CN206258414U - 一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***,包括机载运动传感器、GPS定位模块、无人机飞行控制模块、无线通信模块、数据存储模块、高清摄像模块、第一电机、第二电机、脉冲发生模块、云台控制模块、脉冲接收模块、云台、地面控制模块、地面处理模块、地面显示模块和无人机,无人机飞行控制模块的输入端分别与GPS定位模块、机载运动传感器和地面控制模块的输出端连接，本实用新型通过地面控制模块，控制无人机沿核电站外壁近距离悬停，使用高清摄像模块检测核电站混凝土表面裂缝状况，使用超声波发射及回收装置检测核电站混凝土内部缺陷，给核电站混凝土检测提供更加全面的信息。

Description

一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检 测***

技术领域

本实用新型涉及工业核电技术领域，具体为一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***。

背景技术

能源是社会、经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。国际***与美国能源信息署预测，随着经济、社会的发展，未来世界能源需求将持续增加，到2050年全球能源需求将增加到目前的2.5倍。然而化石能源不可再生，太阳能、生物质能、地热能、潮汐能、海洋热能等新型能源成本高昂，无法投入工业生产，风能的推广也受到诸多限制。目前来看，核电是最有可能大规模替代化石燃料的清洁能源。

我国是长期以煤炭为主要消费能源的大国，燃煤消费量在国内能源消费结构比例中占70%，已经造成了严重的环境污染和生态损害，我国85%的CO2、90%的SO2和73%的烟尘都是由燃煤排放造成的。我国能源供应面临的巨大资源和环保压力，使得调整能源结构、发展新型能源已成为中国能源多元化、能源安全、能源可持续供应和国家安全战略不可或缺的重要组成部分。核电所具有的特点使其成为21世纪中叶前最有希望大规模填补中国一次能源供应不足的清洁能源。搭理发展核电，加强核电站建设，已经成为21世纪中国社会、经济可持续发展的必然选择。

在核电站建设过程中，核电站预应力混凝土安全壳是核反应堆厂房的防护结构，是反应堆继核燃料包壳、压力壳之后的第三道安全屏障，具有极其重要的安全防护功能。根据国际***的规定和国际惯例，核电站建成后，必须经过安全壳结构整体性试验(SIT)，检测评定合格，方能装料发电。在运营期间的整个寿命期内，还要加强对预应力混凝土安全壳结构的在役检查（ISI），进行结构性能的跟踪监测、检查和评估，确认结构的安全性。

当前中国已建成的核电站均处于沿海地区，安全壳除要求能承受因事故产生的压力外，还要承受台风、地震等外部荷载和氯离子含量很高的海风的侵蚀；这些环境因素的影响会导致安全壳混凝土、钢筋和预应力***腐蚀，降低承载力，影响使用寿命。同时在混凝土浇筑过程中，由于浇筑工艺等原因，会出现浇筑不均、气孔、温度裂缝等，对核电站结构的承载力造成进一步的损耗。因此，发展核电站混凝土检测技术就显得尤为必要。

目前核电站混凝土的主要检测手段还是利用吊篮和手持式仪器进行人工高空作业，存在极大的安全隐患；同时，由于高空作业受一定的条件和环境限制，核电项目建设进展容易受到影响。另外，由于人工高空作业检测耗时较长，检测出错率和漏检率较高，尤其对于高大建筑物（核电厂安全壳、大坝等）的缺陷检测，检测效率更低。

所以，如何设计一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，成为我们当前要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***,包括机载运动传感器、GPS定位模块、无人机飞行控制模块、无线通信模块、数据存储模块、高清摄像模块、第一电机、第二电机、脉冲发生模块、云台控制模块、脉冲接收模块、云台、地面控制模块、地面处理模块、地面显示模块和无人机，所述无人机的底部通过机械连接固定有所述云台，所述云台控制模块、所述脉冲发生模块、所述脉冲接收模块、所述第一电机、所述第二电机、所述高清摄像模块和所述数据存储模块均安装在所述云台的内部，所述GPS定位模块、所述机载运动传感器、所述无人机飞行控制模块和所述无线通信模块均通过数据线与所述无人机进行连接，所述无线通信模块通过所述数据线分别与所述第一电机、所述第二电机、所述无人机飞行控制模块、所述脉冲接收模块和所述GPS定位模块进行连接，所述地面控制模块单向连接所述第一电机，所述第一电机单向连接所述云台控制模块，所述地面控制模块单向连接所述第二电机，所述第二电机单向连接所述脉冲发生模块，所述无人机飞行控制模块的输入端分别与所述GPS定位模块、所述机载运动传感器和所述地面控制模块的输出端连接，所述数据存储模块通过所述数据线分别于与所述GPS定位模块、所述高清摄像模块、所述脉冲接收模块连接。

所述高清摄像模块与所述云台之间安装有减振装置。

所述数据存储模块为特制的抗震移动硬盘，大小为2T，接口采用USB3.0。

所述无线通信模块为移动网络或WIFI。

所述地面控制模块、所述地面处理模块、所述地面显示模块的集成设备为笔记本电脑、个人电脑、平板电脑或者智能移动手机。

所述脉冲发生模块为超声波相控阵探头，具体为一种面形阵列压电晶片。

进一步的，

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，使用无人机搭配超声波技术进行核电站混凝土缺陷检测，只需要检测人员远程或场外协助进行即可，作业环境更加安全，使用无人机集群进行巡检，可明显提高混凝土缺陷检测效率，工作效率与无人机集群数量成正比，使用超声波技术对混凝土内部缺陷损伤进行探测，同时使用高清摄像模块兼顾了混凝土表面检测，可获得核电站混凝土更加全面的数据信息。

附图说明

图1是本实用新型的***结构框图；

图中：1、机载运动传感器；2、GPS定位模块；3、无人机飞行控制模块；4、无线通信模块；5、数据存储模块；6、高清摄像模块；7、第一电机；8、第二电机；9、脉冲发生模块；10、云台控制模块；11、脉冲接收模块；12、云台；13、地面控制模块；14、地面处理模块；15、地面显示模块；16、无人机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***：包括机载运动传感器1、GPS定位模块2、无人机飞行控制模块3、无线通信模块4、数据存储模块5、高清摄像模块6、第一电机7、第二电机8、脉冲发生模块9、云台控制模块10、脉冲接收模块11、云台12、地面控制模块13、地面处理模块14、地面显示模块15和无人机16，无人机16的底部通过机械连接固定有云台12，云台控制模块10、脉冲发生模块9、脉冲接收模块11、第一电机7、第二电机8、高清摄像模块6和数据存储模块5均安装在云台12的内部，GPS定位模块2、机载运动传感器1、无人机飞行控制模块3和无线通信模块4均通过数据线与无人机16进行连接，无线通信模块4通过数据线分别与第一电机7、第二电机8、无人机飞行控制模块3、脉冲接收模块11和GPS定位模块2进行连接，地面控制模块13单向连接第一电机7，第一电机7单向连接云台控制模块10，地面控制模块13单向连接第二电机8，第二电机8单向连接脉冲发生模块9，无人机飞行控制模块3的输入端分别与GPS定位模块2、机载运动传感器1和地面控制模块13的输出端连接，数据存储模块5通过数据线分别于与GPS定位模块2、高清摄像模块6、脉冲接收模块11连接。

进一步的，高清摄像模块6与云台12之间安装有减振装置，消除拍摄过程中的果冻效应。

进一步的，数据存储模块5为特制的抗震移动硬盘，大小为2T，接口采用USB3.0，便于提供更快的数据读写速度。

进一步的，无线通信模块4为移动网络或WIFI，便于无线信号的传递。

进一步的，地面控制模块13、地面处理模块14、地面显示模块15的集成设备为笔记本电脑、个人电脑、平板电脑或者智能移动手机，方便操作。

进一步的，脉冲发生模块9为超声波相控阵探头，具体为一种面形阵列压电晶片，便于脉冲的发生。

工作原理：首先，在地面控制台建立/导入待检测核电站安全壳等的三维信息模型，并划分网格，确定核电站信息模型中各个测点位置信息，根据测点数目、位置、无人机集群数目预先通过群体智能和仿生算法初始化飞行路线，其次，通过地面控制模块13发出起飞指令，无人机飞行控制模块3接收指令，并控制无人机16沿预定路线起飞，然后当无人机16飞行至距离核电站混凝土外壁一定距离时（如40cm），高清摄影模块6可捕获清晰的视觉图像，此时，地面控制模块13发出悬停指令，通过高清摄影模块6将高清图像传输给地面处理模块14，地面处理模块14使用识别算法计算云台应该调整的角度，发送指令给第一电机8，驱动云台控制模块10调整云台12，使得测点在地面显示模块15中可清晰显示，根据GPS定位模块2传回的信息，地面处理模块14计算脉冲发生模块9中超声波相控阵探头各压电晶片发射超声波的相位和顺序，并发射指令给第二电机8，驱动脉冲发生模块9发射相应超声波，同时，第二电机8驱动脉冲接收模块11接收经核电站外壁反射的超声波的回波，并将回波数据保存在数据存储模块5，通过无线通信模块4将数据传输给地面处理模块14，在地面显示模块15上显示，最后，其中一台无人机16检测完成一个测点后，地面控制模块13根据无人机集群当前位置及各自工作进度，重新优化路线，并发送飞行指令导航其至下一个测点。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，包括机载运动传感器（1）、GPS定位模块（2）、无人机飞行控制模块（3）、无线通信模块（4）、数据存储模块（5）、高清摄像模块（6）、第一电机（7）、第二电机（8）、脉冲发生模块（9）、云台控制模块（10）、脉冲接收模块（11）、云台（12）、地面控制模块（13）、地面处理模块（14）、地面显示模块（15）和无人机（16），其特征在于：所述无人机（16）的底部通过机械连接固定有所述云台（12），所述云台控制模块（10）、所述脉冲发生模块（9）、所述脉冲接收模块（11）、所述第一电机（7）、所述第二电机（8）、所述高清摄像模块（6）和所述数据存储模块（5）均安装在所述云台（12）的内部，所述GPS定位模块（2）、所述机载运动传感器（1）、所述无人机飞行控制模块（3）和所述无线通信模块（4）均通过数据线与所述无人机（16）进行连接，所述无线通信模块（4）通过所述数据线分别与所述第一电机（7）、所述第二电机（8）、所述无人机飞行控制模块（3）、所述脉冲接收模块（11）和所述GPS定位模块（2）进行连接，所述地面控制模块（13）单向连接所述第一电机（7），所述第一电机（7）单向连接所述云台控制模块（10），所述地面控制模块（13）单向连接所述第二电机（8），所述第二电机（8）单向连接所述脉冲发生模块（9），所述无人机飞行控制模块（3）的输入端分别与所述GPS定位模块（2）、所述机载运动传感器（1）和所述地面控制模块（13）的输出端连接，所述数据存储模块（5）通过所述数据线分别于与所述GPS定位模块（2）、所述高清摄像模块（6）和所述脉冲接收模块（11）连接。

2.根据权利要求1所述一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，其特征在于：所述高清摄像模块（6）与所述云台（12）之间安装有减振装置。

3.根据权利要求1所述一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，其特征在于：所述数据存储模块（5）为特制的抗震移动硬盘，大小为2T，接口采用USB3.0。

4.根据权利要求1所述一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，其特征在于：所述无线通信模块（4）为移动网络或WIFI。

5.根据权利要求1所述一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，其特征在于：所述地面控制模块（13）、所述地面处理模块（14）、所述地面显示模块（15）的集成设备为笔记本电脑、个人电脑、平板电脑或者智能移动手机。

6.根据权利要求1所述一种基于超声波技术和无人机的核电站混凝土建筑物缺陷检测***，其特征在于：所述脉冲发生模块（9）为超声波相控阵探头，具体为一种面形阵列压电晶片。