桥梁混凝土结构缺陷无损检测系统及其检测方法与流程

本发明涉及桥梁结构无损检测技术领域，特别涉及一种桥梁混凝土结构缺陷无损检测系统及其检测方法。

背景技术：

公路桥梁在建设及服役期，由于施工原因或服役过程中受超载、温度剧变等可能产生内部空洞、裂缝等缺陷，使结构的承载能力或耐久性受到影响；若得不到及时的检测和维修加固，将会影响桥梁的运营安全，因此，对桥梁混凝土隐蔽性缺陷进行必要的检测，显得十分必要，也有其现实意义。

红外热成像技术，是利用各种探测器来接收物体发出的红外辐射，再进行光电信息处理，最后以数字、信号、图像等方式显示出来，并加以利用的探知、观察和研究各种物体的一门综合性技术。它涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。该技术可广泛应用于工业、农业、医疗、消防、考古、交通、地质领域。

红外无损检测是测量通过物体的热量和热流来鉴定该物体质量的一种方法，当物体内部存在裂缝和缺陷时，它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别，利用红外成像仪测量它的不同热辐射，可以确定物体的缺陷位置，以达到检测缺陷的目的。利用红外热成像法，可以灵敏地探测到导热系数小，表面热辐射率大的混凝土材料的红外辐射。当混凝土结构存在某种缺陷时，由于缺陷类型形态及分布不同造成材料导热系数、质量热容性能的局部变化而影响红外辐射量，直接导致表面温度发生变化，使热像图上出现温差等异样。当有缺陷的混凝土受到太阳辐射时，有缺陷的混凝土结构由于缺陷的存在，大量的空气混入，与密实部位相比，热流传入受到阻碍，造成表层温度升高而在红外热像上出现“热斑”，其范围和程度反映了该部位的受害程度及范围。这种检测方式存在诸多不足：其一，太阳辐射造成的桥梁混凝土结构升温不够明显，有缺陷的区域和无缺陷的区域的红外热像差异极小，就是采用精度非常高的仪器也未必能检测出来，而且高精度的仪器价格非常昂贵，也造成检测成本的大幅增加；其二，由于有缺陷的区域和无缺陷的区域的红外热像差异极小，导致检测结果不够精确，甚至误判，不能很好的反应出桥梁的缺陷；其三，该检测方法必须在环境温度变化快的时候进行，检测时间受限，不能随时对桥梁进行检测。因此，即使使用精度高的红外热像仪器，也难于运用在检测工作中。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于提供一种精度高、成本低的桥梁混凝土结构缺陷无损检测系统。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种桥梁混凝土结构缺陷无损检测系统，包括加热单元、摄像单元和图像处理单元，所述的加热单元用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速加热，摄像单元用于获取加热后的桥梁混凝土结构表面红外图像谱，图像处理单元用于接收摄像单元获取的红外图像谱并进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：当待检测桥梁混凝土结构内部存在缺陷时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度存在差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置加热单元，对待检桥梁结构进行快速加热，形成较大温差，可使用低精度的摄像单元就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测的准确性，另一方面因无需使用高精度的摄像单元，大大降低了成本。

本发明的另一个目的在于提供一种精度高、成本低的桥梁混凝土结构缺陷无损检测方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种桥梁混凝土结构缺陷无损检测方法，包括如下步骤：(A)加热单元对待检测桥梁混凝土结构进行加热，加热至设定温度或时间后停止加热；(B)摄像单元获取加热后的的桥梁混凝土结构红外图像谱并输出至图像处理单元；(C)图像处理单元对红外图像谱进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：当待检测桥梁混凝土结构内部存在缺陷时，摄像单元获取到的红外图像谱的温度存在差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置加热单元，对待检桥梁结构进行快速加热，形成较大温差，可使用低精度的摄像单元就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测的准确性，另一方面因无需使用高精度的摄像单元，大大降低了成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1，一种桥梁混凝土结构缺陷无损检测系统，包括加热单元10、摄像单元20和图像处理单元30，所述的加热单元10用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速加热，摄像单元20用于获取加热后的桥梁混凝土结构表面红外图像谱，图像处理单元30用于接收摄像单元20获取的红外图像谱并进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。当待检测桥梁混凝土结构内部存在缺陷时，摄像单元20获取到的红外图像谱的温度存在有差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置加热单元10，对待检桥梁结构进行快速加热，形成较大温差，可使用低精度的摄像单元20就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测的准确性，另一方面因无需使用高精度的摄像单元20，大大降低了成本。

加热单元10的结构有很多种，可以采用电加热等各种加热方式，本实施例中采用一种较为方便且效果良好的加热方式，那就是压力蒸汽进行加热。优选地，所述的加热单元10包括蒸汽机12、蒸汽加压泵13和储气罐14，水源40通过第一阀门11与蒸汽机12相连，第一阀门11和水源40的设置，方便向蒸汽机12中加水，水经过加热单元10加热气化及加压后转变为压力蒸汽，通过管道喷射到待检测桥梁混凝土结构的表层对桥梁进行加热。通过高温压力蒸汽对桥梁结构进行加热有诸多好处：其一，在浇灌过程中，压力蒸汽一直处在桥梁结构的表层，对桥梁进行持续加热；其二，由于这里采用的是压力蒸汽进行加热，这样不论桥梁的结构是怎样的，都能够适用，而采用电加热板的方式则不行；其三，压力蒸汽的温度比较高，加热效果好；其四，热蒸汽能够形成一层隔热层，避免加热过程中热量挥发，提高加热效果。

优选地，为了方便监控加热效果，所述的待检测桥梁混凝土结构上设置有温度传感器50用于采集加热时桥梁的温度，温度传感器50采集到的温度超过设定阈值时加热单元10停止加热且摄像单元20开始工作采集红外图像谱。设置温度传感器50之后，可以方便的获取到加热后的桥梁结构温度，也就能在合适的时候停止加热，进行下一步处理。当然，也可以不设置温度传感器50，加热一定时间后停止加热也是可以的，但是这样的精度会小于设置温度传感器50的方案。

具体地，摄像单元20和图像处理单元30可以通过很多电路或元器件来实现，本实施例中，所述的摄像单元20为红外热像仪，图像处理单元30为计算机或工控机，红外热像仪采集到的红外图像谱输出至计算机或工控机上，计算机或工控机对接收到的红外图像谱进行分析、处理得到桥梁缺陷信息。

本发明还公开了一种如前所述的桥梁混凝土结构缺陷无损检测系统的检测方法，包括如下步骤：(A)加热单元10对待检测桥梁混凝土结构进行加热，加热至设定温度或时间后停止加热；(B)摄像单元20获取加热后的桥梁混凝土结构红外图像谱并输出至图像处理单元30；(C)图像处理单元30对红外图像谱进行分析处理后得到桥梁缺陷信息。同样地，该步骤中，通过设置加热单元10，对待检测桥梁混凝土结构进行加热，提高这种差异，再使用低精度的摄像单元20就能获取到理想的红外图像谱，一方面提高了检测精度，另一方面无需使用高精度的摄像单元20，降低了成本。

优选地，所述的步骤A中，所述的加热单元10包括蒸汽机12、蒸汽加压泵13和储气罐14，水源40通过第一阀门11与蒸汽机12相连，水经过加热单元10加热气化及加压后转变为压力蒸汽，通过管道喷射到待检测桥梁混凝土结构的表层对桥梁进行加热。这样设置加热单元10的好处，前面已经详细叙述过，这里就不再赘述。

优选地，所述的步骤B中，摄像单元20为红外热像仪，步骤C中，图像处理单元30为计算机或工控机；计算机或工控机通过如下步骤对红外图像谱进行分析处理：(C1)操作人员向图像处理单元30中输入待检测桥梁混凝土结构的基本参数，图像处理单元30根据基本参数建立无缺陷的标准模型；(C2)操作人员将步骤A中的加热位置、加热温度或时间输入至图像处理单元30中，图像处理单元30根据接收到的信息将标准模型模拟加热后获得标准红外图像谱；(C3)图像处理单元30将摄像单元20输出的待检测测桥梁混凝土结构的实际红外图像谱与步骤C2中的标准红外图像谱进行色彩比对；(C4)将红外图像谱上各位置的色彩差异对应到桥梁结构上，色彩差异越大，表示该位置处桥梁结构的缺陷越大，色彩差异小于设定阈值，表示该位置处桥梁结构无缺陷。由于在实施加热时，喷头16可能通过其他支架固定在桥梁结构的某一位置处，这样，喷头16所在位置与其他位置之间也存在一定的温差，这会影响到最终的检测结果精度，为了消除这个影响因素，这里在图像处理单元30中建立标准的无缺陷模型，然后根据加热位置、加热温度或时间套入到该标准模型中，计算获得标准红外图像谱，最后将采集到的红外图像谱与标准红外图像谱对比，这样检测结果的精度就有了保障，不会因为加热源位置、或加热温度的不同导致检测结果的不同。