专利名称：生成基于密度的三维缺陷图的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于检测结构的隐藏缺陷和损伤的一种方法和系统，具体而言，涉及用于在结构或者它的一部分或者一个部件的三维表示上显示检测到的缺陷的一种方法和系统。
背景技术：
例如，将建筑出售和/或用作贷款抵押品的时候，需要对单套住宅、公寓和商业建筑之类的结构状况进行评估。这一评估通常包括对建筑物的检查。尤其是木框架结构的住宅和商业建筑，检查的主要原因是这些建筑物可能已经遭到了食木昆虫，例如白蚁，或者损害木头的真菌，通常称为“木腐”的损伤。这些损伤常常是隐藏着的，因为木框架几乎总是被干饰面内墙、镶板、护墙板、砖和其它墙面材料所掩盖。因此，如果不去掉表面材料，一般情况下既看不见是否有损伤，也看不见其损伤范围。换句话说，准确地确定白蚁或木腐对典型木框架房屋或其它木框架结构的损伤是否存在及其损伤范围，需要去掉全部墙面覆盖物，让整个框架可见。但是一般来说每次需要评估象白蚁或木腐这种损伤的时候，去掉房屋或商业建筑的全部墙面覆盖物从实际上或经济上考虑都是不可行的。每次需要准确评估其价值的时候，这样做需要对房屋进行破坏和重建。
已经有现有技术方法用于检测白蚁造成的损伤。一种这样的方法是声发射检测，这种方法感测白蚁咬断纤维素和木质素纤维，也就是白蚁在吃它们正在消耗的木头的时候产生的振动，正如例如1990年6月26日授权的第4,895,025号美国专利所描述的一样。Robbins和Mueller的第5,285,668号美国专利描述了通过感测声发射来检测破坏木头的昆虫的另外一种系统。
已知的声发射方法有很多缺点。一个缺点是声发射技术因为环境噪音而容易发生错误。另一个缺点是白蚁并不总是在进食。再一个缺点是白蚁有可能利用大量的通道在进食区和巢穴之间移动，声发射方法不能检测这些通道中的白蚁。还有一个缺点，也是更明显的缺点，那就是声发射方法只能检测正在进食的白蚁，它们不能检测，更不能准确评估白蚁在过去造成的损伤，或者由于木腐或者其它非昆虫原因造成的损伤。
由于以上原因，建筑物检查员在进行检测或者损伤评估时，一般会折衷处理只是去掉一部分墙体覆盖物。这种部分去除有两个不利后果。一个是即使去掉的部分是有限的，对建筑物仍然有一些损伤。第二个不利后果，也可能是更重要的负面作用是，可能会忽略掉严重损伤。因此，部分去除的结果是，要么买方面临繁重的维修工作，要么贷方面对比原始评估担保品价值更低的建筑。
现有方法的另一个缺点是，建筑物检查员一般以口头方式或者用草图来描述由白蚁或木腐造成损伤的位置和范围。很少有检查员能够接触到他能够在上面标明损伤区域以便其它人能够看到损伤范围的完整的建筑图。
现有检查方法的另一个缺点是，一旦完成木框架结构，通过非破坏手段实际上不可能检验原始结构的完整性，例如，很难或者不可能确定用于将墙体材料固定到下面的支撑或者立柱的紧固件模式，以及是否采用了正确数量的紧固件。
发明内容
本发明考虑了这些问题和其它问题，一方面，本发明包括一种方法，用于检测对结构的损伤，该结构包括位于第一墙体和第二墙体之间的多个支撑构件。该方法包括确定墙体后面第一支撑构件的位置；将扫描设备与所述第一支撑构件对准。所述扫描设备包括超声换能器和用于检测超声能量的检测器。所述扫描设备在所述第一墙体上移动，同时用超声能量照射所述第一支撑构件，并检测反射的超声能量。分析反射的超声能量，以确定所述第一支撑构件相对于已知密度的相对密度，当反射的超声能量表明密度不同于已知密度的时候，记录所述扫描设备的位置。
另一方面，本发明包括一种绘制结构状况图的方法，该结构包括至少一个墙体所覆盖的多个支撑构件。将结构表示保存在计算机里，测量多个支撑构件上多个地点处的支撑构件密度。确定被测密度偏离预期、正常密度的所述多个地点中每一个地点的位置；将这些位置绘制到所述结构的表示上去，提供多个位置处支撑构件密度的可视表示。
另一方面，本发明包括一种绘制结构状况图的系统，该结构包括由墙体覆盖的多个支撑构件。该系统包括具有存储器的计算机处理器；定位系统，用于确定标记器在基准框架内的位置，并把所述位置传送到所述计算机处理器；密度传感器，连接到所述计算机处理器；以及标记器，和所述密度传感器相联系。
另一方面，本发明是一种用于绘制结构状况图的系统，该结构包括由墙体覆盖的多个支撑构件。该系统包括具有存储器的计算机处理器；保存在所述存储器内的所述结构的二维模型。该计算机还有三维模型生成器，用于从所述二维模型生成所述结构至少一部分的三维模型。该系统还包括密度传感器和定位系统，用于确定密度传感器的位置，并且将位置传送给所述计算机处理器。所述定位系统包括与密度传感器相联系的多个超宽带接收机以及超宽带发射机。
另一方面，本发明包括一种用于绘制结构状况图的系统，该结构包括由墙体覆盖的多个支撑构件，该系统使用处理器设备；定位系统，用于确定标记器在基准框架内的位置，并把所述位置传送给所述处理器设备；密度感测设备，连接到所述处理器设备；以及和所述密度感测设备相联系的标记器。
在参考附图阅读了本发明的以下详细说明以后，会更好地理解本发明。在这些附图中图1是本发明中缺陷检测系统的一个原理表示，该系统包括具有支架的扫描设备，图中还示出了被扫描结构的平面剖面图；图2是从图1中II-II处截取的正视图；图3是图2中圆圈III的放大图；图4是由图1所示系统生成的显示实例；图5是用于支持图1所示扫描设备中几个扫描设备的替换支架正视图。
具体实施例方式
综述本系统一般包括扫描设备，该设备包括发射机、接收机、电路和无线发射机。其中发射机包括例如超声换能器，用于发射声音信号进入一部分结构中；接收机用于接收声音信号的反射信号；电路用于把反射回来的声音信号和未损伤结构部件产生的基准信号进行对比；无线发射机用于把时间和相对密度信息发送给中央处理设备，例如膝上型计算机。该系统还包括位置检测系统，当发射机在结构上移动时，用于检测发射机的位置，并把和发射机位置相关的信息发送到膝上型计算机。计算机中包括把时间与密度信息跟位置信息联系起来的指令，使用这些信息来生成反射能量的那部分区域的密度剖面。可以将密度剖面叠加到被扫描结构的三维表示上，以便方便地看见密度偏离正常值的那部分结构。这个实例还可包括接近声音换能器或者在其附近的显示器，用于为检查现场的用户显示密度图。
这里描述的方法的一个一般实例包括在房屋墙面等结构上移动扫描设备，以获得所要结构部分及其内框架的密度剖面。例如，操作员可以用扫描设备接触房屋的一个或多个墙面、天花板、地面或者其它结构；并沿着这些墙面、天花板或者地面的表面移动这个传感器。在移动的同时，声音密度传感器产生密度数据，表明结构中预定深度或距离内材料的实际密度和相对密度。或者将密度数据保存在声音密度传感器的存储单元内，用于随后传送给计算单元，或者在扫描过程中发射给远程存储单元或计算单元。在扫描操作中，密度传感器的位置检测器检测和记录表明密度传感器位置的传感器位置数据。将传感器位置数据和密度数据链接或者彼此联系起来。继续扫描直到获得这一结构的全部或者所要部分的密度剖面。生成密度图，反映对应于换能器在上面移动过的每个位置或区域的密度剖面，密度图的生成建立在密度数据和传感器位置数据基础之上。可以将这个密度图叠加到被扫描结构的三维计算机模型上，以便观测者能够快速确定密度偏离正常值的结构部分的位置。
详细说明下面参考附图，这些附图只是用于说明优选实施例的目的，而不是为了限制本发明，图1示出要扫描看它有没有损伤的结构10。在这个实例中，所述结构是有四个边12的矩形木框架房屋，每个边都包括象木头、乙烯基、铝或者砖这种外覆盖层14；立柱16，它们可以是2乘4大小，隔开一个已知距离(例如中心距16英寸)；以及内墙18，它可以用灰泥、石膏板或者适合形成建筑物内墙，并且利用紧固件19固定在立柱16上的其它材料形成，如图2所示。每一对相邻立柱16之间的空间是墙内空间17，其中可以填充例如隔热玻璃纤维。
尽管这里描述的系统和方法的实例操作是和墙体立柱16的检查相联系的，但是还可以将这一系统和方法用于检查地板、天花板托梁或者其它结构部件，无论它们是否隐藏在内墙后面。此外，尽管可以将这里的被扫描部件叫做“结构”或“支撑”部件，但是这些部件不必实际起这样的作用，例如，还可以将这一系统用于确定建筑物装饰部件的状况。
本发明包括一种系统和方法，用于检测结构中的缺陷，一个实例是由例如白蚁、其它昆虫或者木腐造成的立柱16里的缺陷。这些损伤减弱了立柱16的强度，降低了结构10的强度和价值。该系统包括扫描设备20和扫描设备预处理器21，分别在附图3和2中最好地示出，还包括图1所示的定位系统，一般性地用数字22表示，用于确定扫描设备20的实时位置。定位系统22包括发射机24，优选为与扫描设备20相联，适合发送信号达到70或80英尺的超宽带发射机；包括超宽带发射机的基准标记器25，置于结构10内或附近；通过例如菊链以太网28连接起来的多个接收机26；以及例如通过以太网连接32也和多个接收机之一连接的中央处理集线器30。中央处理集线器30和计算机设备34串联，例如和市场上能够买到的，具有存储器36和无线接收机38，并且在市场上可以买到的操作系统下运行的通用膝上型计算机串联。
继续参考图1，全球定位系统(GPS)接收机39和膝上型计算机34相连。GPS 39被看作基准标记器25的位置基准，但也可以替换成其它基准方案。一个无线接收机38实例采用IEEE 802.11无线标准，例如WiFi；但是，也可以采用适合在这里讨论的距离上使用，透过建筑物墙壁工作，用于发送和接收无线数据的任意系统。
现在参考图3，一个扫描设备20实例包括第一个面上有耐磨板42的外壳40，以及在其对面和手柄46相连的枢轴式连接器44。这种布局允许外壳44在墙体表面移动，例如在内墙18上移动，实现本发明的方法。扫描设备20包括一种超声换能器48，用于发射和接收超声信号。参考图2，示出为独立于扫描设备20的扫描设备处理器21包括信号处理器50，用于处理收到的信号，并且确定信号通过的材料相对于已知基准密度的密度。信号电缆55将扫描设备20中的超声换能器48与扫描设备处理器21连结起来。也可以采用用于确定下面的材料的实际密度的设备，如同这里所使用的一样，术语“密度传感器”包括测量实际密度或相对密度的设备。
已知已经有既能够实现扫描设备20又能够实现扫描设备处理器21，并且能够用于按照这种方式测量密度，市场上能够买到的超声传感器；能够从伊利诺斯州芝加哥的NDT James Instruments，Inc.(NDTJames仪器公司)买到商品名称为James V-Mark II(詹姆斯V-马克II型)，具有VC-4898换能器的一种合适设备。目前市场上能够买到的超声传感器的实例，例如James V-Mark II，将扫描设备20和扫描设备处理器21作为分开的物理单元，因为利用当前的商业技术，组合在公共外壳内对于人工扫描操作来说会过于庞大。在James V-Mark II和等同商业单元中，将扫描设备处理器21配置成用于挂在用户的腰带上，或者使用皮带挂在用户的肩膀或者脖子上。扫描设备20和扫描设备处理器21之间的电缆55连接使用的是能够买到的电缆，或者包括在能够买到的单元里，或者由声音传感器领域里的普通技术人员选择。
当扫描其密度变化的材料是木头时，换能器48优选使用54kHz的载频工作在脉冲回波模式。这样做能够提供很容易穿透木头的声发射；这种声发射的波长约为3英寸，这一波长对于穿透预计大小的缺陷足够长。当感测的材料是复合木头或制造的其它材料时，相关领域里的技术人员明白可能需要改变载频。为了方便起见，将这里的所有这种材料统称为“木头”。
参考图1和2，扫描设备处理器21中的信号处理器50通过RS-232串行接口52和处理器外壳21内的无线发射机54连接，这一无线发射机54发射和感测到的密度相关的信息给膝上型计算机34的无线接收机38。发射这些数据的一个适当方法是使用包括时间以及和时间相关的密度测量结果的顺序数据对。将这些信息保存在膝上型计算机34的存储器36中供进一步处理，如同将在下文中描述的一样。也可以将信息存储在扫描设备20中，随后通过物理连接下载到计算机34里。
参考图1，已知有系统22这种定位系统，可以从马里兰州Germantown的Multispectral Solutions公司买到牌号为UWB PrecisionAsset Localization(PAL650)的一种合适系统。定位系统22的设置和操作对于位置传感器定位领域里的技术人员而言是公知的，这些内容在出版的文献里有描述。为了方便举出来的一个实例是由Robert J.Fontana、Edward Richley和JoAnn Barney于2003年11月在弗尼吉亚州Reston召开的2003IEEE Conference on Ultra Wideband Systems andTechnologies上发表的，标题为“Commercialization of an UltraWideband Precision Asset Location System”的论文，在这里将这一论文结合进来作为参考。
本发明的系统包括与扫描设备20相关的一个标记器或者标签56，这个标签包括工作于例如6～7GHz的超宽带发射机24。超宽带接收机26放置于被扫描结构的附近。图1中示出了6个接收机26；但是对于不同的建筑物形状和尺寸，可以采用不同的数量和不同的布局。例如，有必要把一些附加的接收机26放在中心位置，离开建筑物墙体，以确保有合适的覆盖。可以将这些接收机放置在不同高度来提高对标签56垂直位置变化的敏感程度，间距一般不应该超过大约75英尺。如下所述，这些接收机接收来自发射机24的信号，包括同步信息、标签信息和纠错信息，并且将关于信号接收时间的信息发送给处理集线器30。处理集线器30利用这一时间差信息来确定标签56在基准框架内的位置。计算机34使用基准标记器的已知位置将这个基准框架与GPS接收机39确定的系统的位置相关联。
下面将联系对图2所示特定立柱16a的扫描，描述本发明的操作过程，这个立柱16a高8英尺，在它的中段有白蚁损伤58，在底端有木腐损伤60。
在能够扫描结构10寻找隐藏损伤前，本系统必须被安装进或者靠近结构10并进行校准。首先，将若干超宽带接收机26放置在被扫描建筑物的内周边，优选在建筑物内，间隔不超过75英尺。根据需要将附加接收机放置在整个建筑物内，以确保要扫描的建筑物的所有部分都在至少4个接收机26的75英尺范围之内。这样做能够确保发射机24发射的信号能够被至少4个接收机26接收到。将GPS接收机39用来准确地确定基准标记器25的位置。接下来，接收机26测量接收到基准标记器25产生的基准信号的时间，从这一信息，非常准确地确定每个接收机26的位置。
扫描设备20也通过感测基准材料的密度来加以校准，其中的基准材料可以是，例如，结构10的侧面12之一中已经通过视觉检查，没有发现损伤的立柱16。也可以将多种不同材料的密度信息保存在计算机34中，从保存的这些数据选择基准密度值。后面的感测不是绝对的，是相对于最初确定的密度的。但是，也可以采用直接测量被扫描材料绝对密度的传感器而不会超出本发明的范围。结构10的二维平面图62和三维呈现(rendering)程序64一起保存在膝上型计算机34的存储器36中，其中的三维呈现程序从平面图62或者按照任意已知方式产生结构10或者它的一些部分的三维表示。
校准以后，按照众所周知的任意方式，或者通过在垂直于立柱16a的方向移动扫描设备，直到密度读数表明相对于空心空间已经检测到立柱16a，以此来确定立柱16a的位置。以立柱16a为中心，将扫描设备20放置在立柱16a的顶端，接近内墙18和天花板的连接处，以大约每秒钟半英尺的速度向下移动。假设大约每秒钟半英尺的速度，当扫描设备20沿着立柱16a以这一速率移动的时候，采用大约10Hz的超声脉冲重复速率来确保合适的密度采样。当扫描设备20沿着立柱16a移动时，它发射和接收超声能量脉冲，这些脉冲穿过内墙18和立柱16a；这一能量的一部分被外覆盖层14以及立柱16的内部缺陷反射，回到扫描设备20，在那里感测它。
扫描设备处理器21内的信号处理器50分析接收到的信号，识别表明偏离校准步骤确定的预期密度的密度变化的信号。还会收到示出存在象钉子或者螺丝一样，将墙体18固定到立柱16a上的紧固件19的信号，可以利用这样的信号在显示器上绘制出这种紧固件19的位置。按照这种方式，用户能够确保将合适数量的紧固件用于紧固内墙18，并且确保它们正确定位。然后通过串行接口52将密度信息传递给无线发射机54，以无线方式发送给膝上型计算机34，在存储器36中保存时间和密度读数的顺序对。也可以在扫描设备20内提供存储设备(未示出)，用于保存这一信息供以后下载到存储器36中。表1列出了虚构的数据，用来说明如何解释接收到的这些数据。
表1
现在参考图2和表1，可以看出感测设备20从立柱16a顶部移动到底部，在16个间隔处的密度测量结果。在上表中，“t”表示时间测量结果，“x”、“y”和“z”是扫描设备20的空间坐标，“d”表示相对密度测量结果。假定立柱16a是8英尺长，在大约16秒内完成扫描；于是，大概每半英尺间隔就有一个测量值。同样，上面的数据仅仅是为了进行说明，实际读数大约每秒十次，因此，从地面到天花板16秒的预计扫描时间会产生大约160个数据对。而且，由于扫描仪横向移动很可能有一些测量偏差；因此，即使是在没有损伤的立柱里也会感测到密度的微小变化。还有，更频繁的采样会检测到立柱16a内紧固件19的存在。图2中画出了紧固件19的表示19’，但是不能从上表中的数据直接得到。
从以上数据可以看出，前6个密度读数，粗略地对应于立柱16的上三英尺，表明立柱16总的来说完好无损。换句话说，立柱16的密度没有偏离以前测量出来的基准密度。但是，在t＝7、t＝8和t＝9的时候测量得到的接下来的三个读数，说明密度下降了，这表明立柱16有损伤。这些损伤对应于如图2所示的白蚁损伤58。从t＝10到t＝13，密度恢复到正常值，然后在最后三个读数处再次下降，表明立柱16a的底部也有损伤。这个损伤对应于立柱16a底部的木腐损伤60。
采集上述密度读数的时候，通过定位系统22跟踪标签56的位置。标签56内的发射机24发射由多个接收机26接收的周期信号。准确地测量来自发射机24的每一个信号到达每一个接收机26的时间，通过菊链以太网将这些时间发射到处理集线器30。处理集线器30使用这些到达时间和每一个接收机26的已知位置来计算出标签56的位置。利用目前的技术这一准确度可以达到大约2cm以内。将每次测量时标签56的x、y和z坐标发送到膝上型计算机34内。这些时间和坐标的实例也在表1中示出，同样，这些数据仅仅用于进行说明。还有，尽管这个表暗示着超宽带发射机24和无线发射机54由同一个时钟控制(可以用一种合适的系统做到这一点)，但是，在所述优选实施例中，实时位置信息是由膝上型计算机34接收的，每次密度测量时刻标签56的实际位置是从这些实时位置信息外推出来的。针对结构10中的每一个立柱16重复这个过程。
表1中的数据描述了大量位置处结构10中部件的密度。使用三维呈现程序64把这些数据绘制到结构10的三维表示上，并在膝上型计算机34上显示出来。计算机辅助设计(CAD)领域的普通技术人员很容易写出呈现程序。在图4中示出膝上型计算机34的屏幕上这样显示的一个实例，它包括立柱16a的图像16a’，说明白蚁损伤58的表示58’以及木腐损伤60的表示60’。尽管在这个图中使用了交叉阴影线，但是可以将不同的颜色用来说明不同的密度和密度范围，以及表明不同的损伤程度。观看者可以使用三维呈现程序在屏幕35上显示的虚拟结构上移动，观看损伤的位置。如果需要，可以用视觉检验这些区域，以便进一步检查检测到的损伤的范围和实质。但是如果没有发现损伤，就可以肯定建筑物是完好无损的，而不会给结构带来任何损伤。
从图4可以看到的上述扫描操作实例参考了图1所示的立柱16。但是，这些立柱16仅仅是用于进行说明。参考图1，所描述的方法和系统也能检查，例如墙体覆盖层14。如果墙体覆盖层14是胶合板或者定向结构板(OSB)，那么这种检查特别有用，因为在立柱16上可检测到的任何攻击之前，白蚁可能先攻击这些材料。检查覆盖层14的一种方法利用上述校准方法，让扫描设备20面对外墙的内表面18，在立柱16之间。随后，在接近地面(没有编号)和天花板(没有编号)的连接处沿垂直方向移动扫描设备20。移动扫描设备20的时候，来自发射机24的超声能量通过干饰面内墙，穿过在立柱之间的空气或者玻璃纤维隔热材料，打到覆盖层14。正如在声音密度检测领域里公知的一样，在每一个介质界面上，例如内墙18和墙内空间17之间的界面上，以及墙内空间17和外覆盖层14之间的界面上，能量被反射回声接收机56。校准针对的是墙内空间17和外覆盖层14之间的界面处由于界面密度尖锐不连续性而产生的强烈反射。覆盖层14的密度变化，例如白蚁损伤所引起的密度变化，将导致反射能量强度的相应变化，从上表1中可以明显地看出这一点。因此，通过在相邻立柱16之间能够够着的位置，垂直扫描内墙表面18，能够检查足够百分比的外覆盖层14看它是否有缺陷，而不必去掉铝制壁板、砖壁板，或者其它外墙材料。
图5示出了用于本发明的系统的一个修改了的支架66，该支架66包括手柄68和垂直地安装在手柄68上的滑动棒70，可以以各种间距将多个扫描设备20安装在上面，由可释放的配件72固定在上面。例如，图5中的设备说明有三个扫描设备20以16英寸的间隔附着在滑动棒70上面，这个间隔是结构中典型立柱16之间的中心间隔。这个间隔可以按照被扫描部件的间隔改变，如果需要，可以采用另外的扫描设备。如上所述，每一个扫描设备20都包括标签56；在这个实例中，每一个标签都广播一个独一无二的ID，由定位系统20识别。本发明的系统按照上面描述的相同方式工作，但是速度是其三倍，因为要使用该系统同时扫描三个立柱16或者其它结构部件。
在这里已经利用优选实施例描述了本发明。对这个实施例的修改和增加部件，对于相关领域的技术人员而言，在阅读和理解了前面的描述以后，都是显而易见的。例如，尽管上面描述的接收机26是利用菊链以太网连接起来的，但是也可以采用集线器或其它装置。此外，还可以采用各种无线发射标准来发送时间和密度信息给膝上型计算机34。还有，尽管本发明使用被测量结构的平面图来生成这一结构的三维表示，但是，可以直接从定位系统22所进行的位置测量直接获得与立柱位置和结构整体布局有关的许多信息。因此，可以在扫描过程中从扫描设备20测量得到的位置直接生成结构的三维表示。
更进一步，上述实例采用了象膝上型计算机一类的计算机34，它具有从扫描设备20接收数据，生成密度表，将这些数据绘制到三维结构10上去，并且显示这些结果的处理和显示能力。一种替换方案是替换膝上型计算机34的数据收集设备，将采集到的数据传递给不在现场的计算机来生成密度表，将这个表绘制到三维结构10上去。这种传递可以是有线方式、抽取式驱动器这种可拆除介质、视距无线连接或者通过卫星上行链路这些形式。只要在本发明的权利要求的范围之内，所有这些明显的修改和增加部件都构成本发明的一个部分。
权利要求
1.一种用于检测对结构的损伤的方法，该结构包括位于第一墙体和第二墙体之间的多个支撑构件，该方法包括提供扫描设备，该扫描设备包括超声换能器和用于检测超声能量的检测器；确定所述第一墙体后面第一支撑构件的位置；邻近所述第一墙体放置所述扫描设备并和所述第一支撑构件对准；在所述第一墙体上移动所述扫描设备，同时把超声能量射向所述第一支撑构件，并且检测反射的超声能量；分析所述反射的超声能量，以确定所述第一支撑构件相对于已知密度的相对密度；以及当所述反射的超声能量表明密度不同于所述已知密度时，记录所述扫描设备的位置。
2.如权利要求1所述的方法，还包括相对于基准确定所述已知密度来校准所述扫描设备。
3.如权利要求1所述的方法，还包括生成所述第一支撑构件的表示，以及所述第一支撑构件上多个位置的每一个位置处所述第一支撑构件的相对密度的指示。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述记录所述扫描设备的位置包括提供用于确定标记器的位置的定位系统，并且将标记器和所述扫描设备联系起来。
5.如权利要求1所述的方法，还包括检测所述第一支撑构件内紧固件的存在。
6.如权利要求3所述的方法，还包括检测所述第一支撑构件内紧固件的存在，并在生成的所述第一支撑构件的表示上生成所述紧固件的表示。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述生成所述第一支撑构件的表示包括以下步骤提供所述结构的二维表示，并且提供程序，所述程序用于基于所述结构的所述二维表示来生成所述结构的三维表示。
8.如权利要求1所述的方法，还包括以无线方式向具有处理器的计算机发射表明所述反射的超声能量的信号。
9.如权利要求4所述的方法，其中所述标记器包括超宽带发射机，并且其中所述提供定位系统包括提供多个超宽带接收机，将所述多个超宽带接收机和处理器相连，并且计算来自所述超宽带发射机的信号到达所述多个超宽带接收机一个子集的到达时间。
10.一种绘制结构状况图的方法，该结构包括被至少一个墙体覆盖的多个支撑构件，该方法包括将结构表示保存在计算机里；检测多个支撑构件上多个地点处的支撑构件密度；确定所述多个地点中每一个地点的位置；将所述多个地点绘制到所述结构的表示上去；以及在所述结构的表示上指示出所述多个地点中每一个地点处的所述支撑构件密度。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述测量多个支撑构件上多个地点处的支撑构件密度包括提供超声换能器，发射超声脉冲通过所述至少一个墙体和所述多个构件中每一个构件上所述多个地点的每一个地点，并且检测所述超声脉冲的反射。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述确定所述多个地点中每一个地点的位置包括提供用于确定标记器在基准框架内的位置的定位系统，把标记器和所述超声换能器联系起来，并且当所述超声换能器位于所述多个地点中每一个地点处的时候，记录所述标记器在所述基准框架内的位置。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述在所述结构的表示上指示出所述多个地点中每一个地点处的所述支撑构件密度包括在所述表示上对应于所述多个地点之一的一个位置处，显示与多个预定密度范围相联系的多个颜色之一。
14.一种绘制结构状况图的系统，该结构包括由墙体覆盖的多个支撑构件，该系统包括具有存储器的计算机处理器；定位系统，用于确定标记器在基准框架内的位置，并把所述位置传送到所述计算机处理器；密度传感器，与所述计算机处理器通信；以及标记器，与所述密度传感器相联系。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述定位系统包括位于所述基准框架内多个已知位置处的多个接收机。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述接收机包括超宽带接收机。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述标记器包括发射机。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述标记器包括超宽带发射机。
19.如权利要求17所述的系统，其中所述密度传感器包括超声换能器。
20.如权利要求14所述的系统，其中所述定位系统还包括基准发射机。
21.如权利要求14所述的系统，还包括在所述存储器内保存的所述结构的二维表示。
22.如权利要求21所述的系统，包括与所述计算机相联系的三维模型生成器。
23.一种用于绘制结构状况图的系统，该结构包括多个支撑构件，该系统包括具有存储器的计算机处理器；保存在所述存储器内的所述结构的二维模型；与所述计算机相联系的三维模型生成器；定位系统，用于确定标记器在基准框架内的位置，并且把所述位置传送给所述计算机处理器，所述定位系统包括多个超宽带接收机；密度传感器，包括与所述计算机处理器通信的超声换能器；以及与所述密度传感器相联系的超宽带发射机。
24.一种用于绘制结构状况图的系统，该结构包括由墙体覆盖的多个支撑构件，该系统包括处理器装置；定位装置，用于确定标记器在基准框架内的位置，并把所述位置传送给所述处理器装置；密度感测装置，连接到所述处理器装置；以及与所述密度感测装置相联系的标记器。
25.如权利要求24所述的系统，其中所述定位装置包括多个接收机装置。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述密度感测装置包括超声换能器。
27.如权利要求26所述的系统，其中所述标记器包括超宽带发射机。
28.一种损伤检测方法，用于检测对彼此面对并且包围多个支撑构件的第一墙体和第二墙体之一的损伤，该方法包括提供扫描设备，该扫描设备包括超声换能器和用于检测超声能量的检测器；确定所述第一墙体后面第一支撑构件的位置；邻近所述第一墙体、横向偏离所述第一支撑构件来放置所述扫描设备；在所述第一墙体上移动所述扫描设备，同时把超声能量射向所述第二墙体，并且检测反射的超声能量；分析所述反射的超声能量，以确定所述第二墙体相对于已知密度的相对密度；以及当所述反射的超声能量表明密度不同于所述已知密度时，记录所述扫描设备的位置。
29.如权利要求28所述的方法，还包括确定所述第一墙体后面第二支撑构件的位置，其中所述邻近所述第一墙体，横向偏离所述第一支撑构件来放置所述扫描设备的步骤，把所述扫描设备放置在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间对准的位置处。
30.如权利要求28所述的方法，其中所述记录所述扫描设备的位置包括提供用于确定标记器的位置的定位系统，并把标记器和所述扫描设备联系起来。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述标记器包括超宽带发射机，并且其中所述提供定位系统包括提供多个超宽带接收机，把所述多个超宽带接收机和处理器连接起来，并计算来自所述超宽带发射机的信号到达所述多个超宽带接收机一个子集的到达时间。
32.如权利要求29所述的方法，其中所述记录所述扫描设备的位置包括提供用于确定标记器的位置的定位系统，并把标记器和所述扫描设备联系起来。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述标记器包括超宽带发射机，并且其中所述提供定位系统包括提供多个超宽带接收机，把所述多个超宽带接收机和处理器连接起来，并计算来自所述超宽带发射机的信号到达所述多个超宽带接收机一个子集的到达时间。
全文摘要
公开了绘制结构状况图的一种系统，该结构包括由墙体覆盖的多个支撑构件，该系统包括具有存储器的计算机处理器，保存在存储器里的结构的二维模型，以及与所述计算机相联系的三维模型生成器。包括超声换能器的密度传感器连接到所述计算机处理器，并配备了超宽带发射机。提供定位系统用于确定超宽带发射机在基准框架中的位置，从而确定密度传感器的位置，并且将这一位置传送给计算机处理器，计算机处理器则在结构的三维模型上显示密度表示。还公开了绘制结构状况图的一种方法。
文档编号G01N9/00GK101076704SQ200580009127
公开日2007年11月21日 申请日期2005年1月19日 优先权日2004年1月26日
发明者理查德·杰斯蒙斯 申请人:理查德·杰斯蒙斯