CN117849034A - 隧道衬砌病害检测装置 - Google Patents

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郑贺民
徐飞
唐清婧怡
刘雪婷
康景亮
孟庆余
张振波
王浩
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Shijiazhuang Tiedao University
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Abstract

本发明提供了一种隧道衬砌病害检测装置，属于隧道检测技术领域，包括移动车体、摄像设备、扫描设备以及内部病害检测雷达；移动车体上设置有行走机构，行走机构用于驱动车体移动；摄像设备设置在移动车体上；扫描设备设置在移动车体上；内部病害检测雷达设置在移动车体的底部。本发明提供的隧道衬砌病害检测装置，在移动车体上集成了摄像设备、扫描设备和内部病害检测雷达，在对隧道衬砌进行检测时，只需要控制移动车体上的不同设备进行工作就可以进行不同项目的检测，减少了工作人员携带的设备的种类，在检测过程中也不需要频繁的更换设备，可以控制移动车体上的多种设备同时进行检测，提高了检测的效率。

Description

隧道衬砌病害检测装置
技术领域
本发明属于隧道检测的技术领域，更具体地说，是涉及一种隧道衬砌病害检测装置。
背景技术
隧道衬砌结构的相关病害是最常见的隧道结构病害,也是隧道从设计到建成运营阶段都极力避免的病害。衬砌混凝土在完成施工后，极易产生裂缝，错台以及渗漏水等病害，出现明显质量缺陷。这些结构病害的发生若不能及时发现进行处理，将会导致建成的隧道大面积维修处理，严重的个别隧道出现道路暂时中断，对人们正常的行车造成严重影响及不必要的经济损失。
现有的检测方式依靠现有依靠人力或机器对隧道衬砌的病害进行检测。现有的检测方式存在以下缺陷：工作人员在对隧道衬砌进行检测时，需要携带多种专用的设备，在检测过程中需要更换设备专项的检测，操作繁琐，效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道衬砌病害检测装置，旨在解决现有的检测方式需要携带多种设备，操作繁琐，效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种隧道衬砌病害检测装置，包括：
移动车体，其上设置有行走机构，所述行走机构用于驱动所述车体移动；
摄像设备，其设置在所述移动车体上；
扫描设备，其设置在所述移动车体上；及
内部病害检测雷达，其设置在所述移动车体的底部。
在一种可能的实现方式中，所述行走机构包括：
轮组，其设置所述移动车体的一侧，其包括两个轮子；所述轮组设置有两组，两组所述轮组分别设置在所述移动车体的两侧；及
履带，其套设在同一组所述轮组的两个轮子上，所述履带张紧。
在一种可能的实现方式中，所述行走机构还包括：
真空阀，其设置在所述履带上，所述真空阀设置有多个，并沿着所述履带均布；及
气盘，所述气盘设置在所述真空阀上。
在一种可能的实现方式中，还包括：
检测模块，其用于获取并输出所述移动车体行驶过层中的路况信息；
控制模块，其与所述检测模块通信连接，用于接收检测模块发出的信息，所述控制模块根据所述路况信息控制所述真空阀工作。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块根据所述路况信息控制所述真空阀工作，包括：
所述控制模块根据所述路况信息判断所述移动车体是否在隧道衬砌表面行驶；如果是，则控制所述真空阀工作，反之则不控制真空阀工作。
在一种可能的实现方式中，控制所述真空阀工作，包括：
检测模块检测每个所述真空阀与隧道衬砌内壁之间的距离，并输出每个所述真空阀与隧道衬砌内壁之间的距离信息；
控制模块接收所述检测模块发出的距离信息，并根据所述距离信息控制与之对应的所述真空阀工作。
在一种可能的实现方式中，根据所述距离信息控制与之对应的所述真空阀工作，包括：
所述控制模块将所述距离信息与距离阈值进行对比，如果所述距离信息不大于所述距离阈值，则控制所述真空阀工作，使所述气盘吸附在隧道衬砌内壁上；反之则不控制所述真空阀工作。
在一种可能的实现方式中，所述距离信息小于所述距离阈值时，所述气盘抵接在隧道衬砌内壁上。
在一种可能的实现方式中，还包括：探照灯，所述探照灯设置在所述移动车体的前方。
在一种可能的实现方式中，还包括：两组清洁机构，两组所述清洁机构分别设置在所述移动车体的车头和车位，所述清洁机构用于清洁所述移动车体前后的隧道衬砌内壁。
本发明提供的隧道衬砌病害检测装置的有益效果在于：与现有技术相比，在移动车体上集成了摄像设备、扫描设备和内部病害检测雷达，在对隧道衬砌进行检测时，只需要控制移动车体上的不同设备进行工作就可以进行不同项目的检测，减少了工作人员携带的设备的种类，在检测过程中也不需要频繁的更换设备，可以控制移动车体上的多种设备同时进行检测，提高了检测的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的隧道衬砌病害检测装置的结构示意图；
图2本发明实施例提供的移动车体和内部病害检测雷达的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的检测模块和控制模块的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的控制真空阀工作的步骤示意图。
附图标记说明：
1、移动车体；2、摄像设备；3、扫描设备；4、内部病害检测雷达；5、行走机构；51、轮子；52、履带；53、真空阀；54、气盘；6、探照灯；7、清洁机构。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
参照图1及图4，现对本发明提供的隧道衬砌病害检测装置进行说明。所述隧道衬砌病害检测装置，包括：移动车体1以及安装在移动车体1上的摄像设备2、扫描设备3、内部病害检测雷达4、探照灯6以及清洁机构7。移动车体1上设置有用于驱动车体移动的行走机构5。
移动车体1上搭载有感应摄像头、防爆激光雷达以及传感箱。传感箱中设置有控制中心。感应摄像头与防爆激光雷达分别与控制中心通信相连。在行驶时，感应摄像头和防爆激光雷达扫描移动车体1周围的环境并将周围的环境反馈给控制中心，控制中心根据感应摄像头和防爆激光雷达反馈的信号，自动避开前方障碍物。防爆激光雷达通过发射激光束来扫描车辆周围的环境，并通过测量激光束的反射时间和强度来获取障碍物距离和形状。感应摄像头可捕捉到图像信息，感应摄像头和防爆激光雷达将上述信息反馈给控制中心，控制中心通过图像识别和处理算法来识别和跟踪，在行驶时自动避开前方障碍物。
在一个优选实施方式中，摄像设备2为红外摄像头，红外摄像头以及探照灯6对混凝土结构环境进行扫描照相，将结构的情况清晰的传递给传感箱的控制中心。扫描设备3为三维激光扫描仪。三维激光扫描仪进行隧道衬砌的结构表面速写，形成三维模型，检测结构表面是否存在病害，如是否存在裂缝以及裂缝的宽度、长度；是否存在渗漏水或者错台的问题。
在一个优选实施方式中，在移动车体1的内部设置有雷达安装位置，雷达安装位置从移动车体1的底部打开。内部病害检测雷达4从移动车体1的底部安装在雷达安装位置内部。在进行检测时，关闭雷达安装位置，通过内部病害检测雷达4检测隧道衬砌内部是否存在背后空洞等病害。
在对隧道衬砌进行检测时，工作人员可以遥控移动车体1进入隧道内部，或者移动车体1利用自身的导航和避障能力自主行驶进入隧道的内部，然后对隧道的衬砌进行检测。在检测过程中，可以分开使用红外摄像头、三维激光扫描仪和内部病害检测雷达4安装特定的顺序完成各项工作，也可以同时使用上述设备同时完成各项扫描工作。本发明减少了隧道衬砌检测工作中工作人员需要携带的设备种类和数量，也不需要工作人员完成一项检测工作后，更换设备进行下一项的检测工作，简化了工作人员的操作，提高了检测效率，同时工作人员可以不进入隧道内部，也提高了工作人员的安全性。
在一个优选实施方式中，行走机构5包括设置在移动车体1一侧的轮组、履带52、真空阀53和气盘54。轮组设置有两组，分别设置在移动车体1的两侧。每组轮组包括两个轮子51，两个轮子51分别设置在移动车体1一侧的前部和后部。履带52也设有两个，两个履带52分别套设在两组轮组上。同组的两个轮子51将履带52张紧。在移动车体1的内部设置有驱动机构，驱动机构可以启动移动车体1前方的两个轮子51或者后方的两个轮子51转动，从而带动履带52转动。驱动机构可以采用现有的电机通过变速箱驱动轮子51转动的传动方式，也可以采用电机直接驱动轮子51转动的传动方式。
真空阀53和气盘54均设置有多个，并且数量相同。真空阀53的一端安装在履带52上，气盘54安装在真空阀53远离履带52的一端。真空阀53工作时可以使气盘54内形成负压，如果此时气盘54抵接在隧道衬砌的内壁上，气盘54吸附在隧道衬砌的内壁上。移动车体1在行驶过程中，可以通过真空阀53和气盘54吸附在隧道衬砌的内壁上，从而使移动车体1能够在大角度的斜面上行驶。
在一个优选实施方式中，在移动车体1前部和后部设置有清洁机构7，清洁机构7包括安装在移动车体1端部的安装架以及固定在安装架上的清洁刷。清洁刷抵接在隧道衬砌内壁上，随着移动车体1的移动，清洁刷可以将移动车体1前方和后方的灰尘清洁干净，使气盘54能够吸附在隧道衬砌内壁上。
本发明提供的隧道衬砌病害检测装置还包括：
检测模块，其用于获取并输出移动车体1行驶过层中的路况信息。
控制模块，其与检测模块通信连接，用于接收检测模块发出的信息，控制模块根据路况信息控制真空阀53工作。控制模块根据路况信息判断移动车体1是否在隧道衬砌表面形式，如果是，则控制真空阀53工作，反之则不控制真空阀53工作。
检测模块检测每个真空阀53与隧道衬砌内壁之间的距离，并输出每个真空阀53与隧道衬砌内壁之间的距离信息；
控制模块接收检测模块发出的距离信息，并根据距离信息控制与之对应的真空阀53工作。控制模块将距离信息与距离阈值进行对比，如果距离信息不大于距离阈值，则控制真空阀53工作，使气盘54吸附在隧道衬砌内壁上；反之则不控制真空阀53工作。距离信息小于距离阈值时，气盘54抵接在隧道衬砌内壁上。
检测模块包括设置在移动车体1上的感应摄像头和测距传感器。控制模块包括设置在传感箱中的控制中心。移动车体1在行驶过程中通过感应摄像头拍摄移动车体1移动过程中前进路线的路况，并将路况信息发送至控制中心。控制中心根据路况信息判断移动车体1是否行驶到隧道衬砌的大角度结构面，如果是，则控制真空阀53工作。
每一个真空阀53配置一个测距传感器，测距传感器实时检测真空阀53与行驶路面之间的距离，本实施例中为检测真空阀53与隧道衬砌内壁之间的距离，并向控制中心发送距离信息。控制中心将每个真空阀53和测距传感器进行编号，并将真空阀53的编号与测距传感器的编号对应。控制中心可以通过各个测距传感器发送的距离信息确定各个真空阀53的位置。
如果控制中心判断移动车体1行驶在大角度斜面上行驶，则将距离信息与距离阈值进行对比，如果距离信息不大于距离阈值，则判断气盘54此时与隧道衬砌内壁接触，控制真空阀53工作，降低气盘54内部的气压，从而使气盘54吸附在隧道衬砌内壁上，使移动车体1能够在大角度、垂直和隧道顶部的衬砌内壁上移动。如果距离信息大于距离阈值，则判断气盘54此时不与隧道衬砌内壁接触，此时控制真空阀53不工作。
如果控制中心判断移动车体1没有在大角度斜面上行驶，则不控制真空阀53工作。不控制真空阀53工作的方式可以是控制测距传感器不工作；可以是不控制测距传感器的工作状态，控制中心不把距离信息与距离阈值进行对比；也可以是控制中心不控制，控制真空阀53不工作。
在控制真空阀53工作时，按照以下步骤进行控制：
S1.获取移动车体1行驶路况信息。
S2.根据移动车体1行驶路况信息判断移动车体1是否行驶在大角度斜面上。如果移动车体1行驶在大角度斜面上，则控制真空阀53工作；反之则不控制真空阀53工作。
S3.获取真空阀53与隧道衬砌内壁之间的距离信息；
S4.根据距离信息控制真空阀53工作。将距离信息与距离阈值进行对比，如果距离信息不大于距离阈值，则判断气盘54此时与隧道衬砌内壁接触，控制真空阀53工作，降低气盘54内部的气压，从而使气盘54吸附在隧道衬砌内壁上，使移动车体1能够在大角度、垂直和隧道顶部的衬砌内壁上移动。如果距离信息大于距离阈值，则判断气盘54此时不与隧道衬砌内壁接触，此时控制真空阀53不工作。
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 (10)

1.隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，包括：
移动车体(1)，其上设置有行走机构(5)，所述行走机构(5)用于驱动所述车体移动；
摄像设备(2)，其设置在所述移动车体(1)上；
扫描设备(3)，其设置在所述移动车体(1)上；及
内部病害检测雷达(4)，其设置在所述移动车体(1)的底部。
2.如权利要求1所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，所述行走机构(5)包括：
轮组，其设置所述移动车体(1)的一侧，其包括两个轮子(51)；所述轮组设置有两组，两组所述轮组分别设置在所述移动车体(1)的两侧；及
履带(52)，其套设在同一组所述轮组的两个轮子(51)上，所述履带(52)张紧。
3.如权利要求2所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，所述行走机构(5)还包括：
真空阀(53)，其设置在所述履带(52)上，所述真空阀(53)设置有多个，并沿着所述履带(52)均布；及
气盘(54)，所述气盘(54)设置在所述真空阀(53)上。
4.如权利要求3所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，还包括：
检测模块，其用于获取并输出所述移动车体(1)行驶过层中的路况信息；
控制模块，其与所述检测模块通信连接，用于接收检测模块发出的信息，所述控制模块根据所述路况信息控制所述真空阀(53)工作。
5.如权利要求4所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，所述控制模块根据所述路况信息控制所述真空阀(53)工作，包括：
所述控制模块根据所述路况信息判断所述移动车体(1)是否在隧道衬砌表面行驶；如果是，则控制所述真空阀(53)工作，反之则不控制真空阀(53)工作。
6.如权利要求5所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，控制所述真空阀(53)工作，包括：
检测模块检测每个所述真空阀(53)与隧道衬砌内壁之间的距离，并输出每个所述真空阀(53)与隧道衬砌内壁之间的距离信息；
控制模块接收所述检测模块发出的距离信息，并根据所述距离信息控制与之对应的所述真空阀(53)工作。
7.如权利要求6所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，根据所述距离信息控制与之对应的所述真空阀(53)工作，包括：
所述控制模块将所述距离信息与距离阈值进行对比，如果所述距离信息不大于所述距离阈值，则控制所述真空阀(53)工作，使所述气盘(54)吸附在隧道衬砌内壁上；反之则不控制所述真空阀(53)工作。
8.如权利要求7所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，所述距离信息小于所述距离阈值时，所述气盘(54)抵接在隧道衬砌内壁上。
9.如权利要求1所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，还包括：探照灯(6)，所述探照灯(6)设置在所述移动车体(1)的前方。
10.如权利要求1所述的隧道衬砌病害检测装置，其特征在于，还包括：两组清洁机构(7)，两组所述清洁机构(7)分别设置在所述移动车体(1)的车头和车位，所述清洁机构(7)用于清洁所述移动车体(1)前后的隧道衬砌内壁。
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