CN109798824B - 一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于无损检测技术领域，公开了一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法及系统；探头内有一对伸缩杆，伸缩杆末端压力传感器的压力达到预设的压力值时，伸缩杆与混凝土壁的接触点分别为点A₁、A₂，两伸缩杆的杆长分别为a₁、a₂，得到此处混凝土空洞的宽度L₁＝a₁+a₂；在同一深度处，通过旋转编码器上输入逆时针每30°转动一次，得到某一深度处伸缩杆与混凝土壁的所有接触点，形成该深度处混凝土空洞的整个横截面外轮廓线；获得伸缩杆与混凝土壁的接触点，形成各横截面外轮廓线；形成混凝土空洞的三维尺寸以及三维轮廓线。本发明具有成本低、实时性强、精度高和可操作性强；迅速直观地得到混凝土空洞的形状与尺寸大小。

Description

一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法及系统

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法及系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，国家对基础设施建设的力度进一步加大，各类建筑如雨后春笋般地出现。混凝土作为一种施工方便、性能良好、价格低廉的建筑材料，被广泛应用于各种施工建设中。但混凝土易受到外力作用、钢筋锈蚀、温度变化等因素影响产生裂缝与空洞，造成混凝土结构承载能力和正常使用性能都明显下降，从而大大缩短混凝土结构的设计使用寿命。因此，必须对这些裂缝与空洞进行检测，掌握混凝土裂缝与空洞的形状、走向和规模，以判断对建筑物的危害程度，并采取相应的处治措施。

自二十世纪三十年代开始，混凝土无损检测技术迅速发展，各种混凝土建筑物的裂缝检测方法相继出现，如：超声波法、红外线热成像法、地质雷达法等。超声波法的基本原理是：超声波在介质中传播时，遇到不同界面将发生反射、折射、绕射、衰减等现象，从而使传播的速度、振幅、波形、频率等发生变化；红外线热成像法的基本原理是：当介质内部存在缺陷或裂缝时，其热传导性将会改变，从而使介质表面温度产生差别，通过测量物体的热量和热流，利用遥感检测仪测量热辐射，就可以检测出介质内部缺陷状况；地质雷达法的基本原理是：电磁波在介质中传播时，其传播速度与介质的介电常数相关，当遇到界面、内部缺陷等介电常数变化较大的目标时，会发生反射、散射等现象，通过分析反射信号的波形、传播时间等参数可判断介质内部的状况。这些方法都是利用岩土物理性质的差别来反映地下介质的情况，属于非接触式测量方法。此外，这些方法的解释需要研究者具备一定的专业知识，懂得波形或剖面的识别与分析，不能直观得到混凝土裂缝或空洞的深度和大小。

另一方面，现有技术超声波法进行混凝土深部裂缝时，收不到真正的首波信号，目前最大的探测深度只能达0.8m左右，特别是当裂缝中有水时，超声波可直接穿过裂缝，与绕射信号相混，增加判断困难。现有技术红外线热成像法是通过分析混凝土温度的不同来判断混凝土缺陷，该方法受外界热源影响比较大。现有技术地质雷达法只能检测出直径几十厘米以上的空洞，微小裂缝由于传播时间短而无法识别。上述方法可能探测到空洞的大致位置，但无法达到对混凝土空洞进行高精度定量的检测要求。因此，开展有关混凝土空洞形状与尺寸定量化的研究具有很强的现实意义，通过研究能够掌握混凝土空洞的精确位置、规模与尺寸，为存在安全隐患的混凝土结构提前采取可靠措施、制定行之有效的处治方案提供依据，从而保证混凝土结构的耐久与安全。

为解决现有技术的不足，本发明提出一种带裂缝的混凝土空洞三维检测技术。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法及系统。

本发明是这样实现的，一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法，所述带裂缝的混凝土空洞三维检测方法包括主机附带采集软件，所述采集软件包括人机交互模块、通信模块、数据采集模块与数据处理模块。所述人机交互模块主要用于文件打开、保存、文件名以及各种参数输入等；所述通信模块主要用于主机与探头之间的指令与数据传输；所述数据采集模块主要用于实时显示任意深度不同水平旋转角度主机所接收到的伸缩杆与混凝土壁之间的接触点；所述数据处理模块主要用于将不同深度处所采集的接触点连接起来，由数据处理软件形成混凝土空洞三维形状与尺寸。

进一步，所述带裂缝的混凝土空洞三维检测方法还包括：

工作测试时，打开主机电源开关，将主机(如图2)和探头通过导线连接起来，通过绞车上的转动装置伸长导线，让探头顺着裂缝滚入，当探头底部感应区触碰到混凝土不能继续深入时，通过导线上的刻度读数，得到该裂缝的深度值，显示在显示屏上。

进一步，所述带裂缝的混凝土空洞三维检测方法还包括：

探头内有一对伸缩杆，伸长伸缩杆，当伸缩杆末端压力传感器的压力达到预设的压力值10Pa时，伸缩杆与混凝土壁的接触点分别为点A₁、A₂，两伸缩杆的杆长分别为a₁、a₂，得到此处混凝土空洞的宽度L₁＝a₁+a₂，显示在主机显示屏上；

在同一深度处，通过在主机控制面板上的旋转编码器输入逆时针每30°转动一次，则水平旋转360°需要转动5次，即30°、60°、90°、120°和150°。当测完一组数据后，压缩伸缩杆，逆时针旋转30°，再将伸缩杆伸长，接触到混凝土壁，伸缩杆和混凝土壁之间的压力达到预设的压力值10Pa，此时，伸缩杆与混凝土壁的接触点分别为点B₁、B₂，两伸缩杆的杆长分别为b₁、b₂，从而可以得到30°处混凝土空洞的宽度L₂＝b₁+b₂，这个宽度值可以显示在显示屏上。依次类推，得到某一深度处伸缩杆与混凝土壁的所有接触点A₁、A₂、B₁、B₂、C₁、C₂、D₁、D₂、E₁、E₂、F₁、F₂，将其连接起来，形成该深度处混凝土空洞的整个横截面外轮廓线；

根据测试到的深度值，将其细划分为n(i＝1、2、3……n)段，在各深度值处测出各横截面尺寸，获得伸缩杆与混凝土壁的接触点A_i1、A_i2、B_i1、B_i2、C_i1、C_i2、D_i1、D_i2、E_i1、E_i2、F_i1、F_i2，将各接触点连接起来，形成各横截面外轮廓线。将不同深度值处各接触点，如A₁₁、A₂₁、A₃₁、A_i1……A_n1一一对应连接起来，将得到混凝土空洞的三维尺寸以及三维轮廓线，显示在显示屏上。

进一步，所述的导线有刻度标记，所述导线环绕在绞车上，所述绞车包括手柄和转动装置。

进一步，所述的探头直径设置为2mm、5mm和10mm。依据《公路技术状况评定标准》JTG H20-2007，裂缝可以分轻裂缝、中裂缝和重裂缝，其中轻裂缝的缝宽小于3mm，中裂缝的裂缝宽度在3～10mm，重裂缝的缝宽大于10mm。

本发明的另一目的在于提供一种带裂缝的混凝土空洞三维检测控制系统。

综上所述，本发明相对于现有方法的优势有：

当采用现有技术超声波法进行混凝土深部裂缝时，收不到真正的首波信号，目前最大的探测深度只能达0.8m左右，特别是当裂缝中有水时，超声波可直接穿过裂缝，与绕射信号相混，增加判断困难。

现有技术地质雷达法只能检测出直径几十厘米以上的空洞，微小裂缝由于传播时间短而无法识别，本发明克服了这个缺陷，可以探测几厘米的空洞，甚至几毫米的空洞，并将其用三维的形式描绘出来。

与超声波法、地质雷达法相比较，本发明方法采用主动接触测量方式，可以迅速直观地得到空洞的位置、形状与尺寸大小，并通过三维图形显示出来，具有成本低、实时性强、精度高、可操作性强等特点。本发明具有成本低、实时性强、精度高和可操作性强等特点，可以迅速直观地得到混凝土空洞的形状与尺寸大小，并通过三维图形显示出来。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法流程图。

图2是本发明实施例提供的主机的控制面板示意图。

图3是本发明实施例提供的测试原理图；

图4是本发明实施例提供的探头示意图。

图5是本发明实施例提供的混凝土空洞某一深处横截面图。

图6是本发明实施例提供的混凝土空洞三维形状与尺寸图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

目前，采用较多的无损检测技术主要有超声波法、红外线热成像法、地质雷达法，这三种方法均有一个前提，需要研究者具备一定的专业知识，懂得波形或剖面的识别与分析，不能直观地得到混凝土空洞的形状与尺寸。本发明结构简单，相比现有技术，具有成本低、实时性强、精度高和操作容易等特点。

图1，本发明实施例提供的带裂缝的混凝土空洞三维检测方法，包括：

S101：工作测试时，打开主机电源开关，将主机(如图2)和探头通过导线连接起来，通过绞车上的转动装置伸长导线，让探头顺着裂缝滚入，当探头底部感应区触碰到混凝土不能继续深入时，通过导线上的刻度读数，得到该裂缝的深度值，显示在显示屏上，具体见图3。

S102：探头的内部有一组伸缩杆(见图4)，可通过主机控制面板上的方向控制器来控制伸缩杆的伸缩方向，当伸缩杆伸长到一定程度时，伸缩杆将与混凝土壁接触，伸缩杆末端的压力传感器就会受到压力，这个压力读数可以显示在显示屏上。当这个压力达到预设压力值10Pa时(以排除不密实填充物的干扰)，伸缩杆与混凝土壁的接触点分别为点A₁、A₂，两伸缩杆的杆长分别为a₁、a₂，从而可以得到混凝土空洞的宽度L₁＝a₁+a₂，这个宽度值可以显示在显示屏上，具体见图5。

S103：在同一深度处，通过在主机控制面板上的旋转编码器输入逆时针每30°转动一次，则水平旋转360°需要转动5次，即30°、60°、90°、120°和150°。当测完一组数据后，压缩伸缩杆，逆时针旋转30°，再将伸缩杆伸长，接触到混凝土壁，伸缩杆和混凝土壁之间的压力达到预设的压力值10Pa，此时，伸缩杆与混凝土壁的接触点分别为点B₁、B₂，两伸缩杆的杆长分别为b₁、b₂，从而可以得到30°处混凝土空洞的宽度L₂＝b₁+b₂，这个宽度值可以显示在显示屏上。依次类推，得到该深度处不同角度下伸缩杆与混凝土壁的接触点A₁₁、A₁₂、B₁₁、B₁₂、C₁₁、C₁₂、D₁₁、D₁₂、E₁₁、E₁₂、F₁₁、F₁₂，将所有接触点连接起来，形成该深度处混凝土空洞的整个横截面外轮廓线，见图5。

S104：根据测试到的深度值，将其细划分为n(i＝1、2、3……n)段，在各深度值处测出各横截面尺寸，获得伸缩杆与混凝土壁的接触点A_i1、A_i2、B_i1、B_i2、C_i1、C_i2、D_i1、D_i2、E_i1、E_i2、F_i1、F_i2，将各接触点连接起来，形成各横截面外轮廓线。将不同深度值处各接触点，如A₁₁、A₂₁、A₃₁、A_i1……A_n1一一对应连接起来，将得到混凝土空洞的三维尺寸以及三维轮廓线，显示在显示屏上。(见图6)。

其中，探头直径有多种：2mm、5mm和10mm等，通过判断裂缝大小来选择合适的探头种类。控制伸缩杆的伸长只需按一次按钮，第二次按下伸缩杆收缩。

显示屏可以随检测顺序显示各个截面的尺寸数据，并将其用三维立体图的形式表示出来。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种带裂缝的混凝土空洞三维检测控制系统，其特征在于，所述带裂缝的混凝土空洞三维检测控制系统包括主机、探头和导线，探头内有一对伸缩杆；

主机附带采集软件，包括人机交互模块、通信模块、数据采集模块与数据处理模块；

探头直径设置为2mm、5mm或10mm；

所述带裂缝的混凝土空洞三维检测控制系统的带裂缝的混凝土空洞三维检测方法包括：

探头内有一对伸缩杆，伸长伸缩杆，当伸缩杆末端压力传感器的压力达到预设的压力值10Pa时，伸缩杆与混凝土壁的接触点分别为点A₁、A₂，两伸缩杆的杆长分别为a₁、a₂，得到此处混凝土空洞的宽度L₁＝a₁+a₂，显示在主机显示屏上；

在同一深度处，通过在主机控制面板上的旋转编码器输入逆时针每30°转动一次，则水平旋转360°需要转动5次，即30°、60°、90°、120°和150°，当测完一组数据后，压缩伸缩杆，逆时针旋转30°，再将伸缩杆伸长，接触到混凝土壁，伸缩杆和混凝土壁之间的压力达到预设的压力值10Pa，此时，伸缩杆与混凝土壁的接触点分别为点B₁、B₂，两伸缩杆的杆长分别为b₁、b₂，从而得到30°处混凝土空洞的宽度L₂＝b₁+b₂，这个宽度值显示在显示屏上，依次类推，得到某一深度处伸缩杆与混凝土壁的所有接触点A₁、A₂、B₁、B₂、C₁、C₂、D₁、D₂、E₁、E₂、F₁、F₂，将其连接起来，形成该深度处混凝土空洞的整个横截面外轮廓线；

根据测试到的深度值，将其细划分为i段，i＝1、2、3……n,在各深度值处测出各横截面尺寸，获得伸缩杆与混凝土壁的接触点A_i1、A_i2、B_i1、B_i2、C_i1、C_i2、D_i1、D_i2、E_i1、E_i2、F_i1、F_i2，将各接触点连接起来，形成各横截面外轮廓线，将不同深度值处的各接触点A₁₁、A₂₁、A₃₁、A_i1……A_n1一一对应连接起来，将得到混凝土空洞的三维尺寸以及三维轮廓线，显示在显示屏上；

所述带裂缝的混凝土空洞三维检测方法还包括：

所述带裂缝的混凝土空洞三维检测方法包括主机附带采集软件，所述采集软件包括人机交互模块、通信模块、数据采集模块与数据处理模块，所述人机交互模块主要用于文件打开、保存、文件名以及参数输入；所述通信模块主要用于主机与探头之间的指令与数据传输；所述数据采集模块主要用于实时显示任意深度不同水平旋转角度主机所接收到的伸缩杆与混凝土壁之间的接触点；所述数据处理模块主要用于将不同深度处所采集的接触点连接起来，由数据处理软件形成混凝土空洞三维形状与尺寸；

所述带裂缝的混凝土空洞三维检测方法还包括：

工作测试时，将主机和探头通过导线连接起来，通过绞车上的转动装置伸长导线，让探头顺着裂缝滚入，当探头底部感应区触碰到混凝土不能继续深入时，通过导线上的刻度读数，得到该裂缝的深度值，显示在显示屏上。