CN110542688A - 实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，包括图像采集部分和图像处理部分。图像采集系统由光源组成的照明系统、镜头、摄像机等组成，而图像处理系统则通过编写软件算法实现。在一定的光照条件下，成像设备将物体成像并放大，然后由图像采集系统将数字图像信号送入计算机内，形成二维灰度矩阵，图像处理单元首先对采集到的原始图像进行预处理以改善图像的质量，然后通过边缘检测进行边缘定位，再进行缺陷的特征提取，最后构建分类器进行特征的识别完成对图像的分析，达到所要求的监测任务。本发明能够较为及时、准确地推定出构件易丧失耐火完整性或耐火隔热性的位置，进而提高耐火性能检测的准确度。

Description

实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法
技术领域
本发明涉及到建筑构件耐火性能检测及研究领域，尤其涉及到耐火试验构件表面状态的检测。
背景技术
随着建筑火灾的日益增多，人们对建筑构件在火灾环境中的性能变化愈加关注。利用燃烧炉来研究构件的耐火性能是最常见的方法之一。
建筑构件的耐火性能从完整性和隔热性进行判定。耐火完整性指构件在耐火试验期间能够持续保持耐火完整性的时间，当构件发生以下任一限定情况均认为构件丧失完整性：(1)棉垫被点燃；(2)缝隙探棒可以穿过；(3)背火面出现火焰并持续时间超过10s。耐火隔热性指构件在耐火试验期间持续保持耐火隔热性的时间，当构件背火面温度温升发生超过以下任一限定的情况均认为构件丧失隔热性：(1)平均温度温升超过初始平均温度140℃；(2)任一点位置的温度温升超过初始温度(包括移动热电偶)180℃。
依据GB/T 9978标准规定，燃烧炉内部需安装一定数量的热电偶，用于测量试验过程中炉内的平均温度，炉内的平均温度必须符合关系式：T＝345lg(8t+1)+20，式中：T—炉内平均温度/℃，t—时间/min。构件的背火面应按照要求安装热电偶，用于监测试验过程中试件背火面的温度。
传统燃烧炉进行耐火试验时，由于炉内温度最高可达1300℃，无法观察构件受火面的变化情况，试验人员仅可通过观察背火面的现象和测量温度判断构件是否丧失耐火完整性或隔热性。构件背火面固定热电偶的测点位置的选取主要依据相应标准规定，在未安装固定热电偶的位置仅能依靠移动热电偶测定背火面温度。由于依靠肉眼识别无法从构件背火面预判出构件容易丧失耐火完整性或隔热性的位置，在使用固定热电偶或移动热电偶对构件背火面进行温度监测时，测点位置的选取存在着较大的随机性，无法及时、准确地找出最高温度温升点。这种随机性给建筑构件耐火极限的检测造成了较大的误差。
在建筑构件耐火性能研究领域，找出构件表面容易丧失耐火完整性或隔热性的位置尤为关键，一旦找出构件表面耐火薄弱点，即可有针对性地实施有效的防护措施，进而提升耐火构件产品的耐火性能。传统燃烧炉进行耐火试验时，由于温度较高，试验过程中无法观察构件受火面的变化情况。若要观察构件受火面的破坏情况，只能在试验结束后，等待炉内温度降至室温，打开炉门观察构件受火面的破坏情况。
发明内容
本发明的目的是为了在试验过程中对构件受火面的温度和缺陷进行实时监测，提供一种实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法。
本发明采用的技术方案为：一种实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，包括以下步骤：
(1)试验点火前，在建筑构件耐火试验的检测炉炉内安装有被测建筑构件和机器视觉检测系统，该系统包括图像采集系统和图像处理系统；同时开启冷却装置；
所述图像采集系统包括光源组成的照明系统和成像设备，所述成像设备对被测建筑构件的背火面进行温度和缺陷的监测，成像设备的视角覆盖整个检测炉炉内区域；
(2)试验点火，在光照条件下，成像设备将物体成像并放大，然后由图像采集系统将数字图像信号送入计算机内，形成二维灰度矩阵，即原始图像；
(3)图像处理系统首先对采集到的原始图像进行预处理以改善图像的质量，然后通过边缘检测进行边缘定位，再进行缺陷的特征提取，最后构建分类器进行特征的识别完成对图像的分析，达到所要求的监测任务，具体为：
设置温度检测区域，通过炉内高温监测装置检测到构件受火面各测点的实时温度，各测点显示温度为设置区域内的平均温度；
选择需要监测缺陷的区域，在监测范围内选择已知尺寸，设置为图像标尺长度。根据需要设置缺陷监测参数：最小裂缝宽度、最小裂缝长度、最小裂缝面积；当构件受火面的缺陷尺寸超过缺陷监测参数时，系统自动记录缺陷大小及位置。
作为优选，所述步骤(2)中光照包括可见光，红外线等各类光源。
作为优选，所述步骤(3)中设置区域内的平均温度的精确值1℃。
作为优选，所述步骤(3)中监测缺陷的区域包含整个被测建筑构件的背火面。
本发明整个系统由两部分组成：硬件系统和软件系统。其中硬件系统的主要任务是要实时采集图像，并将图像信息转变为计算机所能识别的数字信号。软件系统的主要任务是对采集到的图像进行相应的处理、温度测定、缺陷识别和数据存储。其核心部分是图像处理系统。图像处理系统则通过编写软件算法实现。
有益效果：本发明涉及的一种实时监测耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，能够较为及时、准确地推定出构件易丧失耐火完整性或耐火隔热性的位置，进而提高耐火性能检测的准确度，为提高建筑构件耐火性能提供了可靠的技术支持。该方法适合推广使用。
附图说明
图1是本发明机器视觉检测系统构成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，包括以下步骤：
(1)试验点火前，在建筑构件耐火试验的检测炉炉内安装有被测建筑构件和机器视觉检测系统，该系统包括图像采集系统和图像处理系统；同时开启冷却装置；
所述图像采集系统包括光源组成的照明系统和成像设备，在建筑构件耐火检测试验炉炉内的位置分别预留一定尺寸大小的洞口，便于高温小孔成像设备进入炉内对被测建筑构件的背火面进行温度和缺陷的监测，将高温小孔成像通过气动的方式推送至耐火检测炉炉内；
建筑构件耐火检测炉炉内尺寸为3000mm*120mm*3000mm。根据视角需要分别在炉内上下安装两套成像设备，保证视场覆盖3000mm*3000mm的整个区域。
(2)试验点火，在光照条件下，包括可见光，红外线等各类光源，成像设备将物体成像并放大，然后由图像采集系统将数字图像信号送入计算机内，形成二维灰度矩阵，即原始图像；
(3)图像处理系统首先对采集到的原始图像进行预处理以改善图像的质量，然后通过边缘检测进行边缘定位，再进行缺陷的特征提取，最后构建分类器进行特征的识别完成对图像的分析，达到所要求的监测任务，具体为：
打开温度和缺陷监测系统软件，选择“定义温度区域”，框选设置温度检测区域。通过炉内高温监测装置检测到构件受火面各测点的实时温度，各测点显示温度为框选区域内的平均温度，精确值1℃。
3)选择“定义缺陷范围”，选择需要监测缺陷的区域，通常包含整个试验构件的背火面，在监测范围内选择适当的已知尺寸，设置为图像标尺长度。根据需要设置适当的缺陷监测参数：最小裂缝宽度、最小裂缝长度、最小裂缝面积。当构件受火面的缺陷尺寸超过缺陷监测参数时，系统自动记录缺陷大小及位置。
以上结合附图对本发明专利的实施方式做出详细说明，但本发明专利不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明专利的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)试验点火前，在建筑构件耐火试验的检测炉炉内安装有被测建筑构件和机器视觉检测系统，该系统包括图像采集系统和图像处理系统；同时开启冷却装置；
所述图像采集系统包括光源组成的照明系统和成像设备，所述成像设备对被测建筑构件的背火面进行温度和缺陷的监测，成像设备的视角覆盖整个检测炉炉内区域；
(2)试验点火，在光照条件下，成像设备将物体成像并放大，然后由图像采集系统将数字图像信号送入计算机内，形成二维灰度矩阵，即原始图像；
(3)图像处理系统首先对采集到的原始图像进行预处理以改善图像的质量，然后通过边缘检测进行边缘定位，再进行缺陷的特征提取，最后构建分类器进行特征的识别完成对图像的分析，达到所要求的监测任务，具体为：
设置温度检测区域，通过炉内高温监测装置检测到构件受火面各测点的实时温度，各测点显示温度为设置区域内的平均温度；
选择需要监测缺陷的区域，在监测范围内选择已知尺寸，设置为图像标尺长度；根据需要设置缺陷监测参数：最小裂缝宽度、最小裂缝长度、最小裂缝面积；当构件受火面的缺陷尺寸超过缺陷监测参数时，系统自动记录缺陷大小及位置。
2.根据权利要求1所述的实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，其特征在于：所述步骤(2)中光照包括可见光和红外线。
3.根据权利要求1所述的实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，其特征在于：所述步骤(3)中设置区域内的平均温度的精确值1℃。
4.根据权利要求1所述的实时监测建筑构件耐火试验过程中炉内温度及缺陷的方法，其特征在于：所述步骤(3)中监测缺陷的区域包含整个被测建筑构件的背火面。
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