专利名称：用于隧道壁表面的剥离检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于隧道壁表面的剥离检测器，当它在隧道中运动时，用于检测隧道表面的剥离。
在检测隧道壁表面的剥离时，一般是由人工用锤子之类敲打壁表面，听由此产生的声音，并根据声音的不同来判断剥离的位置。
在用来通过使用红外辐射检测混凝土结构的剥离的方法中，有一种方法是用来检测因为环境温度的变化而产生的在剥离部分和正常部分之间的表面温度差。这种方法一直主要用于检查桥的基础或建筑物壁表面。
利用上述的隧道壁表面的锤击试验，该表面是如此之宽，以致探测完整个表面需要很长的时间。
使用红外线的探测方法具有以下的问题隧道的内部是一个封闭的空间，不像桥基础或建筑物的壁面那样，它不经受环境温度的变化或终日被暴露在阳光下。在自然条件下，在剥离部分和正常部分之间的表面温度没有差别。因而，红外(IR)线方法便不能用于检测隧道壁表面。
因此，本发明的目的在于提供一种用于隧道壁表面的剥离检测器，这种检测器能够有效地利用红外辐射快速地检测隧道壁表面。
为实现上述目的，关于本发明的隧道壁表面剥离检测器包括加热装置，用于通过使用发光加热器例如红外灯从表面侧均匀加热隧道壁表面，以及红外辐射检测装置，用于借助于红外相机检测隧道壁表面发出的红外辐射，并产生和隧道壁表面有无剥离相关的预定的输出；加热装置和红外相机被支承在车辆上，以便在运动时加热和检测隧道壁表面。
当发光加热器一边运动一边加热隧道壁表面时，隧道壁表面的温度上升，从而引起从表面向壁表面的后方流动的热流。如果由于剥离而在壁表面的内部存在空腔，则这热流被空腔截断。结果，在存在剥离之处的热流比不存在剥离之处的热流缓慢。这样，在加热之后，前者的温度下降便比后者下降慢。因而，在有剥离之处的温度便比没有剥离之处的温度高。
利用红外相机检测表面温度中和加热有关的差作为温度分布图象。这些温度分布图象是用计算机处理的并且例如以表示在隧道壁表面中有无剥离存在的图的形式输出的图象。不经图象处理，检查员可以直接在显示器例如TV监视器上观看温度分布图象，并判断在壁表面中是否存在剥离。
图1是表示本发明一个实施例的用于隧道壁表面的剥离检测器的示意结构图；图2是利用图1的检测器检测隧道壁表面的一个例子的流程图；图3是利用图1的检测器检测隧道而获得的检测结果输出的一个例子的显影图；图4表示几种加热方法的比较；图5是用于计算由于发光加热器加热而在正常部分和剥离部分之间发生的温差的模拟模型；图6是使用图5的模型计算的正常部分和剥离部分之间的温差的一个例子的图；图7是利用图5的模拟模型并利用检测器的规格作为参数计算的图1的检测器的检测范围的例图；以及图8是对照隧道壁表面1的一般剥离特征、由图5、6和图7估算的本发明检测器的检测范围和本检测器的剥离检测能力的有效性的评价结果，其中每一项针对剥离面积、剥离厚度和空腔厚度进行说明。
现在参照实施例对本发明的用于隧道壁表面的剥离检测器进行详细说明。
图1是表示本发明的一个实施例的用于隧道壁表面的剥离检测器的示意的结构图。
如图1所示，发光加热器4(例如红外灯)通过可伸展的臂装置3被支承在自推进车辆2上，用来检测隧道壁表面1。被车辆2牵引着的拖车5支承着红外(IR)相机6，用来测量由隧道壁表面1发出的红外辐射；距离检测器7用于测量车辆2和拖车5行驶的距离；记录装置8用来记录由红外相机6获得的温度分布图象和由距离检测器7获得的里程数据；显示装置9实时地显示由红外相机6获得的温度分布图象。
在记录装置8中，记录在磁带10上的温度分布图象和里程数据通过外部再现装置11再现，并由图象处理器(计算机)12处理。在图中，标号13和14分别表示图象处理器12的监视器和打印机。
图2是说明由图1的检测器进行隧道壁表面检测的过程的流程图。
按照这个流程图，在加热器4被接通之后，由臂装置3使发光加热器4接近隧道壁表面1，以便对其进行有效的加热(步骤P1)。
然后，车辆2开始以恒速行驶，同时拖着拖车5(步骤P2)。如后所述，发光加热器4和红外相机6之间的距离应当尽量长。因此，按照本实施例，发光加热器4被承载在车辆2上，而红外相机6被承载在卡车5上，从而可以容易地保证这两个部件之间的长的距离。
随着车辆2的前进，隧道壁表面1被发光加热器4依次均匀地加热(步骤P3)。在加热之后，壁表面被红外相机6照相，每隔一个恒定的时间间隔由跟在发光加热器4后面的红外相机6照相一次(步骤P4)。从加热到照相的恒定的时间间隔取决于车辆2的运动速度和发光加热器4与红外相机6之间的距离。
由红外相机6获得的温度分布图象和由距离检测装置7获得的里程数据由记录装置8记录(步骤P5)。
在完成测量之后，则停止行驶(步骤P6)，并把磁带10卸下，磁带10上的数据由再现装置11和图象处理器12分析(步骤P7)。在再现的温度分布图象中，比周围环境温度较高的部分被判断为剥离，而其它部分被判断为正常(步骤P8,P9,P10)。
剥离的判断结果可以和由距离检测器7同时再现的数据一道作为显影图被输出，如图3所示。按照某个准则，其中包括判断结果、剥离的大小和剥离的密度，对隧道壁表面1的坚固性进行评价，从而确定是否需要对其进行修复(步骤P11)。
在这个例子中，发光加热器4被用于加热隧道表面1。作为信息，这一方法和其它加热方法的比较示于图4。图4说明发光加热器是最适用的运动检测的工具。
下面说明上述结构的本发明的检测器的效果。
图5是在计算用发光加热器4加热而在正常部分和剥离部分之间产生的温差时使用的模拟模型。按照这一模型，隧道壁表面1被假定为无限平的表面，并且剥离被假定为在壁表面中以恒定的厚度无限地延伸。热流被认为在以恒定能量密度加热壁表面的期间内只沿壁表面厚度的方向发生。根据给定的这些假定和考虑，计算机建立一维热传导方程。在剥离的后面，假定存在1mm厚的空气层。
混凝土的物理性能被用于壁表面，而空气的物理性能被用于空气层。这些特性被设为如下的值，并用于计算壁表面密度2100kg/m3比热0.879kj/kg℃导热率1.00w/m℃空气层密度1.16kg/m3比热1.01kj/kg℃导热率0.0257w/m℃图6表示使用上述计算方法计算的在正常与剥离部分之间的温差的例子。使用本发明的加热器进行加热，并把检测器的规格设为以下的值行驶速率1km/h(0.25m/s)IR相机位置 8.75m加热器后面加热器尺寸 0.5m(行进方向)×2.0m(垂直于行进方向的方向)加热器输出 60kw从加热器到壁表面的热传导效率50％IR相机的温度分辨率 0.025℃隧道的内部环境温度不变或不受阳光的影响。因而，隧道壁表面1在用发光加热器4加热之前具有均匀的温度分布。在用发光加热器4均匀加热之后，也只有剥离部分具有比周围较高的温度。如果剥离部分的表面温差比红外相机6的温度分辨率足够高，因此，便能够识别剥离的部分。
红外相机6的温度分辨率是0.025℃。因此，在图6中，由红外相机6可检测为剥离的温差被设为0.3℃(温度分辨率的12倍)。根据红外相机6的位置和行驶速度，求得红外相机6的照相定时为在开始加热之后35秒(=8.75/0.25)。
在图6中给出的以上结果表明，在上述计算条件下的可检测的剥离的厚度大约为8mm。
由图6所示的计算处理看来，可以看出，对于本发明的检测器的可检测的剥离的厚度取决于检测器的规格，例如行驶速度。图7表示使用以下规格的检测器的可检测的剥离厚度的计算结果行驶速度1km/h(0.25m/s)IR相机的位置2.5m,7.5m,12.5m加热器后面加热器尺寸 0.5m(前进方向)×2.0m(垂直于前进方向的方向)加热器输出 60kw,80kw,100kw,120kw从加热器到壁表面的热传导效率50％IR相机的温度分辨率 0.025℃(可检测为剥离的温差 0.3℃)从图7可见，当红外相机位于加热器后面12.5m时，可以检测的剥离的厚度大约为1cm，虽然和加热器的输出有关。还可以看到，随着红外相机向发光加热器4后面移动得越多，或者随着加热器输出的增加，可检测的剥离厚度越大。
图8表示隧道壁表面1的剥离的特征，由图5、6和7估算的本发明的检测范围、关于本发明的检测器的剥离检测能力的有效性的评价结果，它们和以下每项有关剥离面积、剥离厚度和空腔厚度。由图8可见，可以看出本发明的检测器对于检测隧道壁表面1的剥离是有效的。
在图6和图7的计算条件中，沿垂直于前进方向的方向发光加热器4的宽度为2m那样小。在这种情况下，利用发光加热器4加热的范围可能太窄，以致在一次行程期间不能检测整个隧道壁表面1。不过，在同一个地方通过移动加热位置可以检测整个隧道壁表面1。
如上所述，本发明的检测器通过在移动的同时使用红外相机进行检测，和常规的锤击检测方法相比，可以显著地增加检测速度。
此外，本发明的检测器在使用发光加热器加热隧道壁表面的同时还在运动。这样，检测器可以对隧道壁表面造成表面温度差，而在隧道壁表面周围温度只有小的波动，并且在自然条件下，在剥离部分和正常部分之间不产生表面温差。这样，本发明便可应用红外检测方法进行隧道壁表面的检测。
权利要求
1．一种用于隧道壁表面的剥离检测器，包括加热装置，用来通过利用发光加热器从表面侧均匀地加热隧道壁表面；以及红外辐射检测装置，用来利用红外相机检测从隧道壁表面发出的红外线辐射，并产生关于隧道壁表面是否存在剥离的预定的输出；其中加热装置和红外相机被支承在车辆上，以便在运动的同时加热并检测隧道壁表面。
2．如权利要求1所述的剥离检测器，其中发光加热器通过可延伸的壁装置被承载在车辆上。
3．如权利要求1所述的剥离检测器，其中在车辆上承载着距离检测器，用来测量车辆行驶的距离。
4．如权利要求2所述的剥离检测器，其中在车辆上承载着距离检测器，用来测量车辆行驶的距离。
5．如权利要求1所述的剥离检测器，其中发光加热器被支承在自推进的车辆上，并且红外相机被支承在由车辆牵引的拖车上。
6．如权利要求2所述的剥离检测器，其中发光加热器被支承在自推进的车辆上，并且红外相机被支承在由车辆牵引的拖车上。
7．如权利要求3所述的剥离检测器，其中发光加热器被支承在自推进的车辆上，并且红外相机被支承在由车辆牵引的拖车上。
8．如权利要求4所述的剥离检测器，其中发光加热器被支承在自推进的车辆上，并且红外相机被支承在由车辆牵引的拖车上。
全文摘要
一种用于隧道壁表面的剥离检测器,通过有效地使用红外辐射可以快速地检测隧道壁表面。检测器在运动的同时利用发光加热器4加热隧道壁表面1。红外相机6检测由加热之后的壁表面发出的红外辐射。根据红外能量的数量,取由加热而引起的剥离和正常部分之间的表面温度的差来判断的隧道壁表面1中是否存在剥离。
文档编号E21D11/00GK1210976SQ9711824
公开日1999年3月17日 申请日期1997年9月9日 优先权日1996年5月24日
发明者世良义弘 申请人:三菱重工业株式会社