Спосіб виявлення підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці

Реферат: Винахід належить до неруйнівних способів контролю поточного стану та оцінки якості доріг з асфальтобетонним покриттям під час експлуатації. Спосіб виявлення підповерхневих тріщин у UA 113916 C2 (12) UA 113916 C2 асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці полягає в тому, що випромінюючу антену, яка випромінює електромагнітні хвилі з синусоїдною часовою залежністю та круговою поляризацією, а також чотири лінійно поляризовані приймальні антени радіолокатора підповерхневого зондування розміщують над поверхнею дорожнього одягу відповідно до винаходу таким чином, щоб приймальні антени рівномірно і на однаковій відстані оточували випромінюючу антену, а напрямки поляризації сусідніх приймальних антен були зорієнтовані під кутом 45° один до одного і кожен з напрямків відрізнявся від трьох інших, збуджують випромінюючу антену, завдяки чому в дорожньому одязі формується в загальному випадку еліптично поляризована відбита електромагнітна хвиля. Компоненти цієї хвилі приймають приймальними антенами, перетворюють електромагнітні хвилі в електричні сигнали, перетворені електричні сигнали реєструють і зберігають у цифровому вигляді в пам'яті комп'ютера. За допомогою комп'ютерних програм аналізують залежність амплітуд прийнятих сигналів від напрямків поляризації приймальних антен, рішення щодо існування тріщини приймають за наявністю розбіжностей між амплітудами прийнятих сигналів. Винахід дозволяє суттєво прискорити процес отримання та обробки корисної інформації, що надає змогу здійснювати контроль стану дорожніх покриттів під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці, завдяки чому значно підвищується продуктивність роботи діагностичної лабораторії. UA 113916 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі експлуатації автомобільних доріг і може бути використаний для неруйнівного контролю поточного стану та оцінки якості доріг з асфальтобетонним покриттям під час експлуатації. Відомий спосіб виявлення підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці (Diamanti N., Redman D., Giannopoulos A. A Study of GPR vertical crack responses in pavement using field data and numerical modelling // Proc. of the XIII International Conference "Ground penetrating radar" (Lecce, Italy) - 2010. - P. 224-228. ISBN: 978-1-4244-4605-6, Bavusi M, Loperte A., Lapenna V., Soldovieri F. Rebars and defects detection by a GPR survey at a L'Aquila school damaged by the earthquake of April 2009 // Proc. of the XIII International Conference "Ground penetrating radar" (Lecce, Italy) - 2010. - P. 245249. ISBN: 978-1-4244-4605-6, Ahmad, N., Lorenzl, H., and Wistuba, M. Crack detection in asphalt pavements, how useful is GPR? // 6th Int. Workshop on "Advanced ground penetrating radar", (Aachen, Germany) - 2011.), який полягає в тому, що лінійно поляризовану випромінюючу антенну та лінійно поляризовану приймальну антену надширокосмугового імпульсного радіолокатора підповерхневого зондування розміщують над поверхнею дорожнього одягу таким чином, щоб напрямки поляризації обох антен співпадали, збуджують випромінюючу антену надширокосмуговим імпульсом електричної напруги, формують електромагнітну хвилю в дорожньому одязі, приймають електромагнітну імпульсну хвилю приймальною антеною, перетворюють електромагнітну імпульсну хвилю в електричний сигнал, перетворений електричний сигнал реєструють і зберігають у цифровому вигляді в пам'яті комп'ютера, за допомогою комп'ютерних програм перетворюють отримані дані у зображення радіолокаційного профілю дорожнього одягу, базуючись на досвіді оператора радара, знаходять відгуки, які відповідають тріщинам та за даними профілю, зчитаними по осях довжини маршруту і глибини, визначають місця знаходження тріщин в дорожньому одязі. Причинами, що перешкоджають застосуванню цього способу виявлення підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці, є необхідність зондування цілої ділянки дороги, на якій є також і непошкоджені області, в порівнянні з результатом зондування яких на зображенні радіолокаційного профілю визначають наявність тріщини, а також дуже мала амплітуда відбитого тріщиною сигналу за умов, коли тріщина розташована поперек вектора індукції електричного поля сигналу, що зондує. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб виявлення підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці (Патент України на корисну модель: Пат. 81296 Україна, (51) МПК Е01С 23/00, G01R 29/08 (2006.01) Спосіб виявлення та визначення місць знаходження у тому числі і підповерхневих тріщин в асфальтобетонному покритті / Батракова А.Г., Батраков Д.О., Почанін Г.П.; заявник та патентоутримувач Батракова А.Г., Батраков Д.О., Почанін Г.П… - u201300256; заявл. 08.01.2013; опубл. 25.06.2013, Бюл. № 12/2013), який полягає в тому, що лінійно поляризовану випромінюючу антену та лінійно поляризовану приймальну антенну надширокосмугового імпульсного радіолокатора підповерхневого зондування розміщують над поверхнею дорожнього одягу таким чином, щоб напрямки поляризації обох антен були взаємно ортогональними, збуджують випромінюючу антену надширокосмуговим електричним імпульсом, формують електромагнітну імпульсну хвилю в дорожньому одязі, приймають електромагнітну імпульсну хвилю приймальною антеною, перетворюють електромагнітну імпульсну хвилю в електричний сигнал, перетворений електричний сигнал реєструють і зберігають у цифровому вигляді в пам'яті комп'ютера, залишаючи у тому ж положенні відносно дороги, обертають антенну систему відносно вертикальної осі на заздалегідь визначені один або більше кутів, при кожному зі згаданих кутів обертання збуджують випромінюючу антену надширокосмуговим електричним імпульсом, формують електромагнітну хвилю в дорожньому одязі, приймають електромагнітну імпульсну хвилю приймальною антеною, перетворюють електромагнітну імпульсну хвилю в електричний сигнал, перетворений електричний сигнал реєструють і зберігають у цифровому вигляді в пам'яті комп'ютера, за допомогою комп'ютерних програм аналізують залежність амплітуди прийнятої імпульсної електромагнітної хвилі від кута оберту антенної системи, рішення про наявність тріщини приймають за наявністю в прийнятому імпульсі електромагнітного поля крос-поляризованої компоненти, яка реєструється приймальною антеною. Недоліки прототипу обумовлені тим, що для досягнення мети необхідно, залишаючи нерухомою вздовж маршруту зондування (або переміщуючи в межах малої за довжиною ділянки дороги), обертати антенну систему відносно вертикальної осі на заздалегідь визначені один або більше кутів і для кожного кута повороту окремо і послідовно збуджувати 1 UA 113916 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 випромінюючу антену надширокосмуговим електричним імпульсом, формувати електромагнітну хвилю в дорожньому одязі, приймати електромагнітну імпульсну хвилю приймальною антеною, перетворювати електромагнітну імпульсну хвилю в електричний сигнал, перетворений електричний сигнал реєструвати і зберігати у цифровому вигляді в пам'яті комп'ютера. Тому такий спосіб виявлення підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги унеможливлює здійснювати контроль стану дорожніх покриттів під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб виявлення підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці шляхом застосування сигналу, що зондує, з синусоїдною часовою залежністю і використання для випромінювання однієї антени, яка формує електромагнітне поле зондуючого сигналу з круговою поляризацією, а для прийому - одночасно чотирьох лінійно поляризованих приймальних антен, орієнтованих до випромінюючої антени під заздалегідь визначеними кутами, завдяки чому забезпечується виявлення сигналів, відбитих саме тріщинами, у тому числі і підповерхневими, георадаром діагностичної лабораторії як в нерухомому стані, так і при русі по дорозі зі швидкістю транспортного потоку без обертання антенної системи. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі виявлення у тому числі і підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці, який полягає в тому, що випромінюючо-приймальну антену системи радіолокатора підповерхневого зондування розміщують над поверхнею дорожнього одягу та виконують радіолокаційне зондування, для чого збуджують випромінюючу антену електричним сигналом, формують електромагнітну хвилю в дорожньому одязі, приймають відбиту електромагнітну хвилю приймальною антеною, перетворюють прийняту електромагнітну хвилю в електричний сигнал, перетворений електричний сигнал реєструють і зберігають у цифровому вигляді в пам'яті комп'ютера, відповідно до винаходу, збуджують випромінюючу антену, яка випромінює електромагнітне поле з круговою поляризацією, сигналом з синусоїдною часовою залежністю, приймають відбите поле одночасно чотирма лінійно поляризованими приймальними антенами, які розташовують на рівних відстанях від осі симетрії випромінюючої антени, розподіляючи їх рівномірно по колу з кутовим кроком 90 градусів та орієнтуючи напрямки поляризації сусідніх приймальних антен під кутом 45 градусів один до одного, після цього за допомогою комп'ютерних програм аналізують залежність амплітуд прийнятих сигналів від напрямків поляризації приймальних антен, рішення щодо існування тріщини приймають за наявністю розбіжностей між амплітудами прийнятих сигналів. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На Фіг. 1 схематично зображено антенну систему, яка складається з випромінюючої частини, позначеної літерою Т, та позначених літерами R1, R2, R3, R4 приймальних частин, в яких напрямки поляризації (позначені стрілками) сусідніх антен орієнтовані під кутом 45 градусів одна до одної, а тріщина, позначена пунктирною лінією, орієнтована під кутом α до напрямку поляризації приймальної антени R1. На Фіг. 2 показано приклад результатів розрахунку нормованих амплітуд сигналів в приймальних антенах при зміні напрямку тріщини - кута α (Фіг. 1) від 0 градусів до 180 градусів. При збудженні випромінюючої антени вона випромінює поле з круговою поляризацією, завдяки чому в дорожньому одязі формується в загальному випадку еліптично поляризована відбита електромагнітна хвиля (Ваганов Р.Б., Каценеленбаум Б.З. Основы теории дифракции М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. - (Современные физико-технические проблемы). - 272 с.). За умов відсутності тріщини внаслідок однорідності та ізотропії середовища, що зондується, амплітуди сигналів, що реєструються усіма чотирма приймальними антенами, однакові. Той факт, що амплітуди сигналів в приймальних антенах відрізняються, свідчить про наявність тріщини. Фіг. 2 демонструє, що співвідношення амплітуд чотирьох прийнятих сигналів є унікальним для кожного з напрямків тріщини α. Тому, аналізуючи співвідношення цих амплітуд, можна однозначно визначити напрямок тріщини. Оскільки реєстрація амплітуд відбитих сигналів відбувається усіма чотирма приймальними антенами сигнали одночасно і швидко, а увесь цикл радіолокаційного вимірювання не потребує додаткових обертань антенної системи, які є необхідними в прототипі, запропонований спосіб суттєво прискорює отримання та обробку корисної інформації і надає змогу здійснювати контроль стану дорожніх покриттів під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці, завдяки чому значно підвищується продуктивність роботи діагностичної лабораторії. 60 2 UA 113916 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Спосіб виявлення підповерхневих тріщин у асфальтобетонному покритті дороги під час руху діагностичної лабораторії в транспортному потоці, який полягає в тому, що випромінюючоприймальну антенну систему радіолокатора підповерхневого зондування розміщують над поверхнею дорожнього одягу та виконують радіолокаційне зондування, для чого збуджують випромінюючу антену електричним сигналом, формують електромагнітну хвилю в дорожньому одязі, приймають відбиту електромагнітну хвилю приймальною антеною, перетворюють прийняту електромагнітну хвилю в електричний сигнал, перетворений електричний сигнал реєструють і зберігають у цифровому вигляді в пам'яті комп'ютера, який відрізняється тим, що випромінюючу антену, яка випромінює електромагнітне поле з круговою поляризацією, збуджують сигналом з синусоїдною часовою залежністю, приймають відбите поле одночасно чотирма лінійно поляризованими приймальними антенами, які розташовують на рівних відстанях від осі симетрії випромінюючої антени, розподіляючи їх рівномірно по колу з кутовим кроком 90 градусів та орієнтуючи напрямки поляризації сусідніх приймальних антен під кутом 45 градусів один до одного, після цього за допомогою комп'ютерних програм аналізують залежність амплітуд прийнятих сигналів від напрямків поляризації приймальних антен, рішення щодо існування тріщини приймають за наявністю розбіжностей між амплітудами прийнятих сигналів. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3