CN103592305A - 一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器及其检测方法；本发明用于在役钢筋混凝土电杆表面集料外露率测量，具体地说是一种涉及针对在役电杆表面风化程度检测问题，通过探头采集图像并对图像黑白二值化处理，根据二值化处理结果计算在役电杆混凝土集料外露率，用其来表征在役电杆表面风化程度。本发明结构简单、操作方便、检测迅速；该方法通俗易懂、测试结果受电杆混凝土表面状况影响较小，适合电杆类等混凝土结构的现场测量，具有很大的应用和推广价值。

Description

一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器及其检测方法

技术领域

本发明涉及电杆类等混凝土结构集料外露检测技术领域，尤其涉及一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器及其检测方法。

背景技术

由于荷载作用以及恶劣环境的影响，钢筋混凝土电杆表面的混凝土经受着风沙和雨水的冲刷、冻融破坏、酸雨的成分与水泥水化产物的化学反应等，导致在役电杆表面混凝土的完整性降低、物理力学性能降低，即出现表面风化现象。钢筋混凝土电杆表面风化后，其内在表现为混凝土的强度和硬度降低；其外在表现为混凝土表面水泥浆体脱落，表面起砂或石子外露，也称为集料外露。混凝土表面风化对电杆的服役能力产生不利影响：一、混凝土的力学性能降低，从而降低了电杆的承载力；二、破坏了保护层，从而降低了混凝土对钢筋的保护能力，加速了钢筋的锈蚀。因此，及时检测电杆混凝土表面风化，并确定风化程度与级别，为制定相应修复技术方案提供参考依据及电力部门做出处理决策具有重要意义。

常用的表征混凝土表面风化方法分为两种：一、混凝土强度和硬度降低，通常对混凝土回弹值产生一定影响，用混凝土回弹值降低程度来表征钢筋混凝土电杆表面风化程度；二、针对混凝土表面起砂或石子的现象，用混凝土集料外露程度来表征钢筋混凝土电杆表面风化程度。混凝土是一种不均质材料，回弹位置对结果有一定的影响；表面风化前，用回弹法得到是混凝土表面强度，当风化后出现混凝土表面水泥浆体脱落时，回弹仪有可能接触的里面的砂或石子，测得的强度并不准确；回弹法测定的时候需避开钢筋，则提前用钢筋位置仪测定钢筋位置，且需要将测区内混凝土表面层打磨掉，操作繁杂；现场测量后，需后期处理回弹值下降率。因此，单纯利用回弹法检测钢筋混凝土电杆表面风化程度存在一定的局限性，可采用回弹法和集料外露程度相结合的方法检测电杆混凝土的表面风化程度。

现阶段，钢筋混凝土结构集料外露程度的表示方法有：

一、定性表示：采用现场观测或者数码相机采集照片形式，根据集料外露情况，得出“无集料外露”、“少许集料外露”、“较多集料外露”、“大量集料外露”等结论，此方法定性表示集料外露程度，具有一定模糊性。

二、集料外露区域面积比：在混凝土结构表面划定一个区域，通过测量外露区域长、宽或者平均直径等方式计算集料外露区面积，计算外露区面积与总面积的比值。

三、测量因集料外露造成下陷区域的参数：混凝土结构表面因集料外露会出现表面下陷的“坑”或“窝”，测量“坑”或“窝”的长、宽（直径）、深度，与允许的长、宽（直径）、深度值做比较，以此判断集料外露程度。

方法二和方法三是现在常用的两种方法，但其存在一定的局限性。当“坑”或“窝”较小时，其长、宽以及深度测量准确度低；另外，外露的集料颗粒形状不规则，对直径测量以及面积计算有一定的影响。这两种方法存在的误差较大且受主观因素的影响。

四、图像处理法：该方法通过在现场用数码相机等设备采取图像，然后导入电脑，通过photoshop、Image-Proplus等图像处理软件，计算外露区面积与选择区域总面积的比值作为集料外露程度的指标，该方法克服了主观因素以及测量误差的问题，但是需要现场拍照后期处理，容易出现采集的图像不合格、采集区域混淆、后期处理费时费力等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服已有的电杆混凝土表面风化程度检测方法的局限性，针对在役钢筋混凝土电杆野外现场检测的特殊性，提供一种便携式电杆混凝土表面风化程度现场测量仪器，该仪器可直接得出集料外露程度百分比，用百分比来表征电杆混凝土表面风化程度，它具有结构简单、操作方便、实用性强等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，它包括探头和主体结构两大部分；所述探头通过视频线连接在主体结构上；所述主体结构包括控制器、显示装置、人机交互装置、壳体、通讯接口，所述控制器位于壳体内部，显示装置连接控制器，人机交互装置和控制器通信，通讯接口与控制器双向通信。

所述显示装置，用于显示检测数据和结果，与控制器通信。

所述人机交互装置，用于操作人员向检测仪器进行命令操作，与控制器通信。

所述通讯接口，用于检测仪器与其它设备通讯提供接口，与控制器通信。

一种采用上述在役电杆集料外露率测量仪器的检测方法，其实现过程为：

（1）图像采集：在仪器上安装探头，划定检测区域，采集画面或图像；

（2）图像黑白二值化处理：图像的黑白二值化处理就是将采集到的混凝土表面图像上的点的灰度置为0或255，即将整个图像呈现出明显的黑白效果；

（3）计算面积分数：计算电感集料外露的面积分数；

（4）存储：将采集到的图像和分析结果进行保存，其中分析结果包括黑白二值化处理后的图片，总测量区域的长、宽及面积，集料颗粒的平均费雷特直径，指标值a，平均费雷特直径大于a mm的颗粒面积及面积分数，其中a为自然数。

所述步骤（2）中，图像黑白二值化处理的具体方法，通过选取阀值A，将具有256个亮度等级的灰度图像处理成二值化图像，且A阀值下，二值化图像仍反映图像的整体特征；所有灰度大于或等于阀值A的像素被判定为属于特定物体，其灰度值用255表示，否则这些像素点被排除在物体区域以外，灰度值为0，表示背景或者例外的物体区域；对于集料外露来说，图像二值化处理后，外露的颗粒在图像上以黑色呈现，其余部分以白色呈现。

所述步骤（3）中，费雷特直径是一种常用的粒径表示方法，指沿一定方向测得的颗粒投影轮廓两边界平行线间的距离；对于一个颗粒，因所取方向而异，按若干方向的平均值计算；对于集料外露颗粒，绕中心每隔10°方向上得到一个费雷特直径，将所得18个费雷特直径的平均值作为该不规则颗粒的平均费雷特直径。

所述步骤（3）中，具体方法为：计算黑白二值化处理后的图片的长、宽以及面积，该面积即作为测量区域的总面积，然后计算集料颗粒的平均费雷特直径DF_均，根据平均费雷特直径DF_均，选定一个最接近DF_均的值为标准值a，a作为要考虑颗粒的费雷特直径标准值，计算费雷特直径DF≥a的颗粒面积S_DF≥a，然后计算集料外露面积分数X=S_DF≥a/S_总×100%，即为电杆集料外露率。

本发明的有益效果：

1、本发明提出了一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，该仪器小巧便捷，操作简单，测试迅速，测试结果受主观因素和测量误差影响较小；另外，该仪器可单人操作，节省了人力，提高了工作效率，适合电杆类等混凝土构件的现场测量，具有很大的应用和推广价值。

2、本发明提出了一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，该仪器具有图像采集、图像黑白二值化处理、参数计算、存储等一体化功能，检测迅速，在测量现场直接得出结论，可立即制定相应修复方案。

附图说明

图1为集料外露率检测仪器正面示意图；

图2为集料外露率检测方法流程图。

其中，1.探头，2.主体结构，3.视频线，4.显示屏，5.开机/关机键，6.显示灯，7.操作键，8.探头接口，9.存储卡卡槽，10.USB接口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，它包括探头1和主体结构2两大部分；所述探头通过视频线连接在主体结构上；所述主体结构包括控制器、显示装置、人机交互装置、壳体、通讯接口，所述控制器位于壳体内部，显示装置连接控制器，人机交互装置和控制器通信，通讯接口与控制器双向通信。

人机交互装置，用于操作人员向检测仪器进行命令操作，包括但不限于操作键7、键盘、触摸屏、开关和按钮的一种或多种。

通讯接口，包括但不限于USB接口10、探头接口8、存储卡卡槽9和数据线接口中的一种或多种。

实施例一：

如图1，一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，它包括探头1和主体结构2两大部分；探头1通过视频线3连接在主体结构2上；主体结构2包括控制器、显示屏4、开机/关机键5、显示灯6、操作键7、探头接口8、存储卡卡槽9、USB接口10，控制器设在主体结构2内部，主体结构2壳体正面设有显示屏4、开机/关机键5、显示灯6、操作键7，显示屏4设在主体结构2壳体正面的左侧，开机/关机键5设在主体结构2壳体的右侧上部，显示灯6设在开机/关机键5的右侧，操作键7设在开机/关机键5和显示灯6的下部，主体结构2侧面设有探头接口8、存储卡卡槽9、USB接口10。

该仪器的实现过程为：确定监测区域后，打开仪器，用探头1对准监测区域，进行图像采集，选择图片处理选项，检测仪器先对图片进行裁剪、效果处理，然后控制器进行图片黑白二值化处理，根据二值化处理结果计算集料颗粒的平均费雷特直径及平均费雷特直径大于a mm的颗粒面积占整个测量区域的面积分数（其中，a为费雷特直径标准值，其大小根据计算的费雷特直径及实际情况确定）。然后选择存储，将扫描的图片和分析结果一并进行存储到存储卡或USB上。可在测量现场直接记录分析结果，也可以回到实验室直接将图片和分析结果导入到电脑上，打印出来。

其中，费雷特直径(Feret's diameter)是一种常用的粒径表示方法，指沿一定方向测得的颗粒投影轮廓两边界平行线间的距离。对于一个颗粒，因所取方向而异，可按若干方向的平均值计算。在本发明中，对于集料外露颗粒，绕中心每隔10°方向上得到一个费雷特直径，将所得18个费雷特直径的平均值作为该不规则颗粒（气孔）的平均费雷特直径。

如图2，一种在役电杆集料外露率现场测量方法，确定检测区域以后，首先采集图像，若采集的图像不可识别，则需要重新采集，若采集的图像可识别，则对图像进行黑背二值化处理，得到二值化图像，然后分析图像的长、宽及集料颗粒的费雷特直径，计算图像面积S_总和平均费雷特直径DF_均，根据求得的DF_均和实际情况，选择最接近DF_均的给定数值a作为费雷特直径标准值，然后计算费雷特直径DF≥a的颗粒面积S_DF≥a，然后计算集料外露面积分数X=S_DF≥a/S_总×100%，即为电杆集料外露率，该监测区域计算完毕，保存图片和计算结果。检查是否还有待检测区域，若有，重复以上步骤，否则导出检测结果，关闭仪器。

该仪器具体检测方法：

（1）准备工作，选定检测对象，制定技术方案；

（2）检查仪器，打开仪器进行调试，看所有功能是否完好，并保证电源充足；

（3）现场测量，根据现场电杆的情况，划定矩形测量区域（长为6cm，宽为4cm），打开仪器，用探头进行扫描，采集测量区域图像；然后选择图片处理功能，得到黑白二值化图像；然后分析计算参数，得到总测量区域的长、宽及面积和集料颗粒的平均费雷特直径；根据求得的平均费雷特直径设定指标值a，再进行计算，得到面积分数，即为集料外露率，对采集到的图片和计算结果进行存储；

（4）根据电杆实际情况，选择不同的检测区域，依次编号为D001-Q001（D001表示001号电杆、Q001表示001号测区）、D001-Q002、…、D00m-Q00n（表示第m根电杆第n个测区），然后重复步骤（3），完成现场测量；

（5）现场测量完毕后，检查仪器，若没问题，关闭电源，将仪器放到仪器盒中；

（6）回到实验室，将仪器里储存的图像和处理结果导入到电脑，根据需要选择是否打印；

（7）关闭仪器并放置。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，其特征是：它包括探头和主体结构两大部分；所述探头通过视频线连接在主体结构上；所述主体结构包括控制器、显示装置、人机交互装置、壳体、通讯接口，所述控制器位于壳体内部，显示装置连接控制器，人机交互装置和控制器通信，通讯接口与控制器双向通信。

2.如权利要求1所述的一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，其特征是：所述显示装置，用于显示检测数据和结果，与控制器通信。

3.如权利要求1所述的一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，其特征是：所述人机交互装置，用于操作人员向检测仪器进行命令操作，与控制器通信。

4.如权利要求1所述的一种便携式在役电杆集料外露率检测仪器，其特征是：所述通讯接口，用于检测仪器与其它设备通讯提供接口，与控制器通信。

5.一种采用上述便携式在役电杆集料外露率检测仪器的检测方法，其特征是：其实现过程包括：

（1）图像采集，在仪器上安装探头，划定检测区域，采集画面或图像；

（2）图像黑白二值化处理，采集到的图像由彩色变为黑白色，外露的集料颗粒以黑色形式呈现；

（3）计算面积分数；

（4）存储，将采集到的图像和分析结果进行保存。

6.如权利要求5所述的检测方法，其特征是：所述步骤（2）中，图像的黑白二值化处理就是将采集到的混凝土表面图像上的点的灰度置为0或255，即将整个图像呈现出明显的黑白效果，图像黑白二值化处理的具体方法，通过选取阀值A，将具有256个亮度等级的灰度图像处理成二值化图像，且A阀值下，二值化图像仍反映图像的整体特征；所有灰度大于或等于阀值A的像素被判定为属于特定物体，其灰度值用255表示，否则这些像素点被排除在物体区域以外，灰度值为0，表示背景或者例外的物体区域；对于集料外露来说，图像二值化处理后，外露的颗粒在图像上以黑色呈现，其余部分以白色呈现。

7.如权利要求5所述的检测方法，其特征是：所述步骤（3）中，费雷特直径是一种常用的粒径表示方法，指沿一定方向测得的颗粒投影轮廓两边界平行线间的距离；对于一个颗粒，因所取方向而异，可按若干方向的平均值计算；对于集料外露颗粒，绕中心每隔10°方向上得到一个费雷特直径，将所得18个费雷特直径的平均值作为该不规则颗粒的平均费雷特直径。

8.如权利要求7所述的检测方法，其特征是：所述步骤（3）中，具体方法为：计算黑白二值化处理后的图片的长、宽以及面积，该面积即作为测量区域的总面积，然后计算集料颗粒的平均费雷特直径DF_均，根据平均费雷特直径DF_均，选定一个最接近DF_均的值为标准值a，a作为要考虑颗粒的费雷特直径标准值，计算费雷特直径DF≥a的颗粒面积S_DF≥a，然后计算集料外露面积分数X=S_DF≥a/S_总×100%，即为电杆集料外露率。

9.如权利要求5所述的检测方法，其特征是：所述步骤（4）中，分析结果包括黑白二值化处理后的图片，总测量区域的长、宽及面积，集料颗粒的平均费雷特直径，指标值a，平均费雷特直径大于a mm的颗粒面积及其面积分数。

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