CN112212124A - 一种管道管壁强度检测方法及检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种管道管壁强度检测方法及检测机器人，所述方法包括：当检测机器人行驶到管道内的待检测管道段时，通过抬升机构将弹性波发生器和弹性波接收器抬升以贴合于待检测管道段的管壁；根据弹性发生器发射弹性博得时间和弹性将诶受气接收弹性波的时间以及两者之间的距离，计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度；根据弹性波的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度。本发明实施例利用弹性波在管道管壁内的传播速度，准确推算管壁混凝土强度，能直观反映管道内壁的强度状态，从而有效检测出下水管道的混凝土内侧的破损，腐蚀，老化等信息，为管道修复和保养提供有效的科学依据。

Description

一种管道管壁强度检测方法及检测机器人

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种管道管壁强度检测方法及检测机器人。

背景技术

城市下水管道一般都采用钢筋混凝土浇筑而成，由于长时间经过水流冲刷和浸泡，往往会存在一定的破损、腐蚀等现象，管道的管壁强度下降。

基于此，需要对管道管壁的强度进行检测，在现有的管道状态检测过程中，采用的手段是通过CCTV检测设备，进入待检测管道中，通过拍摄的管道内的图像，获得管道内壁状态。其中，根据管道内的图像获得管道内壁状态时往往依靠于目视结果来对管道内壁强度进行判断，评估结果往往依靠个人经验进行判断，对管道内壁强度的判断没有足够的科学依据。

另一方面，现有技术中采用雷达或者声呐设备来对管道的管壁进行扫描，获得管壁表面的结构数据，然而，管壁表面的结构数据不能代表管道整体混凝土的强度数据，因此现有技术中还无法准确对下水管道的混凝土强度进行有效的检测。

发明内容

本发明实施例提供一种管道管壁强度检测方法及检测机器人，用以解决现有技术中采用cctv摄像头，雷达，声呐等方法对下水管道进行检测，只能对管道管壁表面进行检测，无法了解混凝土内部的腐蚀，破损状况的缺陷，实现准确检测管道管壁混凝土强度的目的。

本发明实施例提供一种管道管壁强度检测方法，包括：

当检测机器人行驶到管道内的待检测管道段时，通过检测机器人上的抬升机构将弹性波发生器和弹性波接收器抬升以贴合于待检测管道段的管壁；

根据弹性波发生器向管壁内发射弹性波的发射时间、弹性波接收器接收弹性波回波的接收时间以及弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离，计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度；

根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例还可以作出如下改进。

可选的，通过如下公式计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度：

V＝L/(T₂-T₁)；

其中，V为弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度，L为弹性波发生器与弹性波接收器之间的距离，T2为弹性波接收器接收弹性波回波的时间，T1为弹性波发生器发射弹性波的时间。

可选的，所述弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离为100-600mm。

可选的，测定弹性波发生器的响应时延Δt，根据响应时间Δt对所述弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度进行调整，调整后的公式为：

V＝L/(T₂-T₁-Δt)。

可选的，所述弹性波接收器包括第一弹性波子接收器和第二弹性波子接收器，还包括：

记录第一弹性波子接收器接收弹性波回波的时间t1，以及第二弹性波子接收器接收弹性波回波的时间t2；

通过如下公式计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度：

V＝L'/(|t₁-t₂|)；

其中，L'为第一弹性波子接收器与第二弹性波子接收器之间的距离。

可选的，所述弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系为通过标准曲线法或修正系数法或水泥净浆波速换算法或水泥砂浆波速换算法确定而来。

可选的，所述根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度之后还包括：

对管道内的每一管道段的管壁混凝土强度进行检测，将管道内的所有管道段的混凝土强度进行整合，得到管道内管壁混凝土强度。

可选的，采用超声波发生器替换弹性波发生器，采用超声波接收器替换弹性波接收器。

本发明实施例还提供了一种检测机器人，用于检测管道管壁强度，包括弹性波发生器、弹性波接收器、抬升机构和处理器；

所述抬升机构，用于当检测机器人行驶到管道内的待检测管道段时，将弹性波发生器和弹性波接收器抬升以贴合于待检测管道段的管壁；

所述弹性波发生器，用于向管壁内发射弹性波；

所述弹性波接收器，用于接收弹性波经过管壁反射的弹性波回波；

所述处理器，根据弹性波发生器发射弹性波的时间、弹性波接收器接收弹性波回波的接收时间以及弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离，计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度；以及根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度。

可选的，所述处理器还用于：

对管道内的每一管道段的管壁混凝土强度进行检测，将管道内的所有管道段的混凝土强度进行整合，得到管道内管壁混凝土强度。

本发明实施例提供的管道管壁强度检测方法及检测机器人，通过弹性波发生器向管壁内发射弹性波，弹性接收器接收管壁反射的弹性波回波，并分别记录弹性波发生器发射弹性波的时间和弹性波接收器接收弹性波回波的时间，根据弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离以及两个时间的差值，计算弹性波在管壁内的传播速度，进而推算出管壁混凝土的强度，相比现有技术中采用cctv摄像头，雷达，声呐等方法对下水管道进行检测，只能对管道管壁表面进行检测，无法了解混凝土内部的腐蚀，破损状况，本发明实施例采用弹性波来检测下水管道混凝土内壁的强度，能直观反映管道内壁的强度状态，从而有效检测出下水管道的混凝土内侧的破损，腐蚀，老化等信息，为管道修复和保养提供有效的科学依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种管道管壁强度检测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种检测机器人的结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，提供了本发明实施例的一种管道管壁强度检测方法，检测方法包括：当检测机器人行驶到管道内的待检测管道段时，通过检测机器人上的抬升机构将弹性波发生器和弹性波接收器抬升以贴合于待检测管道段的管壁；根据弹性波发生器向管壁内发射弹性波的发射时间、弹性波接收器接收弹性波回波的接收时间以及弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离，计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度；根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度。

可以理解的是，基于现有技术中采用拍摄管道内壁的图像或采用雷达、声呐方法，都只能探测管道内壁的表面，无法对管道内壁混凝土的整体强度进行有效评估。

基于此，本发明实施例设计了一套检测机器人，检测机器人上安装有抬升机构，其中，抬升机构可以实现对弹性波发生器和弹性波接收器的升降。在对管道管壁的强度进行检测时，检测机器人行驶到管道内的待检测管道段，并通过抬升机构将弹性波发生器和弹性波接收器进行抬升以贴合于管道管壁。弹性波发生器向管壁内发射弹性波，弹性波接收器接收弹性波回波。根据弹性波发生器向管壁内发射弹性波的时间和弹性波接收器接收弹性波回波的时间以及弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离，可计算出弹性波在管壁内的传播速度，根据弹性波在管壁内的传播速度，可推算出管壁混凝土的强度。

本发明实施例相比现有技术中采用cctv摄像头，雷达，声呐等方法对下水管道进行检测，只能对管道管壁表面进行检测，无法了解混凝土内部的腐蚀，破损状况，采用弹性波来检测下水管道混凝土内壁的强度，能直观反映管道内壁的强度状态，从而有效检测出下水管道的混凝土内侧的破损，腐蚀，老化等信息，为管道修复和保养提供有效的科学依据。

作为一种可能的实施方式，通过如下公式计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度：

V＝L/(T₂-T₁)； (1)

其中，V为弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度，L为弹性波发生器与弹性波接收器之间的距离，T₂为弹性波接收器接收弹性波回波的时间，T₁为弹性波发生器发射弹性波的时间。

可以理解的是，弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离L除以弹性波接收器接收弹性波回波的时间和弹性波发生器发射弹性波的时间差即得到弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度。依据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁混凝土的强度之间的映射关系，基于弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度即可得到管道管壁混凝土的强度。其中，弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离通常选定为100-600mmm。

作为可能的实施方式，弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系为通过标准曲线法或修正系数法或水泥净浆波速换算法或水泥砂浆波速换算法确定而来。

其中，标准曲线法即在实验室里制作一定数量的混凝土立方体试块，基于立方体试块在未破损情况下和破损情况下分别采用弹性波进行测定，然后根据上述实验值建立混凝土强度和弹性波传播速度的关系曲线。作为混凝土强度检测时的参考依据。

其中，修正系数法实际上是校准曲线法的一种发展，首先选定某种工程上常用的混凝土作为基准，称标准混凝土，然后用实测的方法求出标准混凝土的抗压强度R与波速C的校准曲线，并用数理统计方法求出该曲线的回归方程。在后续对不同种类的混凝土的强度进行检测时，根据待测的混凝土的具体技术条件如原料，配比，期龄等与标准混凝土的这些具体技术条件有差异时，则乘以一定的系数予以修正。

水泥净浆波速换算法中，将混凝土中硬化水泥净浆的波速，从混凝土总波速中通过换算离析出来，建立换算的硬化水泥净浆波速与混凝土强度的关系，则可消除骨料品种、含量等因素影响，从而只要建立少数几种不同水泥品种的“硬化水泥净浆波速-混凝土强度”关系曲线或者公式，就能适应各种不同配合比的混凝土的需求。这种消除配比因素影响的方法，即所谓水泥净浆波速换算法。

水泥砂浆波速换算法与水泥净浆波速换算法相近，都是用换算法来排除骨料的影响。主要区别是水泥砂浆波速换算法吧混凝土视为水泥砂浆和粗骨料符合而成的两相复合体系。

作为一种可能的实施方式，在实施过程中，由于弹性波的发射时间和接收时间需要高度的精准，因此在测量强度之前，需要测定弹性波发生器的响应延时Δt，并根据响应延时Δt对弹性波发生器发射弹性波和弹性波接收器接收弹性波回波的时间差进行调整，调整后的时间差为(T₂-T₁-Δt)。那么上述公式(1)可调整为下述的公式(2)：

V＝L/(T₂-T₁-Δt)。 (2)

作为一种可能的实施方式，由于每台弹性波发生器的电路调试都会有稍许区别，因此对每台弹性波发生器都进行相应延时测定会导致工作量增加。为了免除对弹性波发生器的响应延时进行测定，采用两个弹性波接收器接收弹性波发生器发射弹性波后的回波，并来记录两个弹性波接收器分别接收到弹性波回波的时间，可以去除设备响应延时带来的误差。

具体的，弹性波接收器包括第一弹性波子接收器和第二弹性波子接收器，记录第一弹性波子接收器接收弹性波回波的时间t1，以及第二弹性波子接收器接收弹性波回波的时间t2。

那么可通过如下公式计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度：

V＝L'/(|t₁-t₂|)； (3)

其中，L'为第一弹性波子接收器与第二弹性波子接收器之间的距离。

作为一种可能的实施方式，当对管道内当前的待检测管道段的管壁强度进行检测后，检测机器人行驶到下一个待检测管道段，对下一个待检测管道段的管壁强度进行检测，然后将管道内的所有管道段的混凝土强度进行整合，得到管道内管壁混凝土强度。

其中，作为一种可能的实施方式，采用弹性波进行测定的方法，也可以将弹性波发生器替换为超声波发生器，通过测定超声波在混凝土中的传播速度，进而获得管道内壁混凝土的强度值，相应的，弹性波接收器替换成超声波接收器即可。

参见图2，提供了一种检测机器人，用于对管道内的管壁强度进行检测，其中，检测机器人包括弹性波发生器2、弹性波接收器3、抬升机构1和处理器4。

其中，抬升机构1，用于当检测机器人行驶到管道内的待检测管道段时，将弹性波发生器2和弹性波接收器3抬升以贴合于待检测管道段的管壁，其中，弹性波发生器2和弹性波接收器3均安装于台升结构1上；弹性波发生器2，用于向管壁内发射弹性波；弹性波接收器3，用于接收弹性波经过管壁反射的弹性波回波；处理器4，根据弹性波发生器2发射弹性波的时间、弹性波接收器3接收弹性波回波的接收时间以及弹性波发生器2和弹性波接收器3之间的距离，计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度；以及根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度。

可以理解的是，本发明实施例设计了一套检测机器人，检测机器人上安装有抬升机构1，其中，抬升机构1可以实现对弹性波发生器2和弹性波接收器3的升降。在对管道管壁的强度进行检测时，检测机器人行驶到管道内的待检测管道段，并通过抬升机构1将弹性波发生器2和弹性波接收器3进行抬升以贴合于管道管壁。弹性波发生器2向管壁内发射弹性波，弹性波接收器3接收弹性波回波。根据弹性波发生器2向管壁内发射弹性波的时间和弹性波接收器3接收弹性波回波的时间以及弹性波发生器2和弹性波接收器3之间的距离，可计算出弹性波在管壁内的传播速度，根据弹性波在管壁内的传播速度，可推算出管壁混凝土的强度。

本发明实施例相比现有技术中采用cctv摄像头，雷达，声呐等方法对下水管道进行检测，只能对管道管壁表面进行检测，无法了解混凝土内部的腐蚀，破损状况，采用弹性波来检测下水管道混凝土内壁的强度，能直观反映管道内壁的强度状态，从而有效检测出下水管道的混凝土内侧的破损，腐蚀，老化等信息，为管道修复和保养提供有效的科学依据。

作为一种可能的实施方式，处理器还用于对管道内的每一管道段的管壁混凝土强度进行检测，将管道内的所有管道段的混凝土强度进行整合，得到管道内管壁混凝土强度。

可以理解的是，当对管道内当前的待检测管道段的管壁强度进行检测后，检测机器人行驶到下一个待检测管道段，对下一个待检测管道段的管壁强度进行检测，然后将管道内的所有管道段的混凝土强度进行整合，得到管道内管壁混凝土强度。

本发明实施例提供一种管道管壁强度检测方法及检测机器人，通过弹性波发生器向管壁内发射弹性波，弹性接收器接收管壁反射的弹性波回波，并分别记录弹性波发生器发射弹性波的时间和弹性波接收器接收弹性波回波的时间，根据弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离以及两个时间的差值，计算弹性波在管壁内的传播速度，进而推算出管壁混凝土的强度，相比现有技术中采用cctv摄像头，雷达，声呐等方法对下水管道进行检测，只能对管道管壁表面进行检测，无法了解混凝土内部的腐蚀，破损状况，本发明实施例采用弹性波来检测下水管道混凝土内壁的强度，能直观反映管道内壁的强度状态，从而有效检测出下水管道的混凝土内侧的破损，腐蚀，老化等信息，为管道修复和保养提供有效的科学依据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种管道管壁强度检测方法，其特征在于，包括：

当检测机器人行驶到管道内的待检测管道段时，通过检测机器人上的抬升机构将弹性波发生器和弹性波接收器抬升以贴合于待检测管道段的管壁；

根据弹性波发生器向管壁内发射弹性波的发射时间、弹性波接收器接收弹性波回波的接收时间以及弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离，计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度；

根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度。

2.根据权利要求1所述的管道管壁强度检测方法，其特征在于，通过如下公式计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度：

V＝L/(T₂-T₁)；

其中，V为弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度，L为弹性波发生器与弹性波接收器之间的距离，T2为弹性波接收器接收弹性波回波的时间，T1为弹性波发生器发射弹性波的时间。

3.根据权利要求1所述的管道管壁强度检测方法，其特征在于，所述弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离为100-600mm。

4.根据权利要求2所述的管道管壁强度检测方法，其特征在于，还包括：

测定弹性波发生器的响应时延Δt，根据响应时间Δt对所述弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度进行调整，调整后的公式为：

V＝L/(T₂-T₁-Δt)。

5.根据权利要求1所述的管道管壁强度检测方法，其特征在于，所述弹性波接收器包括第一弹性波子接收器和第二弹性波子接收器，还包括：

记录第一弹性波子接收器接收弹性波回波的时间t1，以及第二弹性波子接收器接收弹性波回波的时间t2；

通过如下公式计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度：

V＝L′/(|t₁-t₂|)；

其中，L′为第一弹性波子接收器与第二弹性波子接收器之间的距离。

6.根据权利要求1所述的管道管壁强度检测方法，其特征在于，所述弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系为通过标准曲线法或修正系数法或水泥净浆波速换算法或水泥砂浆波速换算法确定而来。

7.根据权利要求1-6任一项所述管道管壁强度检测方法，其特征在于，所述根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度之后还包括：

对管道内的每一管道段的管壁混凝土强度进行检测，将管道内的所有管道段的混凝土强度进行整合，得到管道内管壁混凝土强度。

8.根据权利要求1-6任一项所述的管道管壁强度检测方法，其特征在于，采用超声波发生器替换弹性波发生器，采用超声波接收器替换弹性波接收器。

9.一种检测机器人，用于检测管道管壁强度，其特征在于，包括弹性波发生器、弹性波接收器、抬升机构和处理器；

所述抬升机构，用于当检测机器人行驶到管道内的待检测管道段时，将弹性波发生器和弹性波接收器抬升以贴合于待检测管道段的管壁；

所述弹性波发生器，用于向管壁内发射弹性波；

所述弹性波接收器，用于接收弹性波经过管壁反射的弹性波回波；

所述处理器，根据弹性波发生器发射弹性波的时间、弹性波接收器接收弹性波回波的接收时间以及弹性波发生器和弹性波接收器之间的距离，计算弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度；以及根据弹性波在待检测管道段的管壁内的传播速度与管壁内混凝土的强度之间的映射关系，计算得到待检测管道段的管壁混凝土强度。

10.根据权利要求9所述的检测机器人，其特征在于，所述处理器还用于：

对管道内的每一管道段的管壁混凝土强度进行检测，将管道内的所有管道段的混凝土强度进行整合，得到管道内管壁混凝土强度。

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