J∕T∕T 1060-2016 桥梁隧道结构用工程雷达

ⅠJT/T1060—2016前言 Ⅱ 12规范性引用文件 13术语与定义 14产品构成 25技术要求 26试验方法 47检验规则 98标志、包装、运输和储存 10ⅡJT/T1060—2016本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草ꎮ本标准由全国交通工程设施(公路)标准化技术委员会(SAC/TC223)提出并归口ꎮ本标准起草单位:交通运输部公路科学研究院、中国电波传播研究所ꎮ本标准主要起草人:刘静、王春和、何小钰、费翔宇、刘璐、何玉珊ꎮ1桥梁隧道结构用工程雷达本标准规定了桥梁隧道结构用工程雷达(以下简称工程雷达)的产品构成、技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输和储存ꎮ本标准适用于公路工程中桥梁、隧道混凝土结构检测用工程雷达的生产、检验和使用ꎮ2规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的ꎮ凡是注日期的引用文件ꎬ仅注日期的版本适用于本文件ꎮ凡是不注日期的引用文件ꎬ其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件ꎮGB/T6587电子测量仪器通用规范GB/T9969工业产品使用说明书总则GB/T9330.1塑料绝缘控制电缆第1部分:一般规定JT/T940—2014公路断面探伤及结构层厚度探地雷达3术语与定义JT/T940—2014界定的以及下列术语和定义适用于本文件ꎮ控制单元controlunit(C/U)用于提供天线系统工作时的控制信号和时序ꎬ并完成数据采集、显示和存储功能的设备ꎮ也称雷达主机ꎮ穿透深度depthofpenetration在给定介质中雷达信号可以穿透的最大深度范围ꎮ相对介电常数relativepermittivity介电常数和真空中的介电常数的比值ꎮ是反映地下介质电性的一个重要参数ꎮ记录道scan在选择的时窗范围内观察记录的回波信号幅度序列ꎮ增益gain对记录道进行幅度补偿处理的时间函数ꎮ扫描速率scanrate雷达每秒钟采集的记录道数ꎮ2每个记录道包含的采样数据个数ꎮ4产品构成工程雷达通常由控制单元、天线、测距装置、处理软件等几部分构成ꎮ产品构成如图1所示ꎮ工作环境要求如下:b)环境湿度:不大于85%RHꎮ外观应整洁ꎬ表面应无锈蚀、污迹ꎬ各部位说明文字、符号、铭牌标志、屏幕显示应清晰、完整ꎮ工程雷达应能承受GB/T6587规定的温度、湿度试验条件ꎮ工程雷达应能承受GB/T6587中振动Ⅱ组Z轴方向和冲击Ⅱ组Z轴方向试验条件ꎮ35.5通用要求5.5.1.1工程雷达控制单元应一体化设计ꎬ满足单人便携要求ꎮ5.5.1.2整机防尘防水等级不低于IP54要求ꎮ5.1.1.3应具备电源中断数据自动保存功能ꎮ5.1.1.4应配备可充电电池ꎬ方便携带及更换且应具备电量提示功能ꎮ5.1.1.5控制电缆可卷曲、便于携带ꎬ符合GB/T9330.1的规定ꎮ5.1.1.6应配置测距装置ꎬ且具备触发采集功能ꎮ5.5.2功能要求工程雷达功能要求见表1ꎮ表1工程雷达功能要求序号参数类别名称要求1实时探测功能触发模式时间触发、测距仪触发、单次触发可选2位置信息记录应通过测距装置或全球定位系统(GPS)装置记录位置信息3标记应能自动或手动添加标记4实时处理应能通过背景消除、带通滤波、信号叠加去除干扰5显示方式应能选彩色位图显示ꎬ堆积波形显示ꎬ单道瞬变波形显示6参数记忆有默认参数ꎬ应能保存用户自定义参数ꎬ载入已保存参数7数据存储及回放探测数据实时存储ꎬ应能回放存储数据8数据处理功能参数编辑文件头参数、标记信息、里程桩号信息、相对介电常数等应能修改9数据编辑应能对数据进行剪切、拆分、合并、插值、抽道、反序等处理图像编辑应能进行放大、缩小、拉伸、压缩、保存处理坐标处理水平方向距离归一化、深度方向时深转换处理振幅处理应能自动、手动、局部或整体调节增益滤波处理应能进行FIR或IIR的高通、低通、带通滤波、反褶积等处理信号归位偏移处理ꎬ使反射波归位、绕射波收敛目标定位应能定位、统计异常深度和水平位置层位识别应能追踪层位ꎬ显示、输出层厚曲线报表输出应能生成桥隧层厚报表或病害统计表注:FIR(FiniteImpulseResponse)ꎬ有限长单位冲激响应ꎻIIR(InfiniteImpulseResponse)ꎬ无限脉冲响应ꎮ5.6性能要求工程雷达的主机性能、技术性能、测试性能均应符合表2规定ꎮJT/T1060—20164表2工程雷达性能要求序号参数类别名称要求1主机性能增益2时窗3扫描速率4每道采样点数5信号叠加次数6工作时间7天线中心频率8技术性能深度穿透指数9振幅抖动10时间抖动长时间稳定性时窗线性度信噪比≥2014测试性能水平定位误差深度测量误差10cm厚度以上:≤10%10cm厚度以下:≤10mm(天线中心频率大于或等于800MHz)试验环境要求如下:b)无强电磁干扰ꎮ试验设备要求如下:c)高精度支架:竖向高度调节为螺旋式ꎻ于1%ꎻe)高低温试验箱:符合GB/T6587试验要求ꎻf)湿热箱:符合GB/T6587试验要求ꎻg)振动台:符合GB/T6587试验要求ꎻh)冲击台:符合GB/T6587试验要求ꎮ5目测检查ꎬ应符合5.2的要求ꎮ6.4环境适应性分别参照GB/T6587温度、湿度试验方法进行相应试验ꎬ应符合5.3的要求ꎮ6.5机械环境适应性分别参照GB/T6587振动、冲击试验方法进行试验ꎬ应符合5.4的要求ꎮ6.6结构设计通过实际操作、验证ꎬ评估工程雷达的设计水平ꎬ应符合5.5.1的要求ꎮ6.7功能要求通过实际操作ꎬ检查产品的功能ꎬ应符合5.5.2的要求ꎮ6.8主机性能6.8.1增益、时窗、扫描速率、每道采样点数、信号叠加次数的检验可在雷达启动预热3min后ꎬ在采集参数设置界面中查看其调节范围ꎬ应符合5.6相应要求ꎮ6.8.2工作时间的检验可在雷达启动预热3min后ꎬ记录雷达的连续工作时间ꎬ应符合5.6相应要求ꎮ6.8.3通过查看主机连接不同中心频率的天线开机能否正常工作ꎬ对天线中心频率进行检验ꎮ能够正常工作的天线中心频率ꎬ应符合5.6相应要求ꎮ6.9深度穿透指数试验步骤如下:a)将天线架设在高精度支架上并使其底面水平ꎬ采用介电特性相对稳定的纯净水作为对比环境ꎬ以穿透水介质和空气的能力比值来衡量工程雷达系统的深度穿透能力ꎬ试验设备布置如图2所示ꎻ图2工程雷达深度穿透指数检验示意图b)将面积不小于4倍天线底面的金属板(金属板的长宽分别不小于天线底面长宽的2倍)平放在充满水的容器底ꎬ容器宜采用非金属非磁性材料ꎬ容器长宽分别不小于天线底面长宽的3倍ꎬ高不小于3倍雷达电磁波波长(水中)ꎮ天线底面紧贴水面ꎬ且保证天线底面几何中心与金属板中心连线与金属板平面垂直ꎮ水体上表面到金属板上表面的距离为2倍雷达电磁波波6c)按产品技术手册设置参数ꎬ开机预热20min后ꎬ记录在水中金属板的反射幅度Awꎻ然后将容器移走ꎬ将天线放到金属板正上方2倍雷达电磁波波长(空气)处ꎬ允许误差±2mmꎬ记录在空气中金属板的回波幅度Aairꎮ用式(1)计算深度穿透指数ꎬ测试结果应符合5.6的深度穿透指数要求ꎮ式中:DPI—深度穿透指数ꎻw—穿透水层后的金属板反射回波信号振幅值ꎻair—空气中金属板反射回波信号振幅值ꎮ图3工程雷达性能检测示意图试验步骤如下:a)如图3布置测试现场ꎬ将天线夹持固定在高精度支架上并使其底面水平ꎬ天线辐射面与金属板的距离为2倍雷达电磁波波长(空气)ꎬ允许误差±2mmꎻb)按产品技术手册设置参数ꎬ开机预热20min后ꎬ不进行滤波和背景消除等实时处理ꎬ连续采集不少于300道数据ꎬ抽取中间连续100道数据ꎻc)振幅抖动Jamp由式(2)计算得到ꎬ测试结果应符合5.6振幅抖动要求ꎮ}式中:Aimax—第i道数据金属板反射回波的最大振幅值ꎬi=1ꎬ2ꎬ…ꎬ100ꎻ试验步骤如下:b)用Δt表示金属板反射回波信号的波至时间ꎬ即从直达波峰值点到金属板反射回波峰值点之间的时间间隔ꎬ时间抖动Jtime由式(3)计算得到ꎬ测试结果应符合5.6的时间抖动要求ꎮ式中:Δtmax—100道数据中ꎬ金属板反射回波波至时间最大值ꎬ单位为纳秒(ns)ꎻ7Δtmin—100道数据中ꎬ金属板反射回波波至时间最小值ꎬ单位为纳秒(ns)ꎻ—100道数据中ꎬ金属板反射回波波至时间平均值ꎬ单位为纳秒(ns)ꎻ试验步骤如下:b)按产品技术手册规定设置参数ꎬ开机预热20min后ꎬ不进行滤波和背景消除等实时处理ꎬ连续采集数据120minꎬ每隔1min抽取一道数据ꎬ共抽取120个波形ꎮ根据式(4)计算长时间稳定性LSꎬ测试结果应符合5.6的长时间稳定性要求ꎮAmax—20min~120min间金属板回波波形的振幅最大值ꎻ20min时金属板回波波形的振幅值ꎮ试验步骤如下:a)如图3布置测试现场ꎬ将天线夹持固定在高精度支架上并使其底面水平ꎻb)按产品技术手册设置参数ꎬ开机预热20minꎬ不进行滤波和背景消除等实时处理ꎻc)调节高精度支架升降螺杆ꎬ使金属板的反射回波信号在时窗的25%位置ꎬ测量天线底面距金属板的高度h1ꎬ并从相应记录波形中求出金属板反射回波信号的波至时间t1ꎻd)重复步骤c)ꎬ分别使金属板的反射回波信号在时窗的50%位置和金属板的反射回波信号在时窗的75%位置高度处ꎬ测量天线底面距金属板的高度h2、h3ꎬ并从相应记录波形中求出金属板反射回波信号的波至时间t2、t3ꎬ则两个时间因素系数分别定义为:1)e)时窗线性度可由式(7)求得ꎬ测试结果应符合5.6的时窗线性度要求ꎮ试验步骤如下:b)根据式(8)计算第i道数据的信噪比SNRi:式中:SNRi—第i道数据的信噪比ꎻAMPi—第i道数据中ꎬ金属板反射回波信号的振幅最大值ꎻANi—第i道数据中ꎬ背景干扰(噪声)的振幅最大值ꎮc)取100道数据的信噪比均值SNRavg作为系统信噪比ꎬ根据式(9)计算ꎬ测试结果应符合5.6的信噪比要求ꎮ8式中:N—记录道数ꎬ取100ꎮ试验步骤如下:a)将雷达系统各组件连接好ꎬ开启雷达并按产品技术手册规定设置参数ꎬ将触发距离设为最小ꎬb)准备好平整直线路段ꎬ用钢卷尺量取20m长度ꎬ并分别在起始、终止点做标记ꎻc)将测距装置中心线对准起始点横线ꎬ启动雷达系统测距仪触发模式开始检测ꎬ匀速推动测距轮向前移动ꎬ当测距轮中心线与终点横线对准时停止ꎬ记录雷达系统输出的距离测试值Lmeaꎬ精确至0.005mꎮ按照式(10)计算水式中:Edis—水平定位误差ꎻ—测距仪测试值ꎬ单位为米(m)ꎻdem—长度标定值ꎬ单位为米(m)ꎮ试验步骤如下:a)试验前将试验用纯净水放置在试验空间2h以上ꎻb)如图2布置测试现场ꎬ将天线夹持固定在高精度支架上并使其底面水平ꎬ将面积不小于4倍天线底面的金属板平放在充满水的容器底ꎬ天线底面紧贴水面ꎻc)按产品技术手册设置参数ꎬ开机预热20minꎻd)向容器注入试验用纯净水ꎬ深度不超过10cmꎬ用游标卡尺测量水深并记录dw1ꎻe)不进行滤波和背景消除等实时处理ꎬ连续采集不少于300道数据ꎬ抽取中间连续100道数据ꎻ记录水体的雷达电磁波双程走时平均值Tw1ꎬ并根据式(11)计算水体深度测试值hw1:式中:vw—经过标定的试验用纯净水电磁波传播速度ꎬ单位为米/纳秒(m/ns)ꎻTw1—水体的雷达电磁波双程走时平均值ꎬ单位为纳秒(ns)ꎮf)根据式(12)计算探测深度误差Δhꎬ应符合5.6的深度测量误差要求ꎻg)提升天线ꎬ增加水槽中纯净水至不低于10cm深ꎬ用游标卡尺测量水深并记录dw2ꎬ天线底面恰好紧贴水面ꎻ量误差要求ꎮ9检验分为出厂检验和型式检验ꎬ检验项目见表3ꎮ序号类别项目型式检验出厂检验技术要求试验方法1外观要求外观++2环境适应性++3机械环境适应性++5.44通用要求结构设计+-5功能要求+-6主机性能增益+-7时窗+-8扫描速