CN208255095U - 一种脱空检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于工程质量检测技术领域，提供了一种脱空检测系统，包括：至少一台脱空检测仪和管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述管理设备无线连接。本实用新型通过设置管理设备，实现了对不同位置的多个脱空检测仪的统一管理。

Description

一种脱空检测系统

技术领域

本实用新型属于工程质量检测技术领域，尤其涉及一种脱空检测系统。

背景技术

混凝土是水泥与骨料的混合物，当在水泥中加入一定量水分的时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为混凝土整体结构。通常混凝土结构拥有较强的抗压强度，但是混凝土的抗拉强度较低，任何显著的拉弯作用都可能使其微观晶格结构开裂和分离，从而导致结构的破坏。而绝大多数结构构件内部，包括混凝土，都有受拉应力作用的需求，故未加钢材的混凝土极少被单独使用于工程。相较混凝土而言，钢结构抗拉强度非常高，故通常人们在混凝土中加入钢筋、钢板等材料，由钢筋、钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。

但是，由于施工中无法避免的一些工艺问题，混凝土浇注的质量会受到影响，从而导致混凝土难以充填密实，特别是在钢板与混凝土结合面容易产生脱空或空洞缺陷。如果钢板里衬在工程投入运行时因为脱空或空洞现象导致钢板混凝土变形、损坏，将会严重威胁到工程项目的安全。从而，为了保证工程运行安全，使建筑的安全系数达到指标，需要对脱空进行检测，并对脱空的部分采取安全措施进行防护。

在对脱空的检测中，考虑到检测效果，主要通过发射中子射线对脱空进行检测。具体的检测原理为，首先通过中子源发射快中子至钢板，快中子与钢板下的混凝土材料发生作用，最终形成热中子，再由专门的检测器进行热中子信号采集，最后将采集到的信号通过数据电缆传输至主机，由主机进行后续的计算、分析或者直接拷贝检测数据，然后进行线下分析。但是，现有技术中的检测方式并不能及时的反映钢管混凝土是否发生脱空，同时，这样的检测、分析方法只是针对单个脱空检测设备，并没有对多个脱空检测设备进行统一的管理。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种脱空检测系统，用以解决现有技术中无法对多个脱空检测仪进行统一管理的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种脱空检测系统，包括：至少一台脱空检测仪和管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述管理设备无线连接；所述脱空检测仪包括中子源、至少一个中子探测器、光电倍增管、信号放大模块、幅度甄别模块、脉冲成形模块、中央处理器和通信模块，所述中子探测器与所述光电倍增管连接，所述光电倍增管与所述信号放大模块连接，所述信号放大模块与所述幅度甄别模块连接，所述幅度甄别模块与所述脉冲成形模块连接，所述脉冲成形模块与所述中央处理器连接，所述中央处理器与所述通信模块连接。

在本实用新型实施例所述的脱空检测系统中，所述管理设备为近端管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述近端管理设备通过所述通信模块连接，所述近端管理设备包括笔记本电脑或手机或平板。

进一步地，所述脱空检测系统还包括远端管理设备，所述近端管理设备与所述远端管理设备无线连接，所述远端管理设备包括高性能服务器或服务器集群。

在本实用新型实施例所述的脱空检测系统中，所述管理设备为远端管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述远端管理设备通过所述通信模块连接，所述远端管理设备包括高性能服务器或服务器集群。

在本实用新型实施例所述的脱空检测系统中，所述脱空检测仪还包括显示屏。

在本实用新型实施例所述的脱空检测系统中，所述脱空检测仪还包括报警模块，与所述中央处理器连接。

在本实用新型实施例所述的脱空检测系统中，所述脱空检测仪还包括存储模块，所述存储模块与所述中央处理器连接。

在本实用新型实施例所述的脱空检测系统中，所述脱空检测仪还包括定位模块，所述定位模块与所述中央处理器连接。

在本实用新型实施例所述的脱空检测系统中，所述脱空检测仪还包括外壳。

进一步地，所述脱空检测仪还包括电磁吸附模块，与所述外壳连接。

本实用新型实施例与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型提供了一种脱空检测系统，包括：至少一台脱空检测仪和管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述管理设备无线连接。通过脱空检测仪与管理设备无线连接，实现了在管理设备端对多台脱空检测仪传输的检测数据的分析和对多个脱空检测仪进行统一的管理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的脱空检测原理的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的脱空检测系统的组成示意图；

图3是本实用新型实施例提供的脱空检测仪的组成示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

为了帮助对本实用新型具体的技术方案的理解，实施例一首先对脱空检测的原理部分进行介绍，然后实施例二再对脱空检测系统进行具体的介绍。

中子是组成物质的微观粒子之一，可以与物质发生作用。具体地，中子与物质的相互作用，分为弹性散射、非弹性散射、核反应与核裂变。快中子动能可以达到10兆电子伏特，对原子量大的物质有十分强的穿透能力，但却能被原子量小的物质减速和慢化，从而形成热中子。具体地，混凝土由碎石骨料，粗砂，水泥和一定量的水拌合而成，这些水的大部分与水泥发生水化作用变成化合水，其余剩余的水以游离状态存在，因此混凝土是原子量小的物质，可以作为快中子的慢化剂。相对于混凝土，钢板是一种原子量较大的物质，因此，快中子很容易贯穿钢板，而与下面的混凝土相互作用，而被减速慢化形成热中子。

由于中子本身不带电，因此，普通的粒子探测器无法探测到中子的存在。中子探测器是一种专用于探测中子的装置，通过中子和原子核的相互作用产生带电粒子，从而中子探测器通过探测带电粒子来实现对中子的探测。在实际的探测过程中，如图1所示，缝隙宽度d越宽，快中子越容易到达距离中子源较远的地方，进一步的，由混凝土反射的热中子能够到达的位置就离中子源更远，同时，不同的钢板厚度对探测器探头的大小也有影响：钢板越厚，中子到达混凝土的距离长，在反射物质处形成的照射面积越大，中子探测器探测由较大的面积散射出来的中子，也就需要较大的探头；当钢板薄时，中子到达混凝土的距离短，在反射物质处形成的照射面积越小，所以用小探头。由此可知，通过采用的一定规格、一定数量的中子探测器和配套电路对探测到的中子进行计数，从而通过一定的函数关系便可得出缝隙宽度d的值，从而检测脱空距离。

实施例二

为了进一步的说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。图2是本实用新型实施例提供的脱空检测系统的组成框图，图3是本实用新型实施例提供的脱空检测仪的组成示意图，为了便于说明仅仅示出了与本实施例相关的部分。

参见图2和图3所示，本实用新型实施例提供的脱空检测系统100包括：至少一台脱空检测仪110和管理设备120，所述至少一台脱空检测仪110与所述管理设备120无线连接。所述脱空检测仪110包括中子源111、至少一个中子探测器112、光电倍增管113、信号放大模块114、幅度甄别模块115、脉冲成形模块116、中央处理器117和通信模块118，所述中子探测器112与所述光电倍增管113连接，所述光电倍增管113与所述信号放大模块114连接，所述信号放大模块114与所述幅度甄别模块115连接，所述幅度甄别模块115与所述脉冲成形模块116连接，所述脉冲成形模块116与所述中央处理器117连接，所述中央处理器117与所述通信模块118连接。

在本实用新型实施例中，中子源111用于向被测物质发射中子，中子探测器112用于探测被测物质反射的热中子并输出光信号，光电倍增管113、信号放大模114块、幅度甄别模块115、脉冲成形模块116、中央处理器117用于对中子探测器112输出的光信号进行一系列的处理，并通过通信模块118将处理后的信号发送至管理设备120进行脱空分析。具体如下：

光电倍增管113能够将微弱的光信号转换为电信号，同时相对于普通的光二极管，还可以实现对转换后的电信号的放大操作。具体地，光电倍增管113 将中子探测器112输出的电荷收集起来，并转换成电压信号，并对电信号进行初步放大。在中子探测器112输出的幅度很小的时候，光电倍增管113对信号做初步放大，以降低输出信号在传递过程中受噪声和外界干扰的影响。同时，光电倍增管113本身的噪声要很小，以保证放大中子探测器112输出的微弱电信号并能分辨出它们的微小差别。信号放大模块114用于再次放大光电倍增管113输出的电信号，可选的，信号放大模块114的放大倍数可调，以提供足够多的输出幅度。幅度甄别模块115用于甄别出放大后的电信号的幅度。

本实用新型提供了一种脱空检测系统，包括：至少一台脱空检测仪和一个管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述管理设备无线连接。通过脱空检测仪与管理设备无线连接，实现了在管理设备端对多个脱空检测仪传输的检测数据的分析和对多个脱空检测仪进行统一的管理。同时，由于还可以选择在脱空检测仪端通过中央处理器对检测的数据进行脱空分析，然后通过脱空检测仪与所述管理设备无线连接，管理设备端还可以对脱空检测仪的检测结果数据进行统一的管理。最后，由于本实用新型提供的脱空检测系统没有采用有线传输的方式进行数据的传输，也节约了布线成本，降低了由有线传输导致的数据丢失的可能性，在一定程度上提高了传输数据的完整性。

在本发明实施例中，所述管理设备120为近端管理设备，所述至少一台脱空检测仪110与所述近端管理设备通过所述通信模块118连接，所述近端管理设备可以包括但不限于笔记本电脑、手机和平板等移动终端。

其中，近端指代管理设备与脱空检测仪的距离为几十到几百米，使得近端管理设备与脱空检测仪能够通过通信模块118进行短距离的无线通信连接。由于管理设备120是距离脱空检测仪110较近的近端管理设备，可以使近端管理设备端的技术工作人员在得知脱空检测仪110出现问题时能够快速、及时的抵达现场进行统一协调处理，实现了就近对脱空检测仪110大规模检测作业的统一管理。

进一步的，在近端管理设备的基础上，所述脱空检测系统100还包括远端管理设备，所述近端管理设备与所述远端管理设备无线连接，所述远端管理设备可以包括但不限于高性能服务器或服务器集群。

在近端管理设备的基础上，脱空检测系统100还包括远端管理设备。远端管理设备与脱空检测仪110的距离比近端管理设备与脱空检测仪110的距离更远，可以为几千米甚至更远。通过设置远端管理设备，并将远端管理设备与多个近端管理设备连接，可以实现一个远端管理设备对多个近端管理设备的管理，可以将多个不同的近端管理设备接收到的脱空检测仪110发送的检测数据和经过近端管理设备分析的数据再次发送到远端管理设备进行存储，或者再次进行处理分析，从而加强了对不同地点的脱空检测仪的统一管理。可选的，远端管理设备与脱空检测仪110通过通信模块117进行连接，以此实现即使在近端管理设备出现故障无法工作的情况下，脱空检测仪110也能通过与远端管理设备直接连接的方式，将检测数据发送至远端管理设备进行存储和分析。

在本发明实施例中，所述管理设备120还可以为远端管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述远端管理设备通过所述通信模块连接，所述远端管理设备可以包括但不限于高性能服务器或服务器集群。

这一步也是对管理设备120的细化，具体地，管理设备120为远端管理设备。其中，远端指代管理设备与脱空检测仪110的距离为几千米甚至更远。通过设置远端管理设备，并将远端管理设备与多台脱空检测仪110连接，可以实现将多个脱空检测仪110的检测数据发送至远端管理设备进行存储和分析，实现了在更远的位置对脱空检测仪110的管理。由于可以在更远的位置对多个脱空检测仪110进行统一协调管理，从而可以将具体的检测数据的分析结果、异常情况给更高权限的技术管理人员查看，然后再将确定的脱空情况直接报送工程建设部门，或者将脱空检测仪异常情况直接报现场相应工作人员进行转达，如果现场的工作人员无法处理，再安排相应的高级别技术人员去现场进行处理。提高了脱空检测结果向工程建设部门反馈效率，可有效缩短工程建设质控施工时间，同时现场不需配置高级别技术人员也集约相关的费用。

在本实用新型实施例中，所述脱空检测仪110还包括外壳。

中子辐射会对人体造成一定的伤害，因此，脱空检测仪110必须要设置用于屏蔽中子辐射的外壳。因此，外壳的制作需要用到屏蔽材料，例如，涂硼聚乙烯或其他含氢量高的材料。同时，考虑到脱空检测仪110的重量和质量，应尽量采用轻质、耐磨合金的材料。

可选的，所述脱空检测仪110还包括电磁吸附模块，与所述外壳连接，用于通过电磁吸附的方式固定所述脱空检测仪110。

在进行脱空检测之前，需要将脱空检测仪110进行固定，单纯的通过人力固定可能对人造成伤害。例如，在利用脱空检测仪110进行某些墙面的脱空检测的时候，需要将脱空检测仪110固定在墙上，显然，如果只通过人力固定，那么脱空检测仪110很可能会滑落，从而砸到人身上，对人体造成一定的伤害。如果在脱空检测仪110的外壳上设置电磁吸附模块，那么可通过电磁吸附模块的吸附功能实现对脱空检测仪110的固定，降低了脱空检测仪110掉落砸到人和仪器损坏的可能性，实现更安全的固定操作。

可选的，所述脱空检测仪110还包括手柄，方便人对脱空检测仪的携带。

可选的，所述脱空检测仪100还包括显示屏，用于在脱空检测仪100端进行数据的显示，以便现场工作人员能够通过显示屏的显示，随时了解检测情况。

可选的，所述脱空检测仪110还包括报警模块，与所述中央处理器117连接。

在脱空检测仪110中加入可通过声光信息进行报警的报警模块或者通过屏幕显示的方式进行报警的报警模块，工程现场的施工人员和其他工作人员能够根据报警模块发出的声音和闪光及时得知脱空检测系统的故障信息、数据的异常信息等，从而及时的准备应对措施。

可选的，所述脱空检测仪110还包括存储模块，所述存储模块与所述中央处理器117连接。

由于需要定期对钢板混凝土是否发生脱空进行检测和分析，保证其结构符合安全标准，而在脱空检测仪110进行检测和分析的过程中会产生很多的数据，就算中央处理器117中内置有存储单元，也只能存储很少量的数据，并不能存储所有的数据，还需要定期的进行清理，以防存储空间不够；另一方面，就算中央处理器117中的存储单元能够存储所有的数据，如果把所有的数据都存储在中央处理器117中的存储单元内，显然会增加中央处理器的负担，从而降低程序的运行速度。因此，在脱空检测仪110中可以设置单独的存储模块，用于存储各种数据，以减少中央处理器117的负担，提高程序运行速度。

可选的，所述脱空检测仪110还包括定位模块，所述定位模块与所述中央处理器117连接。

在本实用新型实施例中，由于一个需要用到多个脱空检测仪100进行检测，甚至一个钢板混凝土就会用到多个脱空检测仪100进行检测，因此，当有多个脱空检测仪110进行脱空检测的时候，如果只向管理设备120发送检测数据，那么管理设备端120的工作人员在进行脱空分析之后，只能知道有钢板混凝土出现了脱空异常，而无法知道具体是哪个位置的脱空检测仪110检测的，从而无法及时的采取处理措施，并且，如果脱空检测仪110位置发生了变化，即使脱空检测仪110在检测到异常的时候向管理设备120返回了其仪器编号，由于脱空检测仪110的位置有了改变，管理设备120端的工作人员也无法知道到底是哪里的钢板混凝土出现了异常。因此，在脱空检测仪110中，可以加入定位模块进行定位，使得在某个钢板混凝土出现脱空现象的时候，能够将出现脱空的钢板混凝土的具体位置信息发送至管理设备120，以使管理设备120端的工作人员能够根据接收到的脱空检测仪的位置信息直接定位出现问题的钢板混凝土并及时采取处理措施。

在本实用新型实施例中，所述中央处理器117为嵌入式处理器。

嵌入式处理器是控制、辅助系统运行的硬件单元，一般分为四类：嵌入式微控制器(MicroController Unit，MCU)、嵌入式微处理器(MicroProcessor Unit， MPU)、嵌入式数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)和嵌入式片上系统(System On Chip，SOC)。

(1)MCU

MCU的片上外设资源比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。MCU 的典型代表是单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。MCU在芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、串行口和脉宽调制输出等各种必要功能部件和外设。为适应不同的应用需求，可对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制，使得一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都相同，不同的是存储器和外设的配置及功能的设置。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，从而减少整个系统的功耗和成本。和MPU相比，MCU的单片化使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高。

(2)MPU

MPU采用增强型通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而MPU在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微处理器高。和工业控制计算机相比，MPU组成的系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性相对较差。

(3)DSP

DSP是专门用于信号处理的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊的设计，具有很高的编译效率和指令执行速度，适用于实时地进行数字信号处理。同时，由于其在处理器结构和工作原理上采用乘法累加运算单元、多总线和多流水线作业，使得信号处理高效和灵活，并且功耗低，便于嵌入式应用。，价格也适中。

(4)SOC

SOC成功实现了软硬件的无缝结合，是追求产品系统最大包容的集成器件。而且SOC具有极高的综合性，可在一个硅片内部运用超高速集成电路灯硬件描述语言(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language， VHDL)，进而实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，然后再一点点地连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。因此，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简单，对于减小整个应用系统体积和功耗、提高可靠性都非常有利。

可选的，所述中子探测器112包括锂玻璃闪烁探测器或3He正比气体计数管或BF3正比气体计数管。

3He正比气体计数管具有较高的探测效率(探测效率可以达到80％)和灵敏度、良好的位置分辨能力辐射甄别能力，极短的响应时间且无毒。但是3He 正比气体计数管价格贵，且抗辐射能力差，应用范围受限。

BF3正比气体计数管的探测效率为3He正比气体计数管的30％～50％，且价格便宜，但是BF3燃耗大，且BF3是一种有毒有腐蚀性且可燃的气体，遇水容易发生爆炸性分解，因此，在用BF3正比气体计数管探测的时候需要注意安全。

锂玻璃闪烁体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测中子的，具有最高的探测效率，是目前应用最多、最广泛的电离辐射探测器之一。

在本发明实施例中，所述脱空检测仪110还包括电源模块，所述电源模块包括高压电源模块，所述高压电源模块与所述光电倍增管连接。

由于光电倍增管113只能用高压电源进行供电，而其他模块均是采用低压电源就能供电，因此，电源模块包括了高压电源模块与低压电源模块，用于分别给不同的模块供电。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脱空检测系统，其特征在于，包括：至少一台脱空检测仪和管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述管理设备无线连接；

所述脱空检测仪包括中子源、至少一个中子探测器、光电倍增管、信号放大模块、幅度甄别模块、脉冲成形模块、中央处理器和通信模块，所述中子探测器与所述光电倍增管连接，所述光电倍增管与所述信号放大模块连接，所述信号放大模块与所述幅度甄别模块连接，所述幅度甄别模块与所述脉冲成形模块连接，所述脉冲成形模块与所述中央处理器连接，所述中央处理器与所述通信模块连接。

2.如权利要求1所述的脱空检测系统，其特征在于，所述管理设备为近端管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述近端管理设备通过所述通信模块连接，所述近端管理设备包括笔记本电脑或手机或平板。

3.如权利要求2所述的脱空检测系统，其特征在于，还包括远端管理设备，所述近端管理设备与所述远端管理设备无线连接，所述远端管理设备包括高性能服务器或服务器集群。

4.如权利要求1所述的脱空检测系统，其特征在于，所述管理设备为远端管理设备，所述至少一台脱空检测仪与所述远端管理设备通过所述通信模块连接，所述远端管理设备包括高性能服务器或服务器集群。

5.如权利要求1所述的脱空检测系统，其特征在于，所述脱空检测仪还包括显示屏。

6.如权利要求1所述的脱空检测系统，其特征在于，所述脱空检测仪还包括报警模块，与所述中央处理器连接。

7.如权利要求1所述的脱空检测系统，其特征在于，所述脱空检测仪还包括存储模块，所述存储模块与所述中央处理器连接。

8.如权利要求1所述的脱空检测系统，其特征在于，所述脱空检测仪还包括定位模块，所述定位模块与所述中央处理器连接。

9.如权利要求1～8任一项所述的脱空检测系统，其特征在于，所述脱空检测仪还包括外壳。

10.如权利要求9所述的脱空检测系统，其特征在于，所述脱空检测仪还包括电磁吸附模块，与所述外壳连接。