CN106290471A - 用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桥梁结构无损检测技术领域，特别涉及一种用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，包括冷却单元、摄像单元和图像处理单元，所述的冷却单元用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速冷却，摄像单元用于获取冷却后的桥梁混凝土结构红外图像谱，图像处理单元用于接收摄像单元获取的红外图像谱并进行分析处理后得到桥梁缺陷信息；同时公开了其检测方法。当存在缺陷时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度存在有差异，但是自然环境温度变化状态下这个差异小，冷却单元对待检桥梁结构进行快速冷却，形成较大温差，可使用低精度的摄像单元就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测的准确性，另一方面因无需使用高精度的摄像单元，大大降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁结构无损检测技术领域，特别涉及一种用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统及方法。
背景技术
公路桥梁在建设及服役期，由于施工原因或服役过程中受超载、温度剧变等可能产生内部空洞、裂缝等缺陷，使结构的承载能力或耐久性受到影响；若得不到及时的检测和维修加固，将会影响桥梁的运营安全，因此，对桥梁混凝土隐蔽性缺陷进行必要的检测，显得十分必要，也有其现实意义。
红外热成像技术，是利用各种探测器来接收物体发出的红外辐射，再进行光电信息处理，最后以数字、信号、图像等方式显示出来，并加以利用的探知、观察和研究各种物体的一门综合性技术。它涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。该技术可广泛应用于工业、农业、医疗、消防、考古、交通、地质领域。
红外无损检测是测量通过物体的热量和热流来鉴定该物体质量的一种方法，当物体内部存在裂缝和缺陷时，它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别，利用红外成像仪测量它的不同热辐射，可以确定物体的缺陷位置，以达到检测缺陷的目的。利用红外热成像法，可以灵敏地探测到导热系数小，表面热辐射率大的混凝土材料的红外辐射。当混凝土结构存在某种缺陷时，由于缺陷类型形态及分布不同造成材料导热系数、质量热容性能的局部变化而影响红外辐射量，直接导致表面温度发生变化，使热像图上出现温差等异样。当有缺陷的混凝土受到太阳辐射时，有缺陷的混凝土结构由于缺陷的存在，大量的空气混入，与密实部位相比，热流传入受到阻碍，造成表层温度升高而在红外热像上出现“热斑”，其范围和程度反映了该部位的受害程度及范围。这种检测方式存在诸多不足：其一，太阳辐射造成的桥梁混凝土结构升温不够明显，有缺陷的区域和无缺陷的区域的红外热像差异极小，就是采用精度非常高的仪器也未必能检测出来，而且高精度的仪器价格非常昂贵，也造成检测成本的大幅增加；其二，由于有缺陷的区域和无缺陷的区域的红外热像差异极小，导致检测结果不够精确，甚至误判，不能很好的反应出桥梁的缺陷；其三，该检测方法必须在环境温度变化快的时候进行，检测时间受限，不能随时对桥梁进行检测。因此，即使使用精度高的红外热像仪器，也难于运用在检测工作中。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，检测精度高且成本低。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，包括冷却单元、摄像单元和图像处理单元，所述的冷却单元用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速冷却，摄像单元用于获取冷却后的桥梁混凝土结构红外图像谱，图像处理单元用于接收摄像单元获取的红外图像谱并进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：当待检测桥梁混凝土结构内部存在缺陷时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度存在有差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置冷却单元，对待检桥梁结构进行快速冷却，形成较大温差，可使用低精度的摄像单元就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测的准确性，另一方面因无需使用高精度的摄像单元，大大降低了成本。
本发明的另一个目的在于提供一种用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的方法，检测精度高且成本低。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种如前所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统的检测方法，包括如下步骤：(A)冷却单元对待检测桥梁混凝土结构进行冷却，冷却至设定温度或时间后停止冷却；(B)摄像单元获取冷却后的桥梁混凝土结构红外图像谱并输出至图像处理单元；(C)图像处理单元对红外图像谱进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：当待检测桥梁混凝土结构内部存在缺陷时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度存在有差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置冷却单元，对待检桥梁结构进行快速冷却，形成较大温差，可使用低精度的摄像单元就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测的准确性，另一方面因无需使用高精度的摄像单元，大大降低了成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1，一种用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，包括冷却单元10、摄像单元20和图像处理单元30，所述的冷却单元10用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速冷却，摄像单元20用于获取冷却后的桥梁混凝土结构红外图像谱，图像处理单元30用于接收摄像单元20获取的红外图像谱并进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。当待检测桥梁混凝土结构内部存在缺陷时，摄像单元20获取到的红外图像谱的温度存在有差异，在自然环境温度变化状态下这个差异比较小，通过设置冷却单元10，对待检桥梁结构进行快速冷却，形成较大温差，可使用低精度的摄像单元20就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测的准确性，另一方面因无需使用高精度的摄像单元20，大大降低了成本。这里之所以采用冷却单元10，是专门针对一些温度高的区域，此时桥梁在太阳下被烘烤，本身的温度非常高，通过冷却单元10对其冷却，有缺陷的区域导热性差，冷却的慢，无缺陷的地方导热性好，冷却的快，最后形成温度差，通过红外图像谱可以看出差异。
冷却单元10的结构有很多种选择，本实施例中优选地，所述的冷却单元10包括储水罐11、水泵12、水管13以及喷头14，储水罐11中存储有冰水混合物，水泵12置于储水罐11中，水管13的两端分别连接水泵13和喷头14，水泵12工作时将储水罐11中的冷却水抽取出来并通过喷头14浇灌到待检测桥梁混凝土结构上对桥梁进行降温。通过设置储水罐11，里面放置的冰水混合物，温度接近于0度，实际使用时，可以不停的向罐内加入冰块，以维持其低温，水泵12、水管13以及喷头14是方便将冷却水抽取出来并浇灌到桥梁结构上的。该结构简单、成本低，方便携带至现场。
优选地，为了方便监控冷却效果，所述的待检测桥梁混凝土结构上设置有温度传感器40用于采集桥梁冷却时的温度，温度传感器40采集到的温度低于设定阈值时冷却单元10停止冷却且摄像单元20开始工作采集红外图像谱。设置温度传感器40之后，可以方便的获取到冷却后的桥梁结构温度，也就能在合适的时候停止冷却，进行下一步处理。当然，也可以不设置温度传感器40，冷却指定时间后停止冷却也是可以的，但是这样的精度会小于设置温度传感器40的方案。
具体地，摄像单元20和图像处理单元30可以通过很多电路或元器件来实现，本实施例中，所述的摄像单元20为红外热像仪，图像处理单元30为计算机或工控机，红外热像仪采集到的红外图像谱输出至计算机或工控机上，计算机或工控机对接收到的红外图像谱进行分析、处理得到桥梁缺陷信息。
本发明中还公开了一种如前所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统的检测方法，包括如下步骤：(A)冷却单元10对待检测桥梁混凝土结构进行冷却，冷却至设定温度或时间后停止冷却；(B)摄像单元20获取冷却后的桥梁混凝土结构红外图像谱并输出至图像处理单元30；(C)图像处理单元30对红外图像谱进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。同样地，该步骤中，通过设置冷却单元10，对待检测桥梁混凝土结构进行冷却，提高这种差异，再使用低精度的摄像单元20就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测精度，另一方面无需使用高精度的摄像单元20，降低了成本。
所述的步骤A中，冷却单元10包括储水罐11、水泵12、水管13以及喷头14，储水罐11中存储有冰水混合物，水泵12置于储水罐11中，水管13的两端分别连接水泵13和喷头14，水泵12工作时将储水罐11中的冷却水抽取出来并通过喷头14浇灌到待检测桥梁混凝土结构上对桥梁进行降温。冷却单元10这样设置的优点和效果，前面已经详细叙述过，这里就不再赘述。
优选地，所述的步骤B中，摄像单元20为红外热像仪，步骤C中，图像处理单元30为计算机或工控机；计算机或工控机通过如下步骤对红外图像谱进行分析处理：(C1)操作人员向图像处理单元30中输入待检测桥梁混凝土结构的基本参数，图像处理单元30根据基本参数建立无缺陷的标准模型；(C2)操作人员将步骤A中的冷却位置、冷却温度或时间输入至图像处理单元30中，图像处理单元30根据接收到的信息将标准模型模拟冷却后获得标准红外图像谱；(C3)图像处理单元30将摄像单元20输出的待检测测桥梁混凝土结构的实际红外图像谱与步骤C2中的标准红外图像谱进行色彩比对；(C4)将红外图像谱上各位置的色彩差异对应到桥梁结构上，色彩差异越大，表示该位置处桥梁结构的缺陷越大，色彩差异小于设定阈值，表示该位置处桥梁结构无缺陷。由于在实施冷却时，喷头14可能通过其他支架固定在桥梁结构的某一位置处，这样，喷头14所在位置与其他位置之间也存在一定的温差，这会影响到最终的检测结果精度，为了消除这个影响因素，这里在图像处理单元30中建立标准的无缺陷模型，然后根据冷却位置、冷却温度或时间套入到该标准模型中，计算获得标准红外图像谱，最后将采集到的红外图像谱与标准红外图像谱对比，这样检测结果的精度就有了保障，不会因为冷却源位置、或冷却温度的不同导致检测结果的不同。
Claims (7)
1.一种用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，其特征在于：包括冷却单元(10)、摄像单元(20)和图像处理单元(30)，所述的冷却单元(10)用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速冷却，摄像单元(20)用于获取冷却后的桥梁混凝土结构红外图像谱，图像处理单元(30)用于接收摄像单元(20)获取的红外图像谱并进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。
2.如权利要求1所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，其特征在于：所述的冷却单元(10)包括储水罐(11)、水泵(12)、水管(13)以及喷头(14)，储水罐(11)中存储有冰水混合物，水泵(12)置于储水罐(11)中，水管(13)的两端分别连接水泵(13)和喷头(14)，水泵(12)工作时将储水罐(11)中的冷却水抽取出来并通过喷头(14)浇灌到待检测桥梁混凝土结构上对桥梁进行降温。
3.如权利要求1或2所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，其特征在于：所述的待检测桥梁混凝土结构上设置有温度传感器(40)用于采集桥梁冷却时的温度，温度传感器(40)采集到的温度低于设定阈值时冷却单元(10)停止冷却且摄像单元(20)开始工作采集红外图像谱。
4.如权利要求3所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，其特征在于：所述的摄像单元(20)为红外热像仪，图像处理单元(30)为计算机或工控机，红外热像仪采集到的红外图像谱输出至计算机或工控机上，计算机或工控机对接收到的红外图像谱进行分析、处理得到桥梁缺陷信息。
5.一种如权利要求1所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统的检测方法，包括如下步骤：
(A)冷却单元(10)对待检测桥梁混凝土结构进行冷却，冷却至设定温度或时间后停止冷却；
(B)摄像单元(20)获取冷却后的桥梁混凝土结构红外图像谱并输出至图像处理单元(30)；
(C)图像处理单元(30)对红外图像谱进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。
6.如权利要求5所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的方法，其特征在于：所述的步骤A中，冷却单元(10)包括储水罐(11)、水泵(12)、水管(13)以及喷头(14)，储水罐(11)中存储有冰水混合物，水泵(12)置于储水罐(11)中，水管(13)的两端分别连接水泵(13)和喷头(14)，水泵(12)工作时将储水罐(11)中的冷却水抽取出来并通过喷头(14)浇灌到待检测桥梁混凝土结构上对桥梁进行降温。
7.如权利要求6所述的用于无损检测桥梁混凝土结构缺陷的方法，其特征在于：所述的步骤B中，摄像单元(20)为红外热像仪，步骤C中，图像处理单元(30)为计算机或工控机；计算机或工控机通过如下步骤对红外图像谱进行分析处理：
(C1)操作人员向图像处理单元(30)中输入待检测桥梁混凝土结构的基本参数，图像处理单元(30)根据基本参数建立无缺陷的标准模型；
(C2)操作人员将步骤A中的冷却位置、冷却温度或时间输入至图像处理单元(30)中，图像处理单元(30)根据接收到的信息将标准模型模拟冷却后获得标准红外图像谱；
(C3)图像处理单元(30)将摄像单元(20)输出的待检测测桥梁混凝土结构的实际红外图像谱与步骤C2中的标准红外图像谱进行色彩比对；
(C4)将红外图像谱上各位置的色彩差异对应到桥梁结构上，色彩差异越大，表示该位置处桥梁结构的缺陷越大，色彩差异小于设定阈值，表示该位置处桥梁结构无缺陷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170104 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |