CN117347485A - 一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统 - Google Patents

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杨怀志
李丹勇
张淳杰
任爽
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Beijing Shanghai High Speed Railway Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，涉及无人机技术领域，包括载荷系统本体，所述载荷系统本体的前端外壁两侧分别固定连接有安装块，所述安装块的一侧固定连接有限位杆。通过载荷系统搭载在无人机上飞到桥梁裂缝下方，发射换能器和接收换能器贴合在裂缝两侧，换能器与混凝土表面耦合后，主控板激发发射换能器，通过接收换能器接收返回超声波信号，移动到第二点位置，重复以上测量过程，通过公式计算裂纹深度，将测量数据通过无线通讯模块发送到操作者控制机上，通过一个主控板实现超声波收发、计算、电机驱动、无线通讯功能，直接显示裂缝深度，具有数据存储、查看、传输功能，智能化程度高，检测效率更高。

Description

一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统。
背景技术
铁路桥梁在外界因素作用下常会发生变形，导致开裂甚至破坏。裂缝是在混凝土硬化过程中，由于混凝土脱水，引起收缩，或者受温度高低的温差影响，引起膨胀不均匀而产生的。裂缝的存在与发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低混凝土材料的承重能力，影响如堤坝、楼宇的使用寿命，严重者甚至会威胁到人们的生命安全。准确、及时地检测裂缝的发生发展过程，对保障工程安全、防止事故发生具有重要意义。
如中国专利CN201420833657.1公开了裂缝无人智能检测机，利用飞控装置和GPS定位系统对无人机进行自动航点驾驶和定点悬停，在其自动驾驶过程中使用搭载的摄像机拍摄待测建筑物的墙体视频并进行存储，完成飞行任务后，将存储的墙体图片上传至计算机，利用计算机软件对图片进行处理，最终得到裂缝的信息，利用无人机可控飞行的特点，可以降低检测的人力和设备成本，且可以高效的检测高层建筑物的表层墙面信息，然而其在使用时还存在以下问题：
对于铁路桥梁产生的裂缝深度不方便及时检测，很难实现有效的裂缝检测，检测效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，解决了上述背景技术中提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，包括载荷系统本体，所述载荷系统本体的前端外壁两侧分别固定连接有安装块，所述安装块的一侧固定连接有限位杆，所述限位杆的数量为两个且平行设置，所述安装块的一侧贯穿且转动连接有对开双向导杆，所述对开双向导杆的外壁螺纹连接有导向块，所述导向块的数量为两个，且两个导向块呈镜像设置，一个所述导向块的一侧外壁固定连接有发射换能器，另一个所述导向块的一侧外壁固定连接有接收换能器，所述对开双向导杆的一侧传动连接有传送带装置，所述传送带装置的一侧固定连接有导轨电机，所述导轨电机的一侧与载荷系统本体的后端外壁固定连接，所述载荷系统本体的后端外壁固定连接有主控板，所述载荷系统本体的后端外壁固定连接有电池。
优选的，所述导向块的内部开设有与限位杆相适配的圆孔。
优选的，所述主控板采用STM32单片机作为主控CPU。
优选的，所述载荷系统本体通过设置无线通讯模块信号连接有控制机终端。
优选的，所述无线通讯模块采用4G通讯模块。
与相关技术相比较，本发明提供的一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统具有如下有益效果：
本发明提供一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，通过铁路桥梁裂纹超声波检测载荷系统采用超声波测量原理，测量桥梁裂纹深度，载荷系统搭载在无人机上，飞到桥梁裂缝下方，发射换能器和接收换能器贴合在裂缝两侧，完成超声波检测，移动到测量位置，换能器与混凝土表面耦合后，主控板激发发射换能器，然后通过接收换能器接收返回超声波信号，然后移动到第二点位置，重复以上测量过程，通过公式计算裂纹深度，将测量数据通过无线通讯模块发送到操作者控制机上，通过一个主控板实现超声波收发、计算、电机驱动、无线通讯功能，直接显示裂缝深度，具有数据存储、查看、传输功能，智能化程度高，检测效率更高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明的载荷系统的整体结构立体图；
图2为本发明的载荷系统另一方向的整体结构立体图；
图3为本发明的原理示意图；
图4为本发明的测试方式示意图；
图5为本发明的测试位置示意图；
图6为本发明的声波绕射法测量混凝土裂缝深度原理示意图；
图7为本发明的测试流程图。
图中：1、载荷系统本体；2、安装块；3、限位杆；4、对开双向导杆；5、导向块；6、发射换能器；7、接收换能器；8、传送带装置；9、导轨电机；10、主控板；11、电池。
具体实施方式
实施例一：
请参阅图1-图2，本发明提供一种技术方案：一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，包括载荷系统本体1，其中，载荷系统本体1悬挂于无人机上，用于检测裂缝，载荷系统本体1的前端外壁两侧分别固定连接有安装块2，安装块2的一侧固定连接有限位杆3，限位杆3的数量为两个且平行设置，安装块2的一侧贯穿且转动连接有对开双向导杆4，对开双向导杆4的外壁螺纹连接有导向块5，导向块5的内部开设有与限位杆3相适配的圆孔，导向块5的数量为两个，且两个导向块5呈镜像设置，其中，对开双向导杆4转动时方便带动两个导向块5实现同步近距离调整，即同时相互靠近或者同时相互远离，一个导向块5的一侧外壁固定连接有发射换能器6，另一个导向块5的一侧外壁固定连接有接收换能器7，对开双向导杆4的一侧传动连接有传送带装置8，传送带装置8的一侧固定连接有导轨电机9，导轨电机9的一侧与载荷系统本体1的后端外壁固定连接，其中，导轨电机9被固定设置，则运行时更加稳定，从而提高装置整体检测时的稳定性，载荷系统本体1的后端外壁固定连接有主控板10，载荷系统本体1的后端外壁固定连接有电池11。
主控板10采用STM32单片机作为主控CPU，其中，主控板10集成超声波发射、信号接收、微型电机控制，无线通讯等功能。
载荷系统本体1通过设置无线通讯模块信号连接有控制机终端，无线通讯模块采用4G通讯模块，其中，将测量数据通过无线通讯模块发送到操作者控制机上。
本实施方案中，通过主控板10控制导轨电机9的运行，导轨电机9带动传送带装置8转动，则对开双向导杆4运动，带动两侧的导向块5相互靠近，使发射换能器6和接收换能器7相对移动，通过铁路桥梁裂纹超声波检测载荷系统采用超声波测量原理，测量桥梁裂纹深度，载荷系统搭载在无人机上，飞到桥梁裂缝下方，发射换能器6和接收换能器7贴合在裂缝两侧，完成超声波检测，接收换能器7和发射换能器6距离可以通过采用对开双向导杆4实现两个换能器的同步距离调整，移动到测量位置，换能器与混凝土表面耦合后，主控板10激发发射换能器6，然后通过接收换能器7接收返回超声波信号，然后移动到第二点位置，重复以上测量过程。
实施例二：
请参阅图5-图6所示，在实施例一的基础上，本发明提供一种技术方案：
测试原理如图6所示，发射换能器6和接收换能器7分别置于裂缝两侧，发射换能器6发出的声波绕过裂缝下缘到达接收换能器7，设定发射、接收换能器7间距L，测量绕射波的传播时间t和传播速度v，可以计算出裂缝的深度h。
裂缝计算平测法检测，裂缝深度应按下式计算：
式中li为不跨缝平测第i点的超声波实际传播距离mm；hci为第i点计算的裂缝深度值mm；为第i点跨缝平面测的声时值μs；mh c为各测点计算裂缝深度的平均值(mm)；n为测点数。
本系统的测试流程如下：
首先，开机后进行功能选择，分别具有裂缝测试、数据查看、数据传输和数据传输的功能，选择裂缝测试功能后依次进行声速测试和缝深测试，确定检测裂缝测试点位置，作测点编号标记，并确定该点声速值；
其次，将两个发射换能器6和接收换能器7分别贴合在裂缝两侧，中心对准被测裂缝测点的精确位置上，保证换能器与混凝土表面耦合良好，通过测量软件远程给主控板10发送测量命令后，分别采集第一间距100mm的声时和缝深，完成第一种间距的测试；
再次，第一间距的测试完成后，远传测量软件屏幕自动提示第二间距的标示(50或150)，按提示的标示间距，将两个发射换能器6和接收换能器7分别移动到相应位置，按上述方法完成第二间距的测试，少数情况下屏幕提示需要进行第三间距(100或200)的测试，方法同上；
完成两次(少数情况下为三次)间距的测试后，在远传测量软件屏幕下方自动显示测点缝深值，按存储键存储该测点的声速和缝深值，或可按返回键重复该点的测试，存储后编号自动增一，进行下一测点的测试；
最后，测试结束后关机。
工作原理：
在使用时，首先，通过主控板10控制导轨电机9的运行，导轨电机9带动传送带装置8转动，则对开双向导杆4运动，带动两侧的导向块5相互靠近，使发射换能器6和接收换能器7相对移动；
其次，通过铁路桥梁裂纹超声波检测载荷系统采用超声波测量原理，测量桥梁裂纹深度，载荷系统搭载在无人机上，飞到桥梁裂缝下方，发射换能器6和接收换能器7贴合在裂缝两侧，完成超声波检测，接收换能器7和发射换能器6距离可以通过采用对开双向导杆4实现两个换能器的同步距离调整，移动到测量位置，换能器与混凝土表面耦合后，主控板10激发发射换能器6，然后通过接收换能器7接收返回超声波信号，然后移动到第二点位置，重复以上测量过程；
最后，通过公式计算裂纹深度，将测量数据通过无线通讯模块发送到操作者控制机上，通过一个主控板10实现超声波收发、计算、电机驱动、无线通讯功能，直接显示裂缝深度，具有数据存储、查看、传输功能，智能化程度高，检测效率更高。

Claims (5)

1.一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，包括载荷系统本体(1)，其特征在于：所述载荷系统本体(1)的前端外壁两侧分别固定连接有安装块(2)，所述安装块(2)的一侧固定连接有限位杆(3)，所述限位杆(3)的数量为两个且平行设置，所述安装块(2)的一侧贯穿且转动连接有对开双向导杆(4)，所述对开双向导杆(4)的外壁螺纹连接有导向块(5)，所述导向块(5)的数量为两个，且两个导向块(5)呈镜像设置，一个所述导向块(5)的一侧外壁固定连接有发射换能器(6)，另一个所述导向块(5)的一侧外壁固定连接有接收换能器(7)，所述对开双向导杆(4)的一侧传动连接有传送带装置(8)，所述传送带装置(8)的一侧固定连接有导轨电机(9)，所述导轨电机(9)的一侧与载荷系统本体(1)的后端外壁固定连接，所述载荷系统本体(1)的后端外壁固定连接有主控板(10)，所述载荷系统本体(1)的后端外壁固定连接有电池(11)。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，其特征在于：所述导向块(5)的内部开设有与限位杆(3)相适配的圆孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，其特征在于：所述主控板(10)采用STM32单片机作为主控CPU。
4.根据权利要求1所述的一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，其特征在于：所述载荷系统本体(1)通过设置无线通讯模块信号连接有控制机终端。
5.根据权利要求4所述的一种用于无人机的铁路桥梁裂缝超声波检测载荷系统，其特征在于：所述无线通讯模块采用4G通讯模块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118279316A (zh) * 2024-06-04 2024-07-02 山东大学 一种混凝土基础设施结构裂缝机载检测装置及工作方法

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