一種混凝土表面微小裂縫的定位系統的製作方法
2023-05-27 00:04:41
專利名稱：一種混凝土表面微小裂縫的定位系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及混凝土構件表面裂縫的檢測定位儀器，尤其是涉及一種對於混凝土構件表面肉眼無法識別的微小裂縫的檢測定位裝置。
背景技術：
混凝土材料的開裂破壞是導致建築物結構破壞的根本原因之一，而混凝土裂縫的萌生和擴展一般發生在結構表面，體現為表面材料出現局部的不連續性。如果可以通過一些措施與技術，提前預測出混凝土開裂的位置，並及時採取相應的修補或防護措施對裂縫進行處理，將使得國民經濟和人民生命財產得到更有效的保障。目前對於混凝土結構裂縫檢測的手段非常有限，最常見的手段是超聲探測技術，該技術一般用來檢測肉眼已經分辨出的裂縫，利用超聲波的傳輸特性測量裂縫的深度和寬度來判斷裂縫的危害性。這種方法測量精度有限，難以識別小裂紋，更不能自動去識別裂縫存在的區域。當然，理論上是可以通過讀數顯微鏡去檢測肉眼無法識別的微小裂縫並量測其寬度，但是如果不知道裂縫產生的位置，這種方法使用起來是非常困難的。因為裂縫位置的不確定性，傳統的單點應變測量方法(如應變片，應變傳感器)是難以實現微小裂縫大範圍的測量定位。通過前期研究發現，存在表面裂縫和不存在表面裂縫的混凝土結構，在受到外部荷載(未達到破壞水平)作用時，其應變場會呈現出顯著區別 沒有裂縫的混凝土結構，其表面應變場是連續的，並且應變量水平不高；對於存在表面裂縫的混凝土結構，其裂縫所在的局部區域，會因為裂縫在外部荷載作用下的張開(或閉合)，而產生非常大的虛擬應變(即包含裂縫變形的局部應變)。因此，通過對應變場的測量可以實現對表面裂縫的檢測。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對傳統混凝土裂縫定位測量精度有限，難以識別小裂紋，不能大範圍測量，更不能自動去識別裂縫存在的區域等缺陷，提供一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，採用現代光測力學技術並結合相關計算機技術來實現微小裂縫大範圍的精確測量定位。本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案
一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，包括圖像採集裝置、計算機DSP系統、顯示器； 其中
所述圖像採集裝置用來採集混凝土樣品表面的實時應變圖像，依次將應變前、應變後的數字圖片信號輸出至計算機DSP系統；
計算機DSP系統對接收的應變前、應變後的數字圖片信號進行相關性分析，採用三次曲面擬合法計算出應變後圖像中的各子區域相對於應變前圖像的位移，然後採用局部最小二乘法計算得到應變場，獲得帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號；
顯示器包括一數模轉換器，通過數模轉換器將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號轉換成模擬圖像信號，並實時顯示出裂縫所在的準確位置。進一步的，本發明的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，還包括與計算機DSP 系統相連接的外圍電路，所述外圍電路包括復位電路、時鐘電路、存儲電路、按鍵電路以及電源轉換電路；其中
所述復位電路用於提供復位信號；
所述時鐘電路用於控制圖像採集裝置採集圖像的時間間隔；
所述存儲電路由SDRAM以及FLASH ROM快閃記憶體組成，SDRAM用於存儲圖像數據，FLASH ROM 快閃記憶體用於存放系統程序；
所述按鍵電路用於向計算機DSP系統輸入控制命令及設置時鐘電路的參數； 所述電源轉換電路用於將輸入電壓轉換為工作電壓。進一步的，本發明的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，所述圖像採集裝置包括支撐架、CCD相機，通過調節支撐架的高度和角度確定CCD相機的圖像採集範圍。進一步的，本發明的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，還包括補充光源，所述補充光源採用現場照明裝置。
本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果 首先，與傳統超聲波探測技術只能檢測定位肉眼可識別裂縫的裝置相比，本發明可以檢測定位肉眼無法識別的微小裂縫。其次，與傳統技術逐條檢測相比，本發明可以通過一次測量，就可以識別出三維最大尺寸為10米範圍的樣品表面所有寬度大於10微米的小裂縫。最後，與傳統技術相比，本發明具有與樣品非接觸、對樣品無損傷等優點。
圖1為本發明的工作原理圖。圖2為本發明的DSP系統與外圍電路連接的示意圖。圖3是本發明的定位系統的工作流程圖。圖中標號解釋1一CXD相機，2—支撐架，3—補充光源，4一計算機DSP系統，5—顯示器，6—外圍電路，7—圖像採集範圍，8—復位電路，9一時鐘電路，10—存儲電路，11 一按鍵電路，12—電源轉換電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明
如圖ι所示，一種混凝土表面微小裂縫的檢測定位系統，它包括CCD相機1、支撐架2、 補充光源3、DSP系統4、顯示器5以及外圍電路6。支撐架2用來放置CXD相機1，通過調節支撐架2的高度和角度確定CXD相機的圖像採集範圍7。CCD相機1用來採集帶有散斑(隨機密布的微小標記點)的混凝土表面的實時應變圖像，輸出數字圖片信號。若待測混凝土樣品表面近似平面，所述圖像採集系統為一臺解析度大於500萬像素的CCD相機；若待測混凝土樣品表面不為近似平面，圖像採集系統為兩臺解析度大於500萬像素的CCD相機，將兩臺CCD相機採集的圖像通過視覺圖像算法獲得三維曲面圖像，然後輸入計算機DSP系統。補充光源3打到混凝土構件上，使得攝像頭採集的圖像效果達到最優。計算機DSP系統4獲得攝像機輸出的應變前、後混凝土樣品表面的數字圖像信號， 對數字圖片進行處理，通過將應變後與應變前的數字圖像相關匹配來分析混凝土樣品表面變形前後的圖像，通過變形前後的相關性分析得到變形場，再在此基礎上通過局部最小二乘法計算得到應變場，通過對應變場的處理分析，進而確定微小裂縫所在的位置，然後將帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號傳給顯示器5，具體處理過程在下文中具體舉例說明。顯示器5將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號，通過數模轉換器得到模擬圖像信號，並在在顯示器5上實時顯示裂縫所在的準確位置。 外圍電路6對整個裝置起到控制作用，並配合DSP系統4完成數據的採集和處理。如圖2所示，外圍電路6包括復位電路8、時鐘電路9、存儲電路10、按鍵電路11 以及電源轉換電路12。復位電路8提供復位信號，當按下復位按鍵時整個定位裝置進行初始化；時鐘電路9用於控制裝置圖像採集的時間間隔；存儲器電路10由SDRAM以及FLASH ROM快閃記憶體組成，SDRAM用於存儲圖像數據，FLASH ROM快閃記憶體用於存放系統程序，其數據的讀入和寫出受 DSP系統控制；按鍵電路11用於接收人為命令，使儀器強制執行相應的人為命令；電源轉換電路12用於將輸入電壓轉換為工作電壓。在使用時，先接通所有電路，通過控制按鍵電路11啟動電源轉換電路12獲取工作電壓，並載入存儲器電路10內FLASH ROM快閃記憶體存放的系統程序，整個系統進行開機初始化， 若操作過程中啟動了復位電路8並按下復位按鍵時整個定位裝置進行操作中的初始化過程。時鐘電路9根據按鍵電路11設定的裝置圖像採集的時間間隔向DSP系統4定時發送指令，DSP系統4接收到命令後通過攝像頭1獲取數字圖像信號，並進行分析處理，最終輸出顯示器5帶有裂縫位置的數字圖像信號，顯示器5對帶有裂縫位置的數字圖像信號進行數模轉換，最終在顯示器上呈現。計算機DSP系統的工作原理
本發明的計算機DSP系統的主要原理是根據對於存在表面裂縫的混凝土結構，其裂縫所在的局部區域，會因為裂縫在外部荷載作用下的張開(或閉合)，而產生非常大的虛擬應變，即應變場的奇異性來定位裂縫所在位置。如圖3所示，具體實施步驟舉例如下
步驟A 對待測混凝土樣品進行表面處理，去除非結構附著物，使得待測混凝土樣品的表面簡單平整；
步驟B 當測試現場光線不足時，在測試現場布置現場照明裝置； 步驟C 通過圖像採集裝置採集待測混凝土樣品表面參考圖像； 步驟D 採用加載裝置對待測混凝土樣品施加平行於其表面的、不小於混凝土材料破壞強度10%的載荷，並且保持到步驟E完成；
步驟E 通過圖像採集裝置採集施加載荷後的混凝土樣品表面目標圖像； 步驟F 對步驟C採集到的混凝土樣品表面參考圖像、步驟E採集到的混凝土樣品目標圖像發送到計算機DSP系統進行相關性分析，獲得目標圖像中的各子區域相對於參考圖像的位移；步驟G 根據步驟F得到的目標圖像中各子區域的相對位移，用局部最小二乘方法分別計算出目標圖像中各子區域的局部應變值，局部應變值超過800-1200微應變的區域，即為微小裂縫的位置。 步驟F中所述的相關性分析方法是基於數字圖像相關技術，通過對兩幅數字圖像進行相關匹配。匹配原理是通過以下公式分別計算目標圖像中某個子區域與參考圖像中所有子區域的相關係數
權利要求
1.一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，其特徵在於包括圖像採集裝置、計算機DSP 系統、顯示器；其中所述圖像採集裝置用來採集混凝土樣品表面的實時應變圖像，依次將應變前、應變後的數字圖片信號輸出至計算機DSP系統；計算機DSP系統對接收的應變前、應變後的數字圖片信號進行相關性分析，採用三次曲面擬合法計算出應變後圖像中的各子區域相對於應變前圖像的位移，然後採用局部最小二乘法計算得到應變場，獲得帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號；顯示器包括一數模轉換器，通過數模轉換器將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號轉換成模擬圖像信號，並實時顯示出裂縫所在的準確位置。
2.根據權利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，其特徵在於還包括與計算機DSP系統相連接的外圍電路，所述外圍電路包括復位電路、時鐘電路、存儲電路、 按鍵電路以及電源轉換電路；其中所述復位電路用於提供復位信號；所述時鐘電路用於控制圖像採集裝置採集圖像的時間間隔；所述存儲電路由SDRAM以及FLASH ROM快閃記憶體組成，SDRAM用於存儲圖像數據，FLASH ROM 快閃記憶體用於存放系統程序；所述按鍵電路用於向計算機DSP系統輸入控制命令及設置時鐘電路的參數；所述電源轉換電路用於將輸入電壓轉換為工作電壓。
3.根據權利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，其特徵在於所述圖像採集裝置包括支撐架、CCD相機，通過調節支撐架的高度和角度確定CCD相機的圖像採集範圍。
4.根據權利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，其特徵在於還包括補充光源，所述補充光源採用現場照明裝置。
全文摘要
本發明公開了一種混凝土表面微小裂縫的定位系統，包括圖像採集裝置、計算機DSP系統、顯示器；其中圖像採集裝置用來採集混凝土樣品表面的實時應變圖像，依次將應變前、應變後的數字圖片信號輸出至計算機DSP系統；計算機DSP系統對接收的應變前、應變後的數字圖片信號進行相關性分析，計算出應變後圖像中的各像素點相對於應變前圖像的位移，獲得帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號；顯示器包括一數模轉換器，通過數模轉換器將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數字圖像信號轉換成模擬圖像信號，並實時顯示出裂縫所在的準確位置。本發明可識別出混凝土表面的微小裂縫，並且與樣品非接觸、對樣品無損傷，具有精度高、操作簡單、高效率等優點。
文檔編號G01N21/88GK102359966SQ20111021449
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者喬丕忠, 王克峰, 薛榮軍, 雷冬 申請人:河海大學