CN106370694A - 预应力管道压浆密实度检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种预应力管道压浆密实度检测系统，包括加热单元、摄像单元和图像处理单元，所述的加热单元用于对待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，摄像单元用于获取加热后的桥梁预应力管道处混凝土表面红外图像谱并输出至图像处理单元，图像处理单元通过分析红外图像谱中有无热斑以及热斑的大小得到预应力管道密实度信息；并公开其检测方法。当桥梁预应力管道压浆密实度不饱满时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度值有差异，加热单元进行快速加热形成较大温差，可出现非常直观的“热斑”现象，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
本发明涉及桥梁检测技术领域，特别涉及一种预应力管道压浆密实度检测系统及方法。
背景技术
公路桥梁预应力管道压浆密实度在建设期，由于施工管理或工艺等原因，可能产生管道压浆不饱满或没有压浆等情况。桥梁结构在使用数年后，由于混凝土收缩、徐变等影响，桥梁跨中均会出现不同程度的下挠；由于预应力管道压浆不饱满或不压浆，在这种情形下会产生较大的预应力损失，随之伴随桥梁承载能力下降甚至完全丧失的情况。也是我国近几年发生桥梁垮坍的事故重要原因之一。因此，对桥梁预应力管道压浆密实度进行必要的检测，显得十分必要，也有其深远的社会意义。现有技术中，一般通过冲击回波检测压浆饱满度，但是这种检测方式只能定性检测，定量检测误差大。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种成本低且精度高的预应力管道压浆密实度检测系统。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种预应力管道压浆密实度检测系统，包括加热单元、摄像单元和图像处理单元，所述的加热单元用于对待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，摄像单元用于获取加热后的桥梁预应力管道处混凝土表面红外图像谱并输出至图像处理单元，图像处理单元通过分析红外图像谱中有无热斑以及热斑的大小得到预应力管道密实度信息。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：当桥梁预应力管道压浆密实度不饱满时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度值有差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，加热单元对待检桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，形成较大温差，可出现非常直观的“热斑”现象；可使用较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成本低且精度高的预应力管道压浆密实度检测方法。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种如权利要求1所述的预应力管道压浆密实度检测系统的检测方法，包括如下步骤：(A)加热单元对待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，加热至设定温度或时间后停止加热；(B)摄像单元获取加热后的桥梁预应力管道处混凝土表面红外图像谱并输出至图像处理单元；(C)图像处理单元通过分析红外图像谱中有无热斑以及热斑的大小得到预应力管道密实度信息。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：当桥梁预应力管道压浆密实度不饱满时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度值有差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，加热单元对待检桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，形成较大温差，可出现非常直观的“热斑”现象；可使用较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1，一种预应力管道压浆密实度检测系统，包括加热单元10、摄像单元20和图像处理单元30，所述的加热单元10用于对待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，摄像单元20用于获取加热后的桥梁预应力管道处混凝土表面红外图像谱并输出至图像处理单元30，图像处理单元30通过分析红外图像谱中有无热斑以及热斑的大小得到预应力管道密实度信息。
红外热像技术以往主要用于航天和军事，相对于电气、机械，天气和医学，红外检测技术的在桥梁工程上的应用要晚。但近年来红外热成像技术得到飞速发展，特别在计算机数据处理方面成就卓越，这使得红外热像技术在工程中的应用变得更加活跃。
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，当预应力管道存在缺陷时，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。当预应力管道位置存在某种缺陷时，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。当受到太阳辐射时，预应力管道中由于缺陷的存在，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，本发明中就是利用这个原理实现预应力管道密实度检测的。
但是，由于太阳辐射造成的桥梁预应力管道压浆混凝土升温不够明显，有缺陷的区域和无缺陷的区域的红外热像差异极小，采用精度非常高的仪器也未必能检测出来，且高精度的仪器价格非常昂贵，造成检测成本的大幅增加；同时，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预应力管道压浆密实度的缺陷。故本发明中还设置有加热单元10，加热单元10对待检桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，形成较大温差，可出现非常直观的“热斑”现象；可使用较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。
优选地，所述的加热单元10包括蒸汽机12、蒸汽加压泵13和储气罐14，水源40通过第一阀门11与蒸汽机12相连，第一阀门11和水源40的设置，方便向蒸汽机12中加水，水经过加热单元10加热气化及加压后转变为压力蒸汽，通过管道喷射到待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分实现快速加热。通过高温压力蒸汽对混凝土表面部分进行加热有诸多好处：其一，在浇灌过程中，压力蒸汽一直处在结构的表层，可以实现混凝土的持续加热；其二，由于这里采用的是压力蒸汽进行加热，这样不论加热区域在任何位置上，都能够适用；其三，压力蒸汽的温度比较高，加热效果好；其四，热蒸汽能够形成一层隔热层，避免加热过程中热量挥发，提高加热效果。
优选地，为了方便监控加热效果，所述的待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分设置有温度传感器50用于采集加热时的温度，温度传感器50采集到的温度超过设定阈值时加热单元10停止加热且摄像单元20开始工作采集红外图像谱。设置温度传感器50之后，可以方便的获取到加热后的混凝土温度，也就能在合适的时候停止加热，进行下一步处理。当然，也可以不设置温度传感器50，加热一定时间后停止加热也是可以的，但是这样的精度会小于设置温度传感器50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判断。
本发明还公开了一种如前所述的预应力管道压浆密实度检测系统的检测方法，包括如下步骤：(A)加热单元10对待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，加热至设定温度或时间后停止加热；(B)摄像单元20获取加热后的桥梁预应力管道处混凝土表面红外图像谱并输出至图像处理单元30；(C)图像处理单元30通过分析红外图像谱中有无热斑以及热斑的大小得到预应力管道密实度信息。同样地，通过设置加热单元10,对待检桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，形成较大温差，可出现非常直观的“热斑”现象；可使用较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。
优选地，所述的步骤A中，通过如下步骤进行加热：(A1)根据待检测的预应力管道所在的位置，确定距离其最近的混凝土表面作为加热区域；(A2)加热单元10包括蒸汽机12、蒸汽加压泵13和储气罐14，水源40通过第一阀门11与蒸汽机12相连，水经过加热单元10加热气化及加压后转变为压力蒸汽，通过管道喷射到加热区域上进行加热。加热单元10这样设置好处多多，前面已经详细阐述过了，这里就不再赘述。
优选地，热斑的提取方式有很多，本实施例中优选地，所述的步骤C中通过如下步骤获取热斑：(C11)将红外图像谱进行灰度化处理得到灰度图像；(C12)对灰度图像进行直方图变换提高灰度图像的对比度；(C13)步骤C12处理后的图像按照阈值进行二值化处理，得到黑白图像；(C14)对黑白图像进行滤波去除噪点；(C15)步骤C14处理后图像中的白色区域即为热斑。热斑相对于其他密实度好的地方更亮，因此这里通过这一系列处理，将热斑转换成白色区域，热斑以外的区域转换成黑色区域，方便后续处理。
一般来说，对于较小的热斑，有可能是检测过程中的误差，也有可能是非常小的缺陷，这些缺陷并不影响预应力管道压浆密实度的合格度，而对于较大尺寸的热斑，表示预应力管道压浆密实度不佳。为了能够自动实现判断，本实施例中优选地，所述的步骤C中通过如下步骤判断预应力管道密实度信息：(C21)定义预应力管道压浆密实度为合格时，所允许的热斑长度不得超过a，宽度不得超过b，或细长热斑的面积不得大于s；(C22)求解白色区域的面积和最小外接矩形，白色区域的面积即为热斑的面积，白色区域对应的最小外接矩形的长、宽、中心坐标即为热斑的长、宽、位置信息；(C23)将热斑的长、宽、面积与设定的阈值a、b、s进行比较，若热斑的长和宽均小于等于设定阈值a和b，表示该热斑为小热斑；若热斑的长或宽大于设定阈值a或b且热斑面积小于等于设定阈值s，表示该热斑为小热斑；若热斑的长或宽大于设定阈值a或b且热斑面积大于设定阈值s，表示该热斑为大热斑；(C24)若所有的热斑都是小热斑，则预应力管道压浆密实度合格；若存在大热斑，则预应力管道压浆密实度不合格，同时输出所有大热斑的位置信息方便后续处理。通过上述步骤处理后，可以直接输出预应力管道压浆密实度是否合格，且在不合格的时候输出缺陷的位置信息，方便后续处理。
Claims (8)
1.一种预应力管道压浆密实度检测系统，其特征在于：包括加热单元(10)、摄像单元(20)和图像处理单元(30)，所述的加热单元(10)用于对待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，摄像单元(20)用于获取加热后的桥梁预应力管道处混凝土表面红外图像谱并输出至图像处理单元(30)，图像处理单元(30)通过分析红外图像谱中有无热斑以及热斑的大小得到预应力管道密实度信息。
2.如权利要求1所述的预应力管道压浆密实度检测系统，其特征在于：所述的加热单元(10)包括蒸汽机(12)、蒸汽加压泵(13)和储气罐(14)，水源(40)通过第一阀门(11)与蒸汽机(12)相连，水经过加热单元(10)加热气化及加压后转变为压力蒸汽，通过管道喷射到待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分实现快速加热。
3.如权利要求1或2所述的预应力管道压浆密实度检测系统，其特征在于：所述的待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分设置有温度传感器(50)用于采集加热时的温度，温度传感器(50)采集到的温度超过设定阈值时加热单元(10)停止加热且摄像单元(20)开始工作采集红外图像谱。
4.如权利要求3所述的预应力管道压浆密实度检测系统，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判断。
5.一种如权利要求1所述的预应力管道压浆密实度检测系统的检测方法，包括如下步骤：
(A)加热单元(10)对待检测桥梁预应力管道位置混凝土表面部分进行快速加热，加热至设定温度或时间后停止加热；
(B)摄像单元(20)获取加热后的桥梁预应力管道处混凝土表面红外图像谱并输出至图像处理单元(30)；
(C)图像处理单元(30)通过分析红外图像谱中有无热斑以及热斑的大小得到预应力管道密实度信息。
6.如权利要求5所述的预应力管道压浆密实度检测方法，其特征在于：所述的步骤A中，通过如下步骤进行加热：
(A1)根据待检测的预应力管道所在的位置，确定距离其最近的混凝土表面作为加热区域；
(A2)加热单元(10)包括蒸汽机(12)、蒸汽加压泵(13)和储气罐(14)，水源(40)通过第一阀门(11)与蒸汽机(12)相连，水经过加热单元(10)加热气化及加压后转变为压力蒸汽，通过管道喷射到加热区域上进行加热。
7.如权利要求5或6所述的预应力管道压浆密实度检测方法，其特征在于：所述的步骤C中通过如下步骤获取热斑：
(C11)将红外图像谱进行灰度化处理得到灰度图像；
(C12)对灰度图像进行直方图变换提高灰度图像的对比度；
(C13)步骤C12处理后的图像按照阈值进行二值化处理，得到黑白图像；
(C14)对黑白图像进行滤波去除噪点；
(C15)步骤C14处理后图像中的白色区域即为热斑。
8.如权利要求7所述的预应力管道压浆密实度检测方法，其特征在于：所述的步骤C中通过如下步骤判断预应力管道密实度信息：
(C21)定义预应力管道压浆密实度为合格时，所允许的热斑长度不得超过a，宽度不得超过b，或细长热斑的面积不得大于s；
(C22)求解白色区域的面积和最小外接矩形，白色区域的面积即为热斑的面积，白色区域对应的最小外接矩形的长、宽、中心坐标即为热斑的长、宽、位置信息；
(C23)将热斑的长、宽、面积与设定的阈值a、b、s进行比较，
若热斑的长和宽均小于等于设定阈值a和b，表示该热斑为小热斑；
若热斑的长或宽大于设定阈值a或b且热斑面积小于等于设定阈值s，表示该热斑为小热斑；
若热斑的长或宽大于设定阈值a或b且热斑面积大于设定阈值s，表示该热斑为大热斑；
(C24)若所有的热斑都是小热斑，则预应力管道压浆密实度合格；若存在大热斑，则预应力管道压浆密实度不合格，同时输出所有大热斑的位置信息方便后续处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170201 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |