CN115015393A - 基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置及方法,撞击结构与地面接触,回波收集结构靠近撞击结构设置;数据采集仪与摄像头、编码器以及回波收集结构电性连接;驱动电机驱动检测移动本体匀速移动,检测移动本体匀速移动带动撞击结构以恒定的频率撞击混凝土地面,编码器置于驱动电机上;无线通信模块与数据采集仪电性连接,无线通信模块用于与计算机端通讯连接以接收计算机端的路线控制,还用于将采集到的回波信息传输给计算机端以分析检测面的缺陷;方法包括:计算机端通过无线通信模块控制装置沿指定线路匀速运动带动球链以恒定的频率和振幅敲击地面,用麦克风接收反射回波信号,从而实现自动检测;使用麦克风提高检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域,特别涉及基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置及方法。
背景技术
混凝土拥有材料来源广泛、制作工艺简单、力学性能优良等优点,是一种重要的土木工程材料,其质量水平影响着工程结构的安全。混凝土路面质量缺陷分为外观缺陷和内部缺陷,外观缺陷易于被识别和修复,内部缺陷更具危险性且无法被直接观察到,对其内部缺陷进行无损检测具有重要意义。
冲击回波声频法是在冲击回波法的基础上用非接触式拾音器代替传感器的无损检测方法。具体的,冲击回波法是利用激励源对混凝土表面施加一个冲击从而产生弹性波,弹性波在混凝土的上、下表面及内部缺陷处不断反射,形成瞬时共振,通过传感器接收反射回波信号,对反射回波信号进行频谱分析来确定所测区域混凝土是否存在内部缺陷。
为了解决冲击回波法检测速度较慢的问题,授权公告号CN 112684003A的专利文献提出了一种冲击回波法移动式快速检测装置。该装置使用钢球作为激励源,通过人工推动支架移动,电机控制钢球敲击地面,从而达到快速检测的效果。授权公告号CN112666255A的专利文献提出了一种混凝土桥面板浅层分层快速检测***及方法,该***使用多个球链作为激励源,在人工推动下多个球链同时敲击地面,以达到多通道并行使用,大幅度提高检测效率。但是,这两种装置均为人工驱动,较难保持装置匀速运动,这将导致激励源的起伏程度不同,从而导致对地面造成的冲击强度不同,影响检测结果的准确性。
发明内容
发明的目的在于提供基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置及方法,解决了现有的装置检测速度慢以及较难保持装置匀速运动,从而导致激励源的起伏程度不同,进而对地面造成的冲击强度不同,影响检测结果的准确性的问题。
本发明是这样实现的,基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,
所述装置包括检测移动本体、撞击结构、回波收集结构、数据采集仪、驱动电机、摄像头、无线通信模块以及编码器,
所述撞击结构置于所述检测移动本体底部且与地面接触,所述回波收集结构置于所述检测移动本体上且靠近所述撞击结构设置;
所述数据采集仪置于所述检测移动本体上,且与所述摄像头、编码器以及回波收集结构电性连接;
所述驱动电机驱动所述检测移动本体匀速移动,所述检测移动本体匀速移动带动所述撞击结构以恒定的频率撞击混凝土地面,所述编码器置于所述驱动电机上;
所述摄像头置于所检测移动本体前方;
所述无线通信模块置于所述检测移动本体上且与所述数据采集仪电性连接,所述无线通信模块用于与计算机端通讯连接以接收计算机端的路线控制,还用于将采集到的回波信息传输给计算机端以分析检测面的缺陷。
本发明的进一步技术方案是:所述检测移动本体包括检测小车以及置于所述检测小车前后两侧的轮胎,所述驱动电机驱动所述轮胎滚动。
本发明的进一步技术方案是:所述撞击结构包括牵引板以及与所述牵引板连接的球链。
本发明的进一步技术方案是:所述球链一端与所述牵引板连接,另一端与地面接触且在所述检测移动本体运动时撞击地面。所述球链上的球体的质量根据情况去制定,要保证在检测移动本体运动过程中,球链上的球体能上下跳动对混凝土地面进行撞击。
本发明的进一步技术方案是:所述回波收集结构包括麦克风以及套设在所述麦克风外的聚声器,所述麦克风位于所述聚声器的中心处。
本发明的进一步技术方案是:所述聚声器的纵截面为抛物面状。
所述回波收集结构置于所述检测移动本体底面中部。球链上的小球敲击地面产生的冲击波遇到混凝土路面内部缺陷会产生反射回波,反射回波在空气中泄露,在遇到抛物面聚声器后被反射聚焦到抛物面聚声器中心处,即麦克风的位置,通过反射聚集后的回波信号能够在保持峰值频率不变的同时,提高幅值和信噪比。
本发明的进一步技术方案是:所述无线通信模块采用ESP8266模块。通过路由器连接互联网,计算机端通过互联网实现对自动巡检装置的远程控制。摄像头实时向计算机端传输数据,使计算机端能实时观测小车的位置和前方影像。
本发明的进一步技术方案是:所述装置还包括电池,所述电池置于所述检测移动本体上且与所述无线通信模块、驱动电机、数据采集仪以及摄像头电性连接。
基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检方法,所述方法基于所述的装置,方法包括以下步骤:
步骤一、在计算机端预设检测移动本体前进的路线和速度并发布命令,通过驱动电机驱动检测移动本体沿指定路线匀速巡检,用编码器记录检测移动本体的行驶轨迹;
步骤二、检测移动本体在运动过程中,带动球链规律地振动并敲击混凝土路面,产生弹性波,弹性波在混凝土缺陷处不断反射,形成瞬时共振,用回波收集结构收集反射回波信号,并将数据通过无线通信模块传回计算机端;
步骤三、在计算机端用数据处理软件将收集到的反射回波信号转换成频域信号,通过分析频域曲线判断所在区域的混凝土是否存在内部缺陷;
步骤四、自动巡检结束,等待计算机端重新发布指令进行新一轮的自动巡检。
本发明的进一步技术方案是:所述步骤三中将检测移动本体的行驶轨迹与频域曲线相结合,建立信号幅值和被测区域空间位置的对应关系,从而确定混凝土路面内部缺陷的位置和形状。
本发明的进一步技术方案是:摄像头设置在检测移动本体的前方,通过连接无线通信模块向计算机端传输实时的路况。
本发明的有益效果:本发明基于冲击回波声频法的混凝土路面内部缺陷自动巡检装置,计算机端通过无线通信模块控制检测小车沿指定线路匀速运动带动球链以恒定的频率和振幅敲击地面,用麦克风接收反射回波信号,从而实现自动检测,避免了人工推动所导致的激励源振幅和频率不规律的问题;使用麦克风接收敲击点的反射回波,并在其上方安装抛物面聚声器,使空气中的反射回波聚焦到麦克风上,提高检测回波能量,从而提高检测精度;
本发明提出的自动巡检装置能够按照预制路线实现自动化巡检,操作灵活,检测小车匀速运动带动球链有规律地撞击混凝土路面从而实现激励源的自动化,在节省人力的同时避免人工推动对激励源的稳定性产生影响;
本发明采用的无损检测方法为冲击回波声频法,使用麦克风作为接收传感器实现无接触检测,可以忽略耦合效果对检测结果的影响,同时节省了成本;
本发明在传感器四周安装抛物面聚声器,能够有效地将反射回波信号聚焦到传感器处,增强回波信号的幅值,提高检测精度;
本发明在计算机端对采集到的数据进行分析处理,检测小车上无需配置数据处理模块,节省了成本。
附图说明
图1是本发明提供的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置的结构示意图;
图2是本发明提供的轮胎的结构示意图;
图3是本发明提供的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置的模块电路框架图;
图4是本发明提供的回波收集结构的结构示意图;
图5是本发明提供的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检方法的流程图。
附图标记:1-检测小车、2-轮胎、3-电池、4-撞击结构、5-麦克风、6-数据采集仪、7-驱动电机、8-聚声器、9-摄像头、10-无线通信模块、11-编码器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一:
图1-4示出了基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,
所述装置包括检测移动本体、撞击结构4、回波收集结构、数据采集仪6、驱动电机7、摄像头9、无线通信模块10以及编码器11,
所述撞击结构4置于所述检测移动本体底部且与地面接触,所述回波收集结构置于所述检测移动本体上且靠近所述撞击结构4设置;
所述数据采集仪6置于所述检测移动本体上,且与所述摄像头9、编码器11以及回波收集结构电性连接;
所述驱动电机7驱动所述检测移动本体匀速移动,所述检测移动本体匀速移动带动所述撞击结构4以恒定的频率撞击混凝土地面,所述编码器11置于所述驱动电机7上;
所述摄像头9置于所检测移动本体前方;
所述无线通信模块10置于所述检测移动本体上且与所述数据采集仪6电性连接,所述无线通信模块10用于与计算机端通讯连接以接收计算机端的路线控制,还用于将采集到的回波信息传输给计算机端以分析检测面的缺陷。
在本实施例中,所述检测移动本体包括检测小车1以及置于所述检测小车1前后两侧的轮胎2,所述驱动电机7驱动所述轮胎2滚动。
在本实施例中,所述撞击结构4包括牵引板以及与所述牵引板连接的球链。
在本实施例中,所述球链一端与所述牵引板连接,另一端与地面接触且在所述检测移动本体运动时撞击地面。所述球链上的球体的质量根据情况去制定,要保证在检测移动本体运动过程中,球链上的球体能上下跳动对混凝土地面进行撞击。
在本实施例中,所述回波收集结构包括麦克风5以及套设在所述麦克风5外的聚声器8,所述麦克风5位于所述聚声器8的中心处。
在本实施例中,所述聚声器8的纵截面为抛物面状。
所述回波收集结构置于所述检测移动本体底面中部。球链上的小球敲击地面产生的冲击波遇到混凝土路面内部缺陷会产生反射回波,反射回波在空气中泄露,在遇到抛物面聚声器后被反射聚焦到抛物面聚声器中心处,即麦克风的位置,通过反射聚集后的回波信号能够在保持峰值频率不变的同时,提高幅值和信噪比。
在本实施例中,所述无线通信模块10采用ESP8266模块。通过路由器连接互联网,计算机端通过互联网实现对自动巡检装置的远程控制。摄像头实时向计算机端传输数据,使计算机端能实时观测小车的位置和前方影像。
在本实施例中,摄像头设置在检测移动本体的前方,通过连接无线通信模块向计算机端传输实时的路况。
在本实施例中,所述装置还包括电池3,所述电池3置于所述检测移动本体上且与所述无线通信模块10、驱动电机7、数据采集仪6以及摄像头9电性连接。
实施例二:
图1-图5示出了基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检方法,所述方法基于实施例一中的所述装置,方法包括以下步骤:
步骤一、在计算机端预设检测移动本体前进的路线和速度并发布命令,通过驱动电机驱动检测移动本体沿指定路线匀速巡检,用编码器记录检测移动本体的行驶轨迹;
步骤二、检测移动本体在运动过程中,带动球链规律地振动并敲击混凝土路面,产生弹性波,弹性波在混凝土缺陷处不断反射,形成瞬时共振,用回波收集结构收集反射回波信号,并将数据通过无线通信模块传回计算机端;
步骤三、在计算机端用数据处理软件将收集到的反射回波信号转换成频域信号,通过分析频域曲线判断所在区域的混凝土是否存在内部缺陷;
步骤四、自动巡检结束,等待计算机端重新发布指令进行新一轮的自动巡检。
在本实施例中,所述步骤三中将检测移动本体的行驶轨迹与频域曲线相结合,建立信号幅值和被测区域空间位置的对应关系,从而确定混凝土路面内部缺陷的位置和形状。
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.基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于:所述装置包括检测移动本体、撞击结构(4)、回波收集结构、数据采集仪(6)、驱动电机(7)、摄像头(9)、无线通信模块(10)以及编码器(11),
所述撞击结构(4)置于所述检测移动本体底部且与地面接触,所述回波收集结构置于所述检测移动本体上且靠近所述撞击结构(4)设置;
所述数据采集仪(6)置于所述检测移动本体上,且与所述摄像头(9)、编码器(11)以及回波收集结构电性连接;
所述驱动电机(7)驱动所述检测移动本体匀速移动,所述检测移动本体匀速移动带动所述撞击结构(4)以恒定的频率撞击混凝土地面,所述编码器(11)置于所述驱动电机(7)上;
所述摄像头(9)置于所检测移动本体前方;
所述无线通信模块(10)置于所述检测移动本体上且与所述数据采集仪(6)电性连接,所述无线通信模块(10)用于与计算机端通讯连接以接收计算机端的路线控制,还用于将采集到的回波信息传输给计算机端以分析检测面的缺陷。
2.根据权利要求1所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于,所述撞击结构(4)包括牵引板以及与所述牵引板连接的球链。
3.根据权利要求2所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于,所述球链一端与所述牵引板连接,另一端与地面接触且在所述检测移动本体运动时撞击地面。
4.根据权利要求1所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于,所述检测移动本体包括检测小车(1)以及置于所述检测小车(1)前后两侧的轮胎(2),所述驱动电机(7)驱动所述轮胎(2)滚动。
5.根据权利要求1所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于,所述回波收集结构包括麦克风(5)以及套设在所述麦克风(5)外的聚声器(8),所述麦克风(5)位于所述聚声器(8)的中心处。
6.根据权利要求5所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于,所述聚声器(8)的纵截面为抛物面状。
7.根据权利要求1所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于,所述无线通信模块(10)采用ESP8266模块。
8.根据权利要求1所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检装置,其特征在于,所述装置还包括电池(3),所述电池(3)置于所述检测移动本体上且与所述无线通信模块(10)、驱动电机(7)、数据采集仪(6)以及摄像头(9)电性连接。
9.基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检方法,其特征在于,所述方法基于权利要求1-8中任意一项所述的装置,方法包括以下步骤:
步骤一、在计算机端预设检测移动本体前进的路线和速度并发布命令,通过驱动电机驱动检测移动本体沿指定路线匀速巡检,用编码器记录检测移动本体的行驶轨迹;
步骤二、检测移动本体在运动过程中,带动球链规律地振动并敲击混凝土路面,产生弹性波,弹性波在混凝土缺陷处不断反射,形成瞬时共振,用回波收集结构收集反射回波信号,并将数据通过无线通信模块传回计算机端;
步骤三、在计算机端用数据处理软件将收集到的反射回波信号转换成频域信号,通过分析频域曲线判断所在区域的混凝土是否存在内部缺陷;
步骤四、自动巡检结束,等待计算机端重新发布指令进行新一轮的自动巡检。
10.根据权利要求9所述的基于冲击回波声频法的混凝土缺陷自动巡检方法,其特征在于,所述步骤三中将检测移动本体的行驶轨迹与频域曲线相结合,建立信号幅值和被测区域空间位置的对应关系,从而确定混凝土路面内部缺陷的位置和形状。
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CN116381051A (zh) * | 2023-06-06 | 2023-07-04 | 安徽中铁工程技术有限公司 | 一种铁路桥梁孔道混凝土密实度检测装置及其检测*** |
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- 2022-06-27 CN CN202210736658.3A patent/CN115015393A/zh active Pending
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CN116381051B (zh) * | 2023-06-06 | 2023-08-25 | 安徽中铁工程技术有限公司 | 一种铁路桥梁孔道混凝土密实度检测装置及其检测*** |
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