CN113125557A - 智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用 - Google Patents

智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113125557A
CN113125557A CN202110243010.8A CN202110243010A CN113125557A CN 113125557 A CN113125557 A CN 113125557A CN 202110243010 A CN202110243010 A CN 202110243010A CN 113125557 A CN113125557 A CN 113125557A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
hammer head
excitation
module
sound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110243010.8A
Other languages
English (en)
Inventor
吴智深
黄璜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Smart Infrastructure Technology Research Institute Co ltd
Original Assignee
Nanjing Smart Infrastructure Technology Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Smart Infrastructure Technology Research Institute Co ltd filed Critical Nanjing Smart Infrastructure Technology Research Institute Co ltd
Priority to CN202110243010.8A priority Critical patent/CN113125557A/zh
Publication of CN113125557A publication Critical patent/CN113125557A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/12—Analysing solids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开的智能变频激励冲击锤，包括锤头、电机、机械臂、声纹鉴频模块、音频质量识别模块、冲击频率调频模块、声音采集模块；锤头、电机设置在机械臂顶端，锤头上方设有声音传感器，声纹鉴频模块、声音采集模块设置在锤头中部，调频电路、音频质量识别模块设置在锤头尾部。本发明具有自动调节激发频率和激发角度的特点，在无人为干预的情况下依据典型损伤数据库自动变频激励，从而获得最优检测结果。

Description

智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用
技术领域
本发明涉及自动化敲击检测技术领域，具体涉及智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用。
背景技术
在结构检测项目中，工程人员常通过敲击检测方法，判断外观无法直接观测的内部损伤位置和程度，从而为制定结构加固补强方案而提供依据。然而，目前敲击检测方法主要是依靠专业检测人员的经验来判断，从而造成了检测对象单一、人为主观判断误差、连续检测能力不足、定性分析以及多指标类比性不足的问题。在实际工程应用中，虽然可以辅助于自动化敲击装置对内部损伤激发的声音进行识别，但受设备条件限制一般只能对单一敲击频率或预先设定好的变频流程进行检查。由于不具备实时性的缺点，对于损伤程度不明显的小损伤或局部损伤难以提供有效的检测信息。
随着自控技术的发展，仪器设备的小型化和集成化程度越来越高。通过合理设计和搭配不同功能的自控模块，可以实时地和自动化地分析数据以实现现场信号的分析，进而实时提取采集信号的质量并判断是否满足典型损伤检测要求，从而反馈给激励装置调整敲击频率输出，为结构自动化敲击检测提供最优信号数据。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用，具有自动调节激发频率和激发角度的特点，在无人为干预的情况下依据典型损伤数据库自动变频激励，从而获得最优检测结果。
技术方案：本发明所述智能变频激励冲击锤，包括执行部分和控制部分，所述执行部分包括锤头、电机和机械臂，所述控制部分包括声纹鉴频模块、音频质量识别模块、冲击频率调频模块、声音采集模块；所述锤头、电机设置在机械臂顶端，锤头上方设有声音传感器，所述声纹鉴频模块、声音采集模块设置在锤头中部，所述调频电路、音频质量识别模块设置在锤头尾部；所述锤头在电机的带动下按照设定激发频率敲击被检测物，所述机械臂按照设定的激发角度控制锤头的敲击角度，所述声音传感器测量锤头敲击的声音信号，声音信号经所述声音采集模块转换传输至声纹鉴频模块和音频质量识别模块，所述声纹鉴频模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的特征频率范围并判断是否异常，所述音频质量识别模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的质量梯度并判断是否异常，所述调频电路在特征频率范围、质量梯度判断异常时输出调整后的激发频率、激发角度分别至锤头、机械臂，锤头按照调整后的激发频率、激发角度在电机、机械臂的带动下再次敲击被检测物。
基于上述智能变频激励冲击锤的结构检测方法，包括如下步骤：
（1）锤头按照设定的激发频率、激发角度在电机、机械臂的带动下敲击被检测物；
（2）锤头上方的声音传感器采集敲击时的声音信号并传输至声音采集模块；
（3）声音采集模块将声音信号转换后传输至声纹鉴频模块、音频质量识别模块；
（4）声纹鉴频模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的特征频率范围并判断是否异常，音频质量识别模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的质量梯度并判断是否异常；若判断异常，执行步骤（6），否则执行步骤（5）；
（5）锤头移动至下一个检测点并重新开始步骤（1）；
（6）调频电路获取声纹鉴频模块输出的特征频率范围并调整激发频率输出至锤头，同时获取音频质量识别模块输出的质量梯度并调整激发角度输出至机械臂；
（7）机械臂根据调整后的激发角度控制锤头敲击角度，锤头根据调整后的激发频率调整敲击频率再次敲击被检测物；
（8）锤头上方的声音传感器采集敲击时的声音信号并传输至声音采集模块，声音采集模块输出调节后的最优声音信号。
本发明同时请求保护上述结构检测方法在大型建筑物、构筑物、或结构单体中的应用。大型建筑物或建筑物结构单体包括桥梁、隧道、建筑物、道路、梁、柱、板等。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：（1）本发明采用直进式冲击锤头动作在被检测物表面激发敲击音，声音信号不受检测环境噪音干扰，且不受被检测物表面形状影响；控制部分为冲击锤头的执行部分提供不同频率的激发频率输出以及不同角度的激发角度输出，控制冲击过程，锤头在激发频率输出和激发角度输出的控制下调节锤头激励频率和激发角度，锤头具有自动调节激发频率和激发角度的特点，通过实时分析现场采集的声音信号，当检测路径上出现的异常声音信号时，在无人为干预的情况下依据典型损伤数据库自动变频激励，从而获得最优检测结果，不仅可以提高检测效率，还可以有效提高检测效果，适合应用于环境复杂、灾后结构快速检测项目。
（2）本发明易实现一体化的小型设计与制造，操作简便可用于狭小空间，也可搭载于无人机、检测车等自动化检测装置。
（3）本发明的被检测物可以是桥梁、隧道、建筑、道路等大型结构，也可以是梁、柱、板等构件单体。
附图说明
图1是本发明的结构内部损伤检测系统架构图。
其中，1是声纹鉴频模块、2是音频质量识别模块、3是调频电路、4是声音采集模块、5是机械臂、6是锤头。
图2是本发明的智能变频激励冲击锤的运行流程。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示的智能变频激励冲击锤，包含控制和执行两部分。控制部分由声纹鉴频模块1、音频质量识别模块2和调频电路组成；执行部分由声音采集模块4、机械臂5和锤头6组成。锤头6最大转速达到140rpm、水平推力为5-25kg，能够满足激发混凝土和钢构件内部声音要求。在不考虑支座条件下，电机和锤头6等主要部件总重量3kg，满足无人机、移动检测车、爬壁机器人等移动载体的搭载要求。声音采集模块4可以是指向型麦克风或全向型麦克风，从而满足感度为-32dB±3dB、S/N80dB、40Hz〜20kHz，采样范围覆盖50m的多频段原始声音同步采样要求。
本实例的智能冲击装置装备的运行流程，如图2所示。首先，执行部分的锤头6按照程序设定包括数个频段范围的标准冲击程序，根据标准冲击程序的频段范围依次敲击被检测物；锤头6上方设置有声音传感器，通过声音采集模块4将声音传感器采集的敲击音转化为信号传输到控制部分。其次，通过控制部分的声纹鉴频模块1对声音采集模块4采集的声音信号，经过模块内解析模块识别出被检测物的特征频率范围，并导入调频电路3产生激发频率输出；通过音频质量识别模块2对声音采集模块4采集的声音信号，经过模块内解析模块识别出声音信号的质量梯度，并导入调频电路3产生激发角度输出。接着，将产生的激发频率输出和激发角度输出分别导入执行部分的锤头6和机械臂5；机械臂5按照激发角度输出，调整锤头6的敲击角度后，锤头6按照激发频率输出改变冲击频率，再次敲击被检测物。最后，通过声音采集模块4再次采集的敲击音，从而获得自调节后最优声音信号。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.智能变频激励冲击锤，其特征在于：包括执行部分和控制部分，所述执行部分包括锤头、电机和机械臂，所述控制部分包括声纹鉴频模块、音频质量识别模块、冲击频率调频模块、声音采集模块；所述锤头、电机设置在机械臂顶端，锤头上方设有声音传感器，所述声纹鉴频模块、声音采集模块设置在锤头中部，所述调频电路、音频质量识别模块设置在锤头尾部；所述锤头在电机的带动下按照设定激发频率敲击被检测物，所述机械臂按照设定的激发角度控制锤头的敲击角度，所述声音传感器测量锤头敲击的声音信号，声音信号经所述声音采集模块转换传输至声纹鉴频模块和音频质量识别模块，所述声纹鉴频模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的特征频率范围并判断是否异常，所述音频质量识别模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的质量梯度并判断是否异常，所述调频电路在特征频率范围、质量梯度判断异常时输出调整后的激发频率、激发角度分别至锤头、机械臂，锤头按照调整后的激发频率、激发角度在电机、机械臂的带动下再次敲击被检测物。
2.基于权利要求1所述的智能变频激励冲击锤的结构损伤检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）锤头按照设定的激发频率、激发角度在电机、机械臂的带动下敲击被检测物；
（2）锤头上方的声音传感器采集敲击时的声音信号并传输至声音采集模块；
（3）声音采集模块将声音信号转换后传输至声纹鉴频模块、音频质量识别模块；
（4）声纹鉴频模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的特征频率范围并判断是否异常，音频质量识别模块根据转换后的声音信号识别出被检测物的质量梯度并判断是否异常；若判断异常，执行步骤（6），否则执行步骤（5）；
（5）锤头移动至下一个检测点并重新开始步骤（1）；
（6）调频电路获取声纹鉴频模块输出的特征频率范围并调整激发频率输出至锤头，同时获取音频质量识别模块输出的质量梯度并调整激发角度输出至机械臂；
（7）机械臂根据调整后的激发角度控制锤头敲击角度，锤头根据调整后的激发频率调整敲击频率再次敲击被检测物；
（8）锤头上方的声音传感器采集敲击时的声音信号并传输至声音采集模块，声音采集模块输出调节后的最优声音信号。
3.权利要求2所述的结构损伤检测方法在建筑物、构筑物或构件单体中的应用。
CN202110243010.8A 2021-03-05 2021-03-05 智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用 Pending CN113125557A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110243010.8A CN113125557A (zh) 2021-03-05 2021-03-05 智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110243010.8A CN113125557A (zh) 2021-03-05 2021-03-05 智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113125557A true CN113125557A (zh) 2021-07-16

Family

ID=76772530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110243010.8A Pending CN113125557A (zh) 2021-03-05 2021-03-05 智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113125557A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109505741B (zh) 一种基于矩形麦克风阵列的风力发电机破损叶片检测方法及装置
CN101561379B (zh) 一种用于结构损伤检测的敲击扫描方法
CN113030265B (zh) 一种基于声学频谱分析物体内部缺陷的检测仪
CN104819695B (zh) 基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统
CN101963536A (zh) 一种索力实时监测方法
CN109342446A (zh) 一种钢结构梁表层缺陷检测工具及方法
CN110297271A (zh) 一种用于矿震报警的单分量探头p波初至到时修正方法
CN113125557A (zh) 智能变频激励冲击锤及其结构损伤检测方法和应用
CN115854271A (zh) 城市地下管网损伤监测与修复系统及损伤识别修复方法
CN105916090A (zh) 一种基于智能化语音识别技术的助听器系统
CN114324580A (zh) 一种结构缺陷的智能敲击检测方法及系统
CN111075704A (zh) 一种数据机房空调变频压缩机跳频带宽检测系统及智能算法
CN110688963A (zh) 基于聚类算法的大跨度桥梁涡激振动自动识别方法
CN113075296A (zh) 基于声波检测和bim模型的外墙结构安全检测方法、装置
JPS60211360A (ja) 壁面タイル等の剥離検知装置
CN105865612A (zh) 一种基于超声换能器的输电线路舞动轨迹监测系统及方法
CN115560936A (zh) 一种杆塔螺栓松动激光自动检测装置及检测方法
JPH09257765A (ja) 壁面剥離診断装置
CN204495306U (zh) 基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统
JP2020128973A (ja) 解析装置、解析システム及び解析方法
JPH063336A (ja) 建築物壁仕上げ部の剥離検出方法
Wotzka et al. Analysis of vibro-acoustic signals generated during operation of micro wind turbines
CN117288266B (zh) 一种住宅缺陷监测系统及方法
CN117929526A (zh) 隧道拱顶壁后空洞自动敲击检测装置、系统及方法
CN118587892A (zh) 一种基于声源定位的车流量监测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication