Способ обнаружения инородных включений в строительных конструкциях и устройство для его осуществления

01 27/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ИНОРОДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное предприятие НИИСМ(73) Патентообладатель Государственное предприятие НИИСМ(57) 1. Способ обнаружения инородных включений в строительных конструкциях, заключающийся в том, что строительную конструкцию облучают частотно-модулированным радиоволновым сигналом, одновременно отводят часть излучения для образования опорной волны, принимают отраженную волну, смешивают ее с опорной волной для получения сигнала биений и последующей его обработки, отличающийся тем, что опорную волну до смешивания ее с отраженной пропускают через часть строительной конструкции в режиме поверхностной волны. 2722 1 2. Устройство для обнаружения инородных включений в строительных конструкциях, включающее последовательно соединенные генератор частотно-модулированных радиоволновых сигналов, направленный ответвитель и подключенную к его первому выходу передающую антенну, приемную антенну, соединенную с первым входом балансного смесителя, измеритель частоты, блок обработки и блок управления и синхронизации, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый и второй коммутаторы радиоволновых сигналов, микрополосковую линию, размещенную между приемной и передающей антеннами и контактирующую со строительной конструкцией, низкочастотный коммутатор, дополнительный измеритель частоты и измеритель разности частот, выход которого соединен с первым входом блока обработки, а первый и второй входыс выходом измерителя частоты и первым выходом дополнительного измерителя частоты соответственно, второй выход которого соединен со вторым входом блока обработки, вход первого коммутатора радиоволновых сигналов соединен со вторым выходом направленного ответвителя, а первый и второй выходыс первым входом второго коммутатора радиоволновых сигналов и входом микрополосковой линии соответственно, выход которой соединен со вторым входом второго коммутатора радиоволновых сигналов,выход которого соединен со вторым входом балансного смесителя, вход низкочастотного коммутатора подключен к выходу балансного смесителя, а его первый и второй выходыко входу измерителя частоты и входу дополнительного измерителя частоты соответственно, управляющие входы первого и второго коммутаторов радиоволновых сигналов и низкочастотного коммутатора подключены к выходам блока управления и синхронизации.(56) 1. А.с. СССР 205174, МПК 05, 1967. 2. А.с. СССР 192971, МПК 05, 1967. 3. Заявка Японии 50-7918, МПК 01 9/24,21 45/00, 1975. 4. Ченцов А.Г., Чирков Г.В Выявление электрических неоднородностей среды методом локации при непрерывном излучении с использованием ЛЧМ // Известия ВУЗов СССР - радиоэлектроника. - 1973 Т. 16. -8. - С. 38-43, (прототип). 5. Патент США 3 775 765, МПК 01 9/02, 1973 (прототип). 6. Кухаркин Е.С. Инженерная электрофизика. Техническая электродинамика / Под ред. П.А. Ионкина. Учебник для вузов. - М. Высш. школа, 1982. 7. Коган И.М Ближняя радиолокация.М. Советское радио, 1973. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики степени однородности диэлектрических сред, в частности, для выявления и идентификации неоднородностей в строительных конструкциях. Широко известны способы диагностики диэлектрических сред, основанные на облучении их частотно модулированными радиоволновыми сигналами, формировании сигнала биений между отраженным излучением и опорной волной с последующим анализом спектра биений 1, 2, 3. Известен способ выявления электрических неоднородностей среды локацией при непрерывном излучении с использованием линейной частотной модуляции 4, в котором среду облучают частотно - модулированным радиоволновым сигналом, одновременно отводят часть излучения для образования опорной волны,принимают отраженную волну, смешивают ее с опорной волной для получения сигнала биения с последующей его обработкой. Известное устройство 5 для обнаружения тел, находящихся в земле, реализующее известный способ локации сред частотно - модулированными радиоволновыми сигналами, содержит генератор частотно - модулированных сигналов, направленный ответвитель, приемную и передающую антенны, смеситель, измеритель частоты биений и блок обработки. При этом информация о наличии неоднородности и глубине ее залегания определяется в результате обработки спектра сигнала со смесителя в измерителе частоты, а размеры неоднородности в плоскости, перпендикулярной направлению зондирования, находятся путем сканирования антенной системы по поверхности исследуемой среды. Недостаток известного способа и устройства для его реализации состоит в том, что точность определения местоположения неоднородности, в первую очередь глубины ее залегания, зависит от диэлектрических свойств исследуемой среды, которая в рассматриваемом случае является неконтролируемым параметром, оказывающим возмущающее воздействие на результат измерения. Заметим, что глубина расположения неоднородностиопределяется по величине задержки отраженного сигнала относительно опорного, которая пропорциональна, где- диэлектрическая проницаемость исследуемой среды. 2 2722 1 Задача, которую решает данное изобретение, заключается в повышении точности определения местоположения неоднородности в диэлектрической среде, например, в строительной конструкции, за счет учета диэлектрических свойств среды на участке зондирования. Указанная техническая задача решается следующим образом в известном способе обнаружения инородных включений в строительных конструкциях, заключающемся в облучении ее частотно - модулированным радиоволновым сигналом с одновременным отводом части излучения для образования опорной волны,приеме отраженной волны, смешивании ее с опорной волной, получении сигнала биений и последующей его обработки, дополнительно опорную волну до смешивания ее с отраженной волной пропускают через часть строительной конструкции, в режиме поверхностной волны. Устройство, реализующее данный способ, включает в себя последовательно соединенные генератор частотно - модулированных радиоволновых сигналов, направленный ответвитель и подключенную к его первому выходу передающую антенну, приемную антенну, соединенную с первым входом балансного смесителя,измеритель частоты, блок обработки и блок управления и синхронизации, дополнительно содержит первый и второй коммутаторы радиоволновых сигналов, микрополосковую линию, размещенную между приемной и передающей антеннами и контактирующую со строительной конструкцией, низкочастотный коммутатор,дополнительный измеритель частоты и измеритель разности частот, выход которого соединен с первым входом блока обработки, а первый и второй входы - с выходом измерителя частоты и первым выходом дополнительного измерителя частоты соответственно, второй выход которого соединен со вторым входом блока обработки, вход первого коммутатора радиоволновых сигналов соединен со вторым выходом направленного ответвителя, а первый и второй выходы - с первым входом второго коммутатора радиоволновых сигналов и входом микрополосковой линии соответственно, выход которой соединен со вторым входом второго коммутатора радиоволновых сигналов, выход которого соединен со вторым входом балансного смесителя, а его первый и второй выходы - ко входу измерителя частоты и входу дополнительного измерителя частоты соответственно, управляющие входы первого и второго коммутаторов радиоволновых сигналов и низкочастотного коммутатора подключены к выходам блока управления и синхронизации. Техническим результатом предложенных решений является независимость метрологических характеристик способа и устройства от электрофизических свойств контролируемой строительной конструкции. Появляется также дополнительная возможность съема информации о технологических параметрах среды,например, ее влажности. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства. На фиг. 2 пример расположения отрезка микрополосковой линии между антеннами (вид сверху фиг. 1) Устройство для обнаружения инородных включений в строительных конструкциях содержит (см. фиг. 1) генератор 1 частотно-модулированных радиоволновых сигналов, нагруженный через направленный ответвитель 2 передающей антенной 3. Выход направленного ответвителя 2 через первый 4 и второй 5 коммутаторы радиоволновых сигналов соединен с одним из плеч балансного смесителя 6, второе плечо которого связано с выходом приемной антенны 7. Между передающей 3 и приемной 7 антеннами расположен отрезок открытой микрополосковой линии 8, контактирующей с контролируемой строительной конструкцией 9, в которой на глубиненаходится неоднородность 10. Вход и выход микрополосковой линии 8 подключены соответственно к первому 4 и второму 5 коммутаторам радиоволновых сигналов. Выход балансного смесителя 6 через низкочастотный коммутатор 11 подключен к измерителю частоты 12 и дополнительному измерителю частоты 13, между которыми включен измеритель разности частот 14. Выход дополнительного измерителя частоты 13 и измерителя разности частот 14 соединен с блоком обработки 15. Управляющие входы первого 4 и второго 5 коммутатора радиоволновых сигналов и низкочастотного коммутатора 11 соединены с блоком 16 управления и синхронизации. Устройство для обнаружения инородных включений в строительных конструкциях работает следующим образом. Радиоволновое частотно-модулированное излучение от генератора 1 через направленный ответвитель 2 подается в передающую антенну 3, с помощью которой облучается строительная конструкция 9. Отраженное от инородного включения 10 излучение принимается приемной антенной 7 и поступает на одно из плеч балансного смесителя 6. На второе плечо балансного смесителя 6 поочередно, с частотой, задаваемой блоком 16 управления и синхронизации, подается радиоволновый опорный сигнал либо напрямую от направленного ответвителя 2 (когда замкнуты каналы а - с коммутаторов 4 и 5 радиоволновых сигналов), либо через отрезок микрополосковой линии 8 (когда замкнуты каналы а - в коммутаторов 4 и 5 радиоволновых сигналов). Известно 6, что фазовый набег открытой микрополосковой линии, контактирующей с диэлектрической средой, является функцией диэлектрической проницаемостиэтой среды. Поэтому на выходе балансного смесителя 6 формируются низкочастотные биения, основная частота которых будет 7 в первом случае (закорочены каналы а - с) во втором случае (закорочены каналы а - в) где 2- длина микрополосковой линии- девиация частоты радиоволнового сигнала Т - период модуляции частотно-модулированного игнала с - скорость света в вакууме- коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции микрополосковой линии. Легко получить Иными словами при неизменных условиях измерений имеем( ) На практике расстояние между передающей 3 и приемной 7 антеннами ограничено. Между тем, для увеличения, а, следовательно, и точности измерений, величинунеобходимо выбрать достаточно большой. В этом случае геометрия взаимного расположения приемно-передающей антенной системы и микрополоскового датчика может быть выбрана в соответствии с фиг.2. Низкочастотный сигнал биений с балансного смесителя 6 с помощью низкочастотного коммутатора 11 поочередно и синхронно с работой коммутаторов радиоволновых сигналов 4 и 5 подается на измеритель 12 частоты 2 и дополнительный измеритель 13 частоты 1 . Для этого на управляющие входы коммутаторов 4 и 5 радиоволновых сигналов и низкочастотного коммутатора 11 подаются сигналы от общего блока 16 управления и синхронизации. Сигналы, пропорциональные 1 и 2 с измерителей частоты 13 и 12 соответственно, подаются на измеритель разности частот 14, выходной сигнал которого пропорциональный,поступает на блок обработки 15. Сюда же подается сигнал, пропорциональный 1 , с дополнительного измерителя частоты 13. На выходе блока обработки 15 с помощью алгоритма на основе формул (1-3) выдается информация о глубине залегания инородного включенияи свойствахматериала строительной конструкции. Благодаря тому, что опорный радиоволновый сигнал периодически пропускается через микрополосковый датчик, точность измерения глубины залегания инородного включения повышается, а в устройстве осуществляется автоматическая самонастройка к параметрам (связанным с, например, влажности) строительной конструкции. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.