CN110501747A - 一种石质文物病害检测装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石质文物病害检测装置及系统，旨在解决现有检测方法无法在秉持无损检测的前提下，解决石质文物病害检测过程中遇到的外观和作业面限制。该装置包括仪器主机、多个电极、承载体和位移测量装置，多个电极弹性连接在承载体上并排列设置成至少一排，并与仪器主机耦接，任意一个电极受轴向压力在承载体内沿电极的轴向弹性伸缩位移；位移测量装置分别与仪器主机和多个电极耦接，以用于采集任意一个电极的位移数据，从而能够对石质文物进行无损病害检测，打破了地球物理方法在石质文物无损检测方面难以实现的束缚，对检测对象的外观及作业面的选择更为自由，为石质文物检测增加了一种有效可行的无损手段，提高了检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及石质文物检测的技术领域，尤其是涉及一种石质文物病害检测装置及系统。
背景技术
目前，高密度电法主要通过介质的电性差异判断异常位置，常规产品多用于地质勘察、工程检测等，但其目标物尺寸较大，市场上现有的仪器设备根本无法应用到文物本体上，以至于目前的手段对石质文物的检测受其外观影响较大，且往往难以找到合适的作业面。
发明内容
本发明的目的是提供一种石质文物病害检测装置及系统，能够对石质文物进行无损病害检测，克服了传统检测方法对石质文物外观及作业面的要求，作业面选择更自由，提高了检测效率。
本发明的上述发明目的之一是通过以下技术方案得以实现的：一种石质文物病害检测装置，包括仪器主机、多个电极、承载体和位移测量装置，
所述多个电极弹性连接在所述承载体上并排列设置成至少一排，并与所述仪器主机耦接，任意一个电极受轴向压力在所述承载体内沿电极的轴向弹性伸缩位移；
所述位移测量装置分别与所述仪器主机和所述多个电极耦接，以用于采集任意一个电极的位移数据。
通过采用上述技术方案，由于石质文物的形状不一，外观多种多样，在进行检测时很难找到合适的作业面。本装置以广泛应用于工程检测中的高密度电法检测系统为基础，主要将电极结构进行了改进，在秉持无损检测的前提下，将传统的电极进行缩小，并且排列组合到承载体中，电极能够在受压时进行弹性收缩位移，从而能够使得电极与多种外观的石质文物的作业面贴合，克服了传统检测方法及装置遇到的外观限制和作业面限制。并且，位移测量装置能够采集电极在测量时的位移数据，电法数据反演可做地形修正，从而进一步地降低了类似于曲面石质文物对传统检测手段的限制，也省去了利用三维扫描定点定位的工作。
本发明进一步设置为：所述承载体内设置有多个与电极一一对应连接的弹性元件，所述弹性元件存储有能量，以保持所述电极部分伸出所述承载体。
通过采用上述技术方案，采用弹性元件能够依靠其存储的能量保持电极部分伸出承载体，当遇到非平面外观的石质文物时，电极能够根据外观进行伸缩，从而使得一个作业面的电极能够更好地接触石质文物的表面，克服了传统检测方法对作业面的限制，提高了电法数据采集的完整性、准确性，提高了检测效率。
本发明进一步设置为：所述弹性元件与所述电极相对绝缘。
本发明进一步设置为：所述位移测量装置包括多个与电极一一对应耦接的位移计。
通过采用上述技术方案，每个电极对应一个位移计，每个位移计均可以进行位移计数，可以单剖面实现地形修正，有效避免了曲面文物对传统检测手段的限制，也省去了利用三维扫描定点定位的工作。
本发明进一步设置为：所述多个与电极一一对应连接的位移计均设置于所述承载体上。
本发明进一步设置为：每个所述位移计与对应的电极共用一根电缆线，以用于将位移数据传送至所述仪器主机。
通过采用上述技术方案，位移计采集的位移数据可以与电极采集的数据共同利用电缆线进行传输，每个位移计均对应一个电极，在进行数据传输时，仪器主机能够直接得到任意一个电极采集的数据以及对应的位移数据，减少了数据处理步骤。
本发明进一步设置为：处于同一排的相邻的两个所述电极之间的间距为10-20mm。
通过采用上述技术方案，石质文物需要检测病害的尺寸更小、更微观，电极距离过近，容易产生干扰，两个电极的间距保持10-20mm，能够保证电极的正常工作，相互的干扰较小。
本发明进一步设置为：每个所述电极的直径为2-5mm。
通过采用上述技术方案，每个电极的直径限制在2-5mm，方便不规则面，比如凹坑、裂缝等的耦合。
本发明的上述发明目的之二是通过以下技术方案得以实现的：一种石质文物病害检测系统，包括至少两个所述的石质文物病害检测装置，至少两个石质文物病害检测装置的电缆线相连接，以将至少两个石质文物病害检测装置串联。
通过采用上述技术方案，根据石质文物作业面的大小，可以制作符合作业面的石质文物检测装置；为了能够适应石质文物的各种不同外观、及作业面大小，可以将多个装置进行串联，节省了检测成本。还有，可以将多个装置进行阵列组合，实现“3D测量”的方式，这样的方式能够对石质文物病害的分布有更直观的了解。
本发明进一步设置为：所述至少两个石质文物病害检测装置之间设置有具有弹性支撑力的防护套管，所述防护套管套设在裸露的电缆线上。
通过采用上述技术方案，由于连接至少两个石质文物病害检测装置的电缆线比较柔软，而在对不规则或长度较长的规则物体，比如曲面进行检测时，最优是保证至少两个装置形成对称检测，而柔软的电缆线无法对两个装置的位置定型，通过设置的具有弹性支撑能力的防护套管，比如波纹管等，一方面能够对外露的电缆线进行防护，另一方面还能够起到支撑、定型的作用，方便工作人员对具有不规则外观的石质文物外观的检测。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本发明通过将常规的高密度电法系统进行“缩小”，将传统的电极排列组合到承载体中，能够对石质文物进行无损病害检测，打破了地球物理方法在石质文物无损检测方面难以实现的束缚，克服了传统检测方法对石质文物外观及作业面的要求，使得对检测对象的外观及作业面的选择更为自由，为石质文物检测增加了一种有效可行的无损手段，提高了检测效率；
2.通过采用单个电极对应一个位移计，电法数据反演可做地形修正，有效避免了曲面文物对传统检测手段的限制，也省去了利用三维扫描定点定位的工作；
3.对石质文物病害检测装装置进行串联，并且对其进行阵列组合，能够实现对多种外观的石质文物的3D测量，能更直观的评价石质文物的内部病害。
附图说明
图1是本发明的石质文物病害检测装置的结构示意图。
图2是本发明的石质文物病害检测装置在平整作业的工作状态示意图。
图3是本发明的石质文物病害检测装置在不规则作业面的工作状态示意图。
图4是本发明的石质文物病害检测装置的位移计集成于外部装置内的结构示意图。
图5是本发明的石质文物病害检测系统中阵列3D测量方式的结构示意图。
图6是本发明的石质文物病害检测系统中的各承载体通过电缆线串联的结构示意图。
图7是本发明的石质文物病害检测系统中的各承载体的串联的电缆线加装防护套管的结构示意图。
附图标记：10、仪器主机；20、承载体；30、电极；40、位移计；50、弹簧；60、电缆线；70、石质文物病害检测装置；80、作业面；90、防护套管。
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。
本发明公开了一种石质文物病害检测装置，参考图1，该装置包括仪器主机10、承载体20、多个电极30和位移测量装置，多个电极30排列设置在承载体20内至少一排，每个电极30与仪器主机10耦接，用于将电极30采集的数据传输至仪器主机10；多个电极30弹性设置在承载体20内，在测量时，任意一个电极30受到来自轴向的压力会在承载体20上沿着电极30的轴向弹性伸缩位移，从而使得电极30能够接触到改不规则的石质文物的作业面80，保证电极30采集数据的完整和准确。位移测量装置分别与仪器主机10和多个电极30耦接，当在测量时，位移测量装置能够检测每个电极30的位移数据，从而将位移数据发送至仪器主机10，从而能够利用单剖面即可实现地形修正。本发明实施例能够对石质文物进行无损病害检测，克服了传统检测方法对石质文物外观及作业面80的要求，作业面80选择更自由，提高了检测效率。
继续参考图1，具体以一实例来说，承载体20用于安装各部件，并方便手持装置检测。承载体20的大小规格没有限制，其根据电极30数目和排列方式进行定制。电极30设置有24个，24个电极30在承载体20上相互平行并排列设置成一排。电极30的数目不做限制，其根据仪器主机10的数据通道以及电缆线60的芯数决定。电极30可以采用传统的电极30样式，在本实例中，电极30为圆柱杆状，相邻的两个电极30之间的间距设置为10-20mm；单个电极30的直径设置为2-5mm。由于石质文物需要检测病害的尺寸更小、更微观，电极30距离过近，容易产生干扰，两个电极30的间距保持10-20mm，能够保证电极30的正常工作，相互的干扰较小；而电极30直径选用2-5mm，方便对石质文物不规则面的耦合。
在承载体20内穿设有电缆线60，电缆线60一端与仪器主机10连接，电缆线60可以采用26芯电缆线，从而用于传输24个电极30所采集的数据。
需要说明的是，传统的高密度电法检测系统，由于其测量范围较大，常常利用几百伏的电源电压，而在本实例中，供电电源可以提供24V-48V的电压较为合适。
参考图2和图3，为了能够使得电极30与石质文物不规则作业面80的有效偶合，根据本发明的技术方案，在承载体20内设置多个与电极30一一对应连接的弹性元件。弹性元件优选为弹簧50。弹簧50在承载体20中保持压缩状态，从而具有一个回复力，用来保持与其连接的电极30部分伸出承载体20外。弹簧50优选的为绝缘弹簧50。
参考图1，位移测量装置包括多个与多个电极30一一对应连接的位移计40。位移计40可以采用容栅式位移计40、光栅式位移计40。位移计40用于检测对应电极30的位移数据。
在一个实施例中，24个电极30对应设置24个绝缘弹簧50和24个位移计40。绝缘弹簧50远离电极30的一端被限制在承载体20的固定位置，绝缘弹簧50的另一端固定连接在电极30上，电缆线60直接连接在电极30上；位移计40的采集端与电极30连接，位移计40的输出端分别连接电缆线60，用于将位移数据通过一个电缆线60传输至仪器主机10。需要说明的是，所有位移计40连接的电缆线60为26芯电缆线中的一条，最后一条作为电源线使用。
参考图4，本发明中的位移计40也可以集成设置于仪器主机10内或者其它外部装置内，相比于设置于承载体20内，能够节省承载体20内的空间，进而减小承载体20的体积。
本发明还公开了一种石质文物病害检测系统，其应用了上述的石质文物病害检测装置70。参考图5，该石质文物病害检测系统包括至少两个石质文物病害检测装置70，至少两个石质文物病害检测装置70通过电缆线60串接在一起，采用这样的设置能够实现对面积较大的石质文物的快速测量，另外，可以对不同外观的石质文物进行“3D检测”，3D测量方式对石质文物病害的分布有了更直观的了解。
在一个实例中，石质文物的面积较大，采用的那个石质文物病害检测装置，需要进行多次滚动测量，而利用多个石质文物检测装置70能够减少测量次数，提高测量效率，同时也避免多次滚动测量导致的测量误差。
在另一个实例中，参考图6，石质文物为近似球体形状，可以将多个石质文物病害检测装置环绕石质文物进行检测。
在再一个实例中，参考图5，可以将多个石质文物病害检测装置70串联后，按照阵列方式进行排布，然后对石质文物的检测面进行检测，可对石质文物进行3D电法测量，能更直观的评价石质文物的内部病害分布。
更进一步地，由于在测量时需要保证每个装置所测量的在一个剖面，而电缆线60本身材质柔软，参考图7，通过人工操作使得每个装置的测量剖面均在一个剖面上难度较大，为此，相邻的两个承载体20之间设置具有弹性支撑力的防护套管90，防护套管90可以直接套设在相邻两个承载体20之间外露的电缆线60上，通过套设的防护套管90，能够在遇到检测面为平面或者曲面时，起到一定支撑、定型的作用，辅助工作人员对测量位置进行定位，提高检测效率。
当然，两个承载体20之间的串联可以通过单独的电缆线配件进行，具体的，在承载体20的两端设置电缆线接头，当需要对两个石质文物病害检测装置70进行串联时，可以直接将电缆线配件分别接在承载体20的电缆线接头上。电缆线配件上可以直接制作成外部套设有带有弹性支撑力的防护套管90。
本发明通过将常规的高密度电法系统进行“缩小”，将传统的电极排列组合到承载体中，能够对石质文物进行无损病害检测，克服了传统检测方法对石质文物外观及作业面的要求，作业面选择更自由，提高了检测效率；通过采用单个电极对应一个位移计，电法数据反演可做地形修正，有效避免了曲面文物对传统检测手段的限制，也省去了利用三维扫描定点定位的工作；对石质文物病害检测装装置进行串联，并且对其进行阵列组合，能够实现对多种外观的石质文物的3D测量，能更直观的评价石质文物的内部病害。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种石质文物病害检测装置，其特征在于，包括仪器主机(10)、多个电极(30)、承载体(20)和位移测量装置，
所述多个电极(30)弹性连接在所述承载体(20)上并排列设置成至少一排，并与所述仪器主机(10)耦接，任意一个电极(30)受轴向压力在所述承载体(20)内沿电极(30)的轴向弹性伸缩位移；
所述位移测量装置分别与所述仪器主机(10)和所述多个电极(30)耦接，以用于采集任意一个电极(30)的位移数据。
2.根据权利要求1所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，所述承载体(20)内设置有多个与电极(30)一一对应连接的弹性元件，所述弹性元件存储有能量，以保持所述电极（30）部分伸出所述承载体（20）。
3.根据权利要求2所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，所述弹性元件与所述电极(30)相对绝缘。
4.根据权利要求1所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，所述位移测量装置包括多个与电极(30)一一对应耦接的位移计(40)。
5.根据权利要求4所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，所述多个与电极(30)一一对应连接的位移计(40)均设置于所述承载体(20)上。
6.根据权利要求5所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，每个所述位移计(40)与对应的电极(30)共用一根电缆线(60)，以用于将位移数据传送至所述仪器主机(10)。
7.根据权利要求1所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，处于同一排的相邻的两个所述电极(30)之间的间距为10-20mm。
8.根据权利要求1所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，每个所述电极(30)的直径为2-5mm。
9.一种石质文物病害检测系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-8任意一项所述的石质文物病害检测装置（70），至少两个石质文物病害检测装置（70）的电缆线(60)相连接，以将至少两个石质文物病害检测装置（70）串联。
10.根据权利要求9所述的石质文物病害检测系统，其特征在于，所述至少两个石质文物病害检测装置之间设置有具有弹性支撑力的防护套管（90），所述防护套管（90）套设在裸露的电缆线(60)上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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