锚索3、锚索4......锚索n，n道锚索发出的信号幅值已知且不同，当信号处理模块接收到信号接收模块传输来的电磁波信号
时，先基于预先设置的锚索1、锚索2、锚索3、锚索4......和锚索n的不同的幅值，通过信号处理模块来编码毫米波雷达所发射的波1、波2、波3、波4....和波n，使此时波1、波2、波3、波4....和波n中幅值与锚索1、锚索2、锚索3、锚索4......和锚索n的幅值具有一一对应关系，波1、波2、波3、波4....和波n通过信号发散模块发散至锚索，来进行波-锚索的一一对应。
13.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
14.本方案所提出的基于毫米雷达波的锚索预应力预测方法，采用非接触式测量，测试时不需要在锚索上安装反射装置，属于真正意义上的“非接触式”测量；测试原理可靠，能同时实现对多根锚索预应力的测量，大大提高了工作效率；且毫米波雷达能穿透护套直接测试较强的锚索反射信号，提高测试结果的可靠性，同时雷达通过调整角度可以测量锚索受边界条件影响小的中部位置；毫米波雷达测试精度高能够测试锚索的微小振动；具有非接触式测量、全天候、受外界环境干扰小、能穿透锚索护套等特点。
附图说明
15.图1为本发明实施例雷达测试原理示意图；
16.图2为本发明实施例毫米波雷达检测锚索力流程图；
17.图3为本发明实施例电磁波检测基坑锚索预应力原理图；
18.图4为本发明实施例锚索的频谱分析结果示意图。
具体实施方式
19.为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。
20.原理介绍：
21.毫米波雷达是基于电磁波原理的设备，采用非接触式测量，基于频率法测试锚索预应力。锚索力检测时，根据目标回波信号与发射信号之间的相位差来测量锚索的振动位移。雷达首先通过发射天线馈送微波信号，信号遇到锚索后反射回来，最终被接收天线接收，经过相关信号与数据处理，即可得到此次测量的1个采样复信号，其中包含了信号强度和观测相位值。雷达系统持续对辐射场区的锚索体目标进行采样，假设第2次采样开始时目标发生了形变δr，那么雷达得到的第2个采样复信号就包含了相应的信号强度和观测相位值，测试原理如图1所示：
22.形变相位即为2个观测相位的差值，计算公式为：
[0023][0024]
进行锚索预应力检测时，雷达检测仪发射电磁波，遇到锚索后反射回来，得到相位变化；通过不断发射、反射得到一系列变化相位，从而计算出锚索的振动变化位移，通过matlab等软件得到锚索振动频率时程曲线，进而进行dft(离散傅里叶变换)变换，其公式为：
[0025][0026]
其中，x为信号，xa(jf)为锚索频域数据，f为锚索幅值，t为时间，xa(t)为锚索时域数据，e-j2πft
为复变函数，e为自然对数的底，j为虚数单位；
[0027]
通过dft(离散傅里叶变换)，将时域信号转换为频域信号，最终得到锚索预应力值，其公式为：
[0028][0029]
具体的，本实施例基于上述原理提出一种基于毫米雷达波测试基坑锚索预应力的方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0030]
1、仪器设备的安装
[0031]
测试时根据锚索检测的位置，在基坑面选择合适的仪器设备安装位置。在位置确定后安装雷达测试三脚架，在三脚架上安放测试雷达，通过调节装置调节雷达主机使其扇形波束范围覆盖尽量多的锚索。
[0032]
2、仪器设备调试
[0033]
仪器设备安装后将雷达主机通过数据线与采集控制电脑连接，由于雷达主机的功率较小，现场检测采用移动电源进行供电，打开检测控制界面，对整个检测系统进行调试，确保测试信号正常后才能开始测量。
[0034]
3、锚索预应力测试
[0035]
在毫米波雷达设备调试好后可以进行锚索预应力测试，由于是非接触式测量，测试过程中首先要确定检测锚索与检测信号之间的对应关系。
[0036]
(1)电磁波检测基坑锚索预应力原理如图3所示，当雷达检测仪发射电磁波时，由于电磁波与锚索的不对应性(电磁波自己感受不到锚索的具体位置)，本实施例采用电磁波“发散-聚集器”来对毫米波雷达发射的电磁波进行信号的打散与聚集。
[0037]
所述发散-聚集器包括信号接收模块、信号发散模块和信号处理模块，所述信号接收模块主要是对准毫米波雷达检测装置，称为a面，a面主要材质设计为镀镍碳纤维，并且a面设计为凸面状，由材质与形状两部分决定a面对雷达检测装置发射的波信号进行接收。
[0038]
信号发散模块主要对准基坑锚索区域，称之为b面，b面材质设计为聚四氟乙烯，并且将b面设计为凹面状，由材质与形状两部分决定b面对a面传输的波信号进行发散。
[0039]
所述信号处理模块安装在发散-聚集器机身内，其原理如下：在波检程序装置中预先输入一套计算程序。将待检测的基坑锚索预先设置为锚索1、锚索2、锚索、锚索4......和锚索n(每道锚索发出的信号幅值已知且不一样)，当信号处理模块接收到a面传输来的电磁波信号时，会立马基于预先设置的锚索1、锚索2、锚索3、锚索4......的不同的幅值，通过信号处理模块来编码波1、波2、波3、波4....和波n，使此时使波1、波2、波3、波4....和波n中幅值与锚索1、锚索2、锚索3、锚索4......和锚索n的幅值具有一一对应的关系(幅值相等即为对应)，波1、波2、波3、波4....和波n会通过b面发散出，来进行波-基坑锚索的一一对应；电磁波到达锚索后，电磁回波把锚索1、锚索2、锚索3、锚索4......和锚索n中带有力信号的电磁波信号带回至发散-聚集器，此时力信号会直接通过b面传输给a面，进而返回给毫米波雷达检测装置传输给电脑端，通过软件处理形成图4所示的频率时程曲线。
[0040]
通过对锚索振动频率时程曲线进行快速傅里叶变换，即可通过公式来计算锚索预应力，实现基于毫米雷达波对基坑锚索预应力的检测。
[0041]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。