CN109632481A - 一种钢筋拉伸形变的检测系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢筋拉伸形变的检测系统，光源系统、拉力传感系统、CCD成像系统、采集系统和软件处理系统，光源系统提供光强信号；拉力传感系统为钢筋的拉伸形变提供拉力，并将产生的拉力数据传输给软件处理系统；CCD成像系统包括镜头组、CCD芯片，镜头组采集钢筋形变的图像信息，然后由CCD芯片将图像信息实现由光到电的转换；软件处理系统接收得到的拉力数据和图像信息整合起来，转换成拉力‑形变二维图像；其中，采集系统对拉力数据和图像信息进行滤波、放大和A/D转换，将模拟信号转变为数字信号然后传输给软件处理系统进行处理。本发明还提供一种钢筋拉伸形变的检测系统的操作方法。本发明高精度并且可靠的完成对钢筋拉伸形变进行检测。

Description

一种钢筋拉伸形变的检测系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及施工质量检测领域，尤其涉及一种钢筋拉伸形变的检测系统及其操作方法。

背景技术

在桥梁和房屋建筑中通常将钢筋和混凝土联合使用，如果钢筋暴露在外日晒雨淋容易生锈，从而不利于钢筋的长期使用，于是在钢筋包裹混凝土起到隔绝氧气和水分避免生锈的保护作用。同样，如果混凝土里面没有钢筋，混凝土是易脆的。建筑中需要钢筋混凝土承受足够大的压力，对钢筋的韧性和稳定性的提出了很高的要求，检验钢筋质量合格与否，一般标准是在某拉力的情况下形变量达到某一程度时没有断裂，这种情形认为钢筋质量合格。对钢筋形变量的测量问题成为了检验钢筋质量合格与否的核心问题，当然也一度成为相关检测机构急待解决的热点问题。对钢筋拉伸形变量的检测，国内外做了很多工作。早期没有有效的检测设备，主要采用人工检测方式，一般在钢筋拉伸前两个人拉直皮尺测量初始长度，钢筋被拉伸完成后，两人再拉直皮尺测量当前的长度，用后面的长度减去前面的长度就等于形变长度。很明显，这样的测试方式误差会非常大，包括有人为读数误差，皮尺的精度误差等，更为严重的是测试人员的安全得不到很好的保障，如果钢筋断裂弹出后果将不堪设想。随后采用的方法有漏磁法，电蜗流法等，这些测量方式能达到一定的测试精度并有了一定的适用范围，能在一定程度上保障操作人员的安全。但是这些方式需要将检测仪器束缚在待测钢筋上，即对钢筋的实时形变转换成实时响应，由于钢筋的表面极其粗糙，巨大的摩擦力会磨损传感器，使传感器的精度下降，而且在钢筋断裂时肯定会毁坏传感器，造成经济损失。更进一步说，接触式传感器有一硬伤就是无法得出钢筋断裂前后瞬间的极限形变参数。为了解决工作人员人生安全，仪器的使用安全，测试的结果精度不够，可靠性不高的问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决建筑施工现场对钢筋检测精度不够，可靠性不高的技术问题，本发明提供一种钢筋拉伸形变的检测系统及其操作方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢筋拉伸形变的检测系统，包光源系统、拉力传感系统、CCD成像系统、采集系统和软件处理系统，

所述光源系统提供光强信号，保证CCD成像系统的每个光敏元具备高质量感光，方便接收光强信号；

所述拉力传感系统为钢筋的拉伸形变提供拉力，并将产生的拉力数据传输给所述软件处理系统；

所述CCD成像系统包括镜头组、CCD芯片和CCD驱动电路，所述镜头组将采集的钢筋形变的图像信息，然后由CCD芯片将所述图像信息实现由光到电的转换；

所述软件处理系统接收所述得到的所述拉力数据和所述图像信息整合起来，转换成拉力-形变二维图像；

其中，所述采集系统对所述拉力数据和所述图像信息进行滤波、放大和A/D转换，将模拟信号转变为数字信号然后传输给所述软件处理系统进行处理。

优选的，所述CCD驱动电路提供给所述CCD芯片正常工作所需的偏置电压和时序脉冲，并把CCD芯片经光电转换后得到的电荷量变为电压量输出。

优选的，所述CCD驱动电路内部采用TCD2901D模块做主处理芯片。

优选的，还包括数据采集卡，所述数据采集卡用于存储所述拉力数据和所述图像信息。

优选的，所述光源系统还包括光源挡板，所述光源挡板提升所述图像信息的对比度。

一种根据钢筋拉伸形变的检测系统的操作方法，包括以下步骤：

a、选取待测钢筋；

b、将所述拉力传感系统固定在所述待测钢筋上；

c、选取两个光源系统、两个CCD成像系统、一个采集系统和一个软件处理系统组装到所述待测钢筋正反面，配合所述拉力传感系统组成检测系统；

d、通过步骤c中的检测系统对所述待测钢筋进行拉伸形变检测；

e、完成检测。

优选的，所述步骤c中每一个光源系统对应添加一个光源挡板。

优选的，所述步骤d中，还包括数据采集卡，两个所述CCD成像系统连接到同一所述数据采集卡中，所述数据采集卡与所述拉力传感系统连接；其中，所述拉力传感系统提供给所述待测钢筋拉伸力，并且将得到的拉力数据传输给所述数据采集卡，所述数据采集卡接收所述拉力数据和所述CCD成像系统采集的图像信息，并经过所述采集系统传输给所述软件处理系统处理。

有益效果：

本发明同过设置CCD成像系统和拉力传感系统，通过取得拉力数据和形变的图像信息，整体经过采集系统的精细转换，在软件处理系统中进行整合，转换成拉力-形变二维图像，全程机械操作，高精度和可靠的完成对钢筋拉伸形变进行检测。

附图说明

图1为本发明一种钢筋拉伸形变的检测系统的系统原理图；

图2为本发明中TCD2901D模块示意图；

图3为本发明中TCD2901D的电路逻辑框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3，本发明实施例提出了一种钢筋拉伸形变的检测系统，包光源系统、拉力传感系统、CCD成像系统、采集系统和软件处理系统，

光源系统提供光强信号，保证CCD成像系统的每个光敏元具备高质量感光，方便接收光强信号；

拉力传感系统为钢筋的拉伸形变提供拉力，并将产生的拉力数据传输给软件处理系统；

CCD成像系统包括镜头组、CCD芯片和CCD驱动电路，镜头组将采集的钢筋形变的图像信息，然后由CCD芯片将图像信息实现由光到电的转换；

软件处理系统接收得到的拉力数据和图像信息整合起来，转换成拉力-形变二维图像；

其中，采集系统对拉力数据和图像信息进行滤波、放大和A/D转换，将模拟信号转变为数字信号然后传输给软件处理系统进行处理。

如图2所示，路提供给CCD芯片正常工作所需的偏置电压和时序脉冲，并把CCD芯片经光电转换后得到的电荷量变为电压量输出，CCD驱动电路内部采用TCD2901D模块做主处理芯片。TCD2901D 管脚图所示，OS1,OS2,OS3 分别为三个线阵（R、G、B）CCD芯片的输出信号通道，该数据流会进入采集卡，SS 为参考地，OD为12V直流电源信号，为保证CCD成像系统正常规律的工作提供电压，NC口无信号接地，Ø1A2，Ø2A2，Ø2A1，Ø1A1 是主时钟信号，在其配合和控制下，模拟移位寄存器中积累的电荷有规律转移向对应的输出口。RS 是复位信号，当其处于高电平时，输出端的电平也复位为高电平。CP 是钳位控制脉冲。SH1，SH2，SH3是转移脉冲，处于高电平转移栅导通，由一个周期光积分转换而来的电信号能转移到模拟移位寄存器中；处于低电平转移栅断开，隔断电信号的转移到模拟移位寄存器，光积分周期开始。CCD成像系统总是在SH处于低电平时，从移位寄存器中输出积累的电信号，因此SH又名同步时钟。图3为CCD成像系统中TCD2901D的电路逻辑框图，如图S1，S2，S10550表示CCD成像系统的感光像元（宽度4μm，高度4μm，中心距4μm，4μm*4μm*4μm）总数为10550，即通道有10550 个像素。TCD2901D是R，G，B 三线阵的，一个线阵对应一个通道，每个感光区的感光像元有专门的感光范围和感光峰值，其中D13、D63 和D64、D76 被屏蔽起来用作暗电流检查。在每个光敏像元的两边是MOS电容存储器用来存储由光信号转换过来的电信号，一侧的每个MOS电容组成MOS 电容阵列。MOS电容阵列的两边是SHIFT GATE（转移栅），为电荷的转移提供电压，转移栅两边是CCD ANALOG REGISTER（模拟寄存器），其输出信号由补偿输出信号和输出信号共同组成。电荷转移周期，MOS 阵列中奇数MOS 电容中的电荷在转移电压的控制下，向上侧的模拟移位寄存器中转移；MOS阵列中偶数 MOS电容中的电荷在转移电压的控制下，向下侧的模拟移位寄存器中转移。TCD2901D 时钟是两相，电压为5V，供电电压12V，以22脚CEDIP形式封装。转移栅SH为高电平时，会将光积分电极在一个周期内由光信号转化为的电信号在转移栅电极的作用下转移到模拟移位寄存器中，当转移栅为低电平时，转移栅会阻断光积分电极和模拟移位寄存器间的联系，电荷转移周期停止，光积分周期开始。

还包括数据采集卡，数据采集卡用于存储拉力数据和图像信息。

光源系统还包括光源挡板，光源挡板提升图像信息的对比度；在测量时，钢筋某一段的拉伸形变。来自面光源的光强信号，经过钢筋后必须分为背景信号和有效信号两部分（其中有效信号代表钢筋受力后的拉伸形变），但是面光源直接照射到钢筋上得不到较好的背景信号和有效信号的对比度。大小完全相同的左右两块挡板（左边挡板的左端点是固定在钢筋上的，右边挡板的右端点也是固定在钢筋上的，而左边挡板的右端点和右边挡板的左端点是没固定的）是测试时固定在钢筋上用作遮挡光强，提升信号对比度的辅助测量工具，固定住的挡板会随着钢筋的拉伸而同步移动，对钢筋拉伸形变的测量转换为两块挡板拉伸距离的测量。

一种根据钢筋拉伸形变的检测系统的操作方法，包括以下步骤：

a、选取待测钢筋；

b、将拉力传感系统固定在待测钢筋上；

c、选取两个光源系统、两个CCD成像系统、一个采集系统和一个软件处理系统组装到待测钢筋正反面，配合拉力传感系统组成检测系统，其中每一个光源系统对应添加一个光源挡板；

d、通过步骤c中的检测系统对待测钢筋进行拉伸形变检测；

e、完成检测。

步骤d中，还包括数据采集卡，两个CCD成像系统连接到同一数据采集卡中，数据采集卡与拉力传感系统连接；其中，拉力传感系统提供给待测钢筋拉伸力，并且将得到的拉力数据传输给数据采集卡，数据采集卡接收拉力数据和CCD成像系统采集的图像信息，并经过采集系统传输给软件处理系统处理。

最后需要说明的是：以上仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种钢筋拉伸形变的检测系统，其特征在于，包括光源系统、拉力传感系统、CCD成像系统、采集系统和软件处理系统，

所述光源系统提供光强信号，保证CCD成像系统的每个光敏元具备高质量感光，方便接收光强信号；

所述拉力传感系统为钢筋的拉伸形变提供拉力，并将产生的拉力数据传输给所述软件处理系统；

所述CCD成像系统包括镜头组、CCD芯片和CCD驱动电路，所述镜头组采集钢筋形变的图像信息，然后由CCD芯片将所述图像信息实现由光到电的转换；

所述软件处理系统接收所述得到的所述拉力数据和所述图像信息整合起来，转换成拉力-形变二维图像；

其中，所述采集系统对所述拉力数据和所述图像信息进行滤波、放大和A/D转换，将模拟信号转变为数字信号然后传输给所述软件处理系统进行处理。

2.根据权利要求1所述的钢筋拉伸形变的检测系统，其特征在于，所述CCD驱动电路提供给所述CCD芯片正常工作所需的偏置电压和时序脉冲，并把所述CCD芯片经光电转换后得到的电荷量变为电压量输出。

3.根据权利要求2所述的钢筋拉伸形变的检测系统，其特征在于，所述CCD驱动电路内部采用TCD2901D模块做主处理芯片。

4.根据权利要求1所述的钢筋拉伸形变的检测系统，其特征在于，还包括数据采集卡，所述数据采集卡用于存储所述拉力数据和所述图像信息。

5.根据权利要求4所述的钢筋拉伸形变的检测系统，其特征在于，所述光源系统还包括光源挡板，所述光源挡板提升所述图像信息的对比度。

6.一种根据权利要求5所述的钢筋拉伸形变的检测系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、选取待测钢筋；

b、将所述拉力传感系统固定在所述待测钢筋上；

c、选取两个光源系统、两个CCD成像系统、一个采集系统和一个软件处理系统组装到所述待测钢筋正反面，配合所述拉力传感系统组成检测系统；

d、通过步骤c中的检测系统对所述待测钢筋进行拉伸形变检测；

e、完成检测。

7.根据权利要求6所述的钢筋拉伸形变的检测系统的操作方法，其特征在于，所述步骤c中每一个光源系统对应添加一个光源挡板。

8.根据权利要求6所述的钢筋拉伸形变的检测系统的操作方法，其特征在于，所述步骤d中，还包括数据采集卡，两个所述CCD成像系统连接到同一所述数据采集卡中，所述数据采集卡与所述拉力传感系统连接；其中，所述拉力传感系统提供给所述待测钢筋拉伸力，并且将得到的拉力数据传输给所述数据采集卡，所述数据采集卡接收所述拉力数据和所述CCD成像系统采集的图像信息，并经过所述采集系统传输给所述软件处理系统处理。