橋梁混凝土結構缺陷無損檢測系統及其檢測方法與流程
2024-03-31 05:22:05
本發明涉及橋梁結構無損檢測技術領域，特別涉及一種橋梁混凝土結構缺陷無損檢測系統及其檢測方法。
背景技術：
公路橋梁在建設及服役期，由於施工原因或服役過程中受超載、溫度劇變等可能產生內部空洞、裂縫等缺陷，使結構的承載能力或耐久性受到影響；若得不到及時的檢測和維修加固，將會影響橋梁的運營安全，因此，對橋梁混凝土隱蔽性缺陷進行必要的檢測，顯得十分必要，也有其現實意義。
紅外熱成像技術，是利用各種探測器來接收物體發出的紅外輻射，再進行光電信息處理，最後以數字、信號、圖像等方式顯示出來，並加以利用的探知、觀察和研究各種物體的一門綜合性技術。它涉及光學系統設計、器件物理、材料製備、微機械加工、信號處理與顯示、封裝與組裝等一系列專門技術。該技術可廣泛應用於工業、農業、醫療、消防、考古、交通、地質領域。
紅外無損檢測是測量通過物體的熱量和熱流來鑑定該物體質量的一種方法，當物體內部存在裂縫和缺陷時，它將改變物體的熱傳導，使物體表面溫度分布產生差別，利用紅外成像儀測量它的不同熱輻射，可以確定物體的缺陷位置，以達到檢測缺陷的目的。利用紅外熱成像法，可以靈敏地探測到導熱係數小，表面熱輻射率大的混凝土材料的紅外輻射。當混凝土結構存在某種缺陷時，由於缺陷類型形態及分布不同造成材料導熱係數、質量熱容性能的局部變化而影響紅外輻射量，直接導致表面溫度發生變化，使熱像圖上出現溫差等異樣。當有缺陷的混凝土受到太陽輻射時，有缺陷的混凝土結構由於缺陷的存在，大量的空氣混入，與密實部位相比，熱流傳入受到阻礙，造成表層溫度升高而在紅外熱像上出現「熱斑」，其範圍和程度反映了該部位的受害程度及範圍。這種檢測方式存在諸多不足：其一，太陽輻射造成的橋梁混凝土結構升溫不夠明顯，有缺陷的區域和無缺陷的區域的紅外熱像差異極小，就是採用精度非常高的儀器也未必能檢測出來，而且高精度的儀器價格非常昂貴，也造成檢測成本的大幅增加；其二，由於有缺陷的區域和無缺陷的區域的紅外熱像差異極小，導致檢測結果不夠精確，甚至誤判，不能很好的反應出橋梁的缺陷；其三，該檢測方法必須在環境溫度變化快的時候進行，檢測時間受限，不能隨時對橋梁進行檢測。因此，即使使用精度高的紅外熱像儀器，也難於運用在檢測工作中。
技術實現要素：
本發明的首要目的在於提供一種精度高、成本低的橋梁混凝土結構缺陷無損檢測系統。
為實現以上目的，本發明採用的技術方案為：一種橋梁混凝土結構缺陷無損檢測系統，包括加熱單元、攝像單元和圖像處理單元，所述的加熱單元用於對待檢測橋梁混凝土結構部分進行快速加熱，攝像單元用於獲取加熱後的橋梁混凝土結構表面紅外圖像譜，圖像處理單元用於接收攝像單元獲取的紅外圖像譜並進行分析處理後得到橋梁缺陷信息。
與現有技術相比，本發明存在以下技術效果：當待檢測橋梁混凝土結構內部存在缺陷時，攝像單元獲取到的紅外圖像譜的溫度存在差異，在自然環境溫度變化狀態下這個差異小，通過設置加熱單元，對待檢橋梁結構進行快速加熱，形成較大溫差，可使用低精度的攝像單元就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測的準確性，另一方面因無需使用高精度的攝像單元，大大降低了成本。
本發明的另一個目的在於提供一種精度高、成本低的橋梁混凝土結構缺陷無損檢測方法。
為實現以上目的，本發明採用的技術方案為：一種橋梁混凝土結構缺陷無損檢測方法，包括如下步驟：(A)加熱單元對待檢測橋梁混凝土結構進行加熱，加熱至設定溫度或時間後停止加熱；(B)攝像單元獲取加熱後的的橋梁混凝土結構紅外圖像譜並輸出至圖像處理單元；(C)圖像處理單元對紅外圖像譜進行分析處理後得到橋梁缺陷信息。
與現有技術相比，本發明存在以下技術效果：當待檢測橋梁混凝土結構內部存在缺陷時，攝像單元獲取到的紅外圖像譜的溫度存在差異，在自然環境溫度變化狀態下這個差異小，通過設置加熱單元，對待檢橋梁結構進行快速加熱，形成較大溫差，可使用低精度的攝像單元就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測的準確性，另一方面因無需使用高精度的攝像單元，大大降低了成本。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合圖1，對本發明做進一步詳細敘述。
參閱圖1，一種橋梁混凝土結構缺陷無損檢測系統，包括加熱單元10、攝像單元20和圖像處理單元30，所述的加熱單元10用於對待檢測橋梁混凝土結構部分進行快速加熱，攝像單元20用於獲取加熱後的橋梁混凝土結構表面紅外圖像譜，圖像處理單元30用於接收攝像單元20獲取的紅外圖像譜並進行分析處理後得到橋梁缺陷信息。當待檢測橋梁混凝土結構內部存在缺陷時，攝像單元20獲取到的紅外圖像譜的溫度存在有差異，在自然環境溫度變化狀態下這個差異小，通過設置加熱單元10，對待檢橋梁結構進行快速加熱，形成較大溫差，可使用低精度的攝像單元20就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測的準確性，另一方面因無需使用高精度的攝像單元20，大大降低了成本。
加熱單元10的結構有很多種，可以採用電加熱等各種加熱方式，本實施例中採用一種較為方便且效果良好的加熱方式，那就是壓力蒸汽進行加熱。優選地，所述的加熱單元10包括蒸汽機12、蒸汽加壓泵13和儲氣罐14，水源40通過第一閥門11與蒸汽機12相連，第一閥門11和水源40的設置，方便向蒸汽機12中加水，水經過加熱單元10加熱氣化及加壓後轉變為壓力蒸汽，通過管道噴射到待檢測橋梁混凝土結構的表層對橋梁進行加熱。通過高溫壓力蒸汽對橋梁結構進行加熱有諸多好處：其一，在澆灌過程中，壓力蒸汽一直處在橋梁結構的表層，對橋梁進行持續加熱；其二，由於這裡採用的是壓力蒸汽進行加熱，這樣不論橋梁的結構是怎樣的，都能夠適用，而採用電加熱板的方式則不行；其三，壓力蒸汽的溫度比較高，加熱效果好；其四，熱蒸汽能夠形成一層隔熱層，避免加熱過程中熱量揮發，提高加熱效果。
優選地，為了方便監控加熱效果，所述的待檢測橋梁混凝土結構上設置有溫度傳感器50用於採集加熱時橋梁的溫度，溫度傳感器50採集到的溫度超過設定閾值時加熱單元10停止加熱且攝像單元20開始工作採集紅外圖像譜。設置溫度傳感器50之後，可以方便的獲取到加熱後的橋梁結構溫度，也就能在合適的時候停止加熱，進行下一步處理。當然，也可以不設置溫度傳感器50，加熱一定時間後停止加熱也是可以的，但是這樣的精度會小於設置溫度傳感器50的方案。
具體地，攝像單元20和圖像處理單元30可以通過很多電路或元器件來實現，本實施例中，所述的攝像單元20為紅外熱像儀，圖像處理單元30為計算機或工控機，紅外熱像儀採集到的紅外圖像譜輸出至計算機或工控機上，計算機或工控機對接收到的紅外圖像譜進行分析、處理得到橋梁缺陷信息。
本發明還公開了一種如前所述的橋梁混凝土結構缺陷無損檢測系統的檢測方法，包括如下步驟：(A)加熱單元10對待檢測橋梁混凝土結構進行加熱，加熱至設定溫度或時間後停止加熱；(B)攝像單元20獲取加熱後的橋梁混凝土結構紅外圖像譜並輸出至圖像處理單元30；(C)圖像處理單元30對紅外圖像譜進行分析處理後得到橋梁缺陷信息。同樣地，該步驟中，通過設置加熱單元10，對待檢測橋梁混凝土結構進行加熱，提高這種差異，再使用低精度的攝像單元20就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測精度，另一方面無需使用高精度的攝像單元20，降低了成本。
優選地，所述的步驟A中，所述的加熱單元10包括蒸汽機12、蒸汽加壓泵13和儲氣罐14，水源40通過第一閥門11與蒸汽機12相連，水經過加熱單元10加熱氣化及加壓後轉變為壓力蒸汽，通過管道噴射到待檢測橋梁混凝土結構的表層對橋梁進行加熱。這樣設置加熱單元10的好處，前面已經詳細敘述過，這裡就不再贅述。
優選地，所述的步驟B中，攝像單元20為紅外熱像儀，步驟C中，圖像處理單元30為計算機或工控機；計算機或工控機通過如下步驟對紅外圖像譜進行分析處理：(C1)操作人員向圖像處理單元30中輸入待檢測橋梁混凝土結構的基本參數，圖像處理單元30根據基本參數建立無缺陷的標準模型；(C2)操作人員將步驟A中的加熱位置、加熱溫度或時間輸入至圖像處理單元30中，圖像處理單元30根據接收到的信息將標準模型模擬加熱後獲得標準紅外圖像譜；(C3)圖像處理單元30將攝像單元20輸出的待檢測測橋梁混凝土結構的實際紅外圖像譜與步驟C2中的標準紅外圖像譜進行色彩比對；(C4)將紅外圖像譜上各位置的色彩差異對應到橋梁結構上，色彩差異越大，表示該位置處橋梁結構的缺陷越大，色彩差異小於設定閾值，表示該位置處橋梁結構無缺陷。由於在實施加熱時，噴頭16可能通過其他支架固定在橋梁結構的某一位置處，這樣，噴頭16所在位置與其他位置之間也存在一定的溫差，這會影響到最終的檢測結果精度，為了消除這個影響因素，這裡在圖像處理單元30中建立標準的無缺陷模型，然後根據加熱位置、加熱溫度或時間套入到該標準模型中，計算獲得標準紅外圖像譜，最後將採集到的紅外圖像譜與標準紅外圖像譜對比，這樣檢測結果的精度就有了保障，不會因為加熱源位置、或加熱溫度的不同導致檢測結果的不同。