一种隧道病害检测装置的制作方法

本实用新型涉及隧道检测设备技术领域，尤其是一种隧道病害检测装置。

背景技术：

目前国内运营地铁里程已达到1500公里。随着社会主义现代化发展的步伐，预计到2020年中国城市轨道交通预计将达到6100公里。地铁运营过程中，以混凝土材料为主的隧道结构出现渗漏水或者裂缝、剥落等表观缺陷，以及隧道断面形变，都是无法避免的病害现象，而且病害的长期发展对隧道的安全性造成不可逆转的负面影响。因此，在地铁运营中对隧道结构的维护是为保障隧道长期运营的必要手段。

目前运营隧道的日常监测工作，大多离不开人工作业。例如，隧道衬砌裂缝的检测，是采用人工肉眼识别，然后用标尺测量，相机拍照记录裂缝特质形态，人工记录裂缝位置信息。对于拱腰以上和拱顶的衬砌裂缝检测，则需要采用脚手架或者高空升降平台车，检测人员才能近距离接触到隧道内壁，采用手电筒照明，肉眼查看拱腰和拱顶的病害。该方法检测到的衬砌裂缝准确率低，容易漏检，在检测工程中，人员安全性差，检测效率低，1公里隧道10个人需要1小时完成。因此，迫切需要开发一种地铁隧道病害信息采集装置，以实现病害信息的快速准确采集，提高病害监测工作的效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种隧道病害检测装置，实现病害信息的快速准确采集，提高病害监测工作的效率。

为了实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：

本实用新型的隧道病害检测装置包括搭载于轨道车辆上的控制系统和数据采集系统，所述数据采集系统包括安装在主体支撑架上的检测装置和辅助光源装置，所述检测装置包括扇形托架，所述扇形托架上设有多个扇形分布的托盘盒，所述托盘盒内集成安装多个检测模块，相邻两个所述托盘盒的分布角度保证检测模块的视场重合距离不低于20cm弧长，所述扇形托架的两侧设置所述辅助光源装置，所述辅助光源装置包括扇形光源架，所述扇形光源架上设有多个扇形分布的光源盒，多个所述光源盒拼接成一条圆弧形光源带。

本实用新型所述主体支撑架作为检测装置和辅助光源装置的高度调节装置，所述主体支撑架的主体由标准铝型材搭建而成。

本实用新型所述扇形托架包括安装在主体支撑架上的支座、支撑件以及扇形分布的承托件，所述支撑件的一端固定在所述支座上，所述支撑件的另外一端借助连接板与所述承托件固定连接，所述承托件的两端均设有托盘夹板，所述托盘盒由两个所述托盘夹板夹持固定，所述托盘夹板作为托盘盒的位置微调装置。

本实用新型所述托盘夹板上设有竖向腰孔，所述竖向腰孔内置有锁紧螺栓，所述托盘盒的两侧面设有与所述锁紧螺栓配合的安装孔位，所述托盘盒借助所述锁紧螺栓锁紧固定。

本实用新型所述支撑件和承托件均为标准铝型材，所述支撑件为五个且均匀固定在所述支座上，所述承托件为六个且呈扇形分布，所述连接板为T形板且为两个并对称布置，每两个相邻的承托件的端部以及对应的支撑件的端部通过两个所述T形板夹持固定连接。

本实用新型所述托盘盒包括底盘和安装在底盘上的端盖，所述底盘内设有用于集成安装检测模块的安装板，所述托盘盒内集成的检测模块包括隧道曲率分析相机、工业面阵CCD相机、激光测距仪、惯性导航仪和线型激光器。

本实用新型所述底盘的上端沿向内延伸出连接耳，所述安装板螺接到所述连接耳上，所述安装板和连接耳之间设有抗震配件。

本实用新型所述连接板上固定有激光器托架，所述激光器托架为倒U形支架，所述倒U形支架的顶部安装有激光器托块，所述倒U形支架的两个端脚夹持固定在两个所述连接板的外侧面上，每个所述端脚上均设有定位孔和安装孔。

本实用新型所述控制系统通过蓄电池经逆变器为所述数据采集系统提供电力能源。

本实用新型所述轨道车辆设有定位触发模块，所述定位触发模块用于轨道车辆的定位以及触发数据采集系统。

本实用新型的隧道病害检测装置的有益效果是：

1.本实用新型的隧道病害检测装置包括搭载于轨道车辆上的控制系统和数据采集系统，数据采集系统用于采集隧道表面病害数据并传输给控制系统，控制系统用于实时预览病害数据、参数设定和数据存储，轨道车辆运行在隧道内的轨道上，运行过程中数据采集系统自动采集隧道内表面病害，替代了人工检测，检测效率和精度大大提高；

2.本实用新型的扇形托架上设有多个扇形分布的托盘盒，托盘盒内集成安装多个检测模块，相邻两个托盘盒的分布角度保证检测模块的视场重合距离不低于20cm弧长，这样可以全面覆盖隧道内表面检测区域，防止漏检；

3.本实用新型的扇形托架的两侧设置辅助光源装置，辅助光源装置可以进行检测时的补光，提高检测精度；

4.本实用新型的隧道病害检测装置采用大量标准化铝型材搭建，由于每一根铝型材本身具有可在任意位置进行连接固定的特点，使得安装结构具有很高的灵活性、通用性，通过通用的连接配件就可以添加诸多设备或结构件附加安装到支架上，特别适用于试验阶段等方案多变化性的需求场合，也可作为成型化产品使用；

5.本实用新型的隧道病害检测装置安装稳固、可调节且安装点位多，可以保障检测模块的安全稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实施例的隧道病害检测装置的整体结构示意图；

图2是本实施例的数据采集系统的结构示意图；

图3是本实施例的检测装置的结构示意图；

图4是本实施例的扇形托架的结构示意图；

图5是本实施例的托盘盒的结构示意图；

图6是本实施例的激光器托架的结构示意图。

其中：轨道车辆1，定位触发模块11；控制系统2；数据采集系统3；主体支撑架4；检测装置5；辅助光源装置6；托盘盒7，底盘71，端盖72，安装板73；光源盒8；扇形托架9，支座91，支撑件92，承托件93，托盘夹板94，连接板95，激光器托架10。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-6所示，本实施例的隧道病害检测装置包括搭载于轨道车辆1上的控制系统2和数据采集系统3，工作状态下轨道车辆1运行速度可达35kM/h，非检测状态下，在符合相关规定的前提下不限制轨道车辆1运行速度，数据采集系统3用于采集隧道表面病害数据并传输给控制系统2，控制系统2用于实时预览病害数据、参数设定和数据存储。

本实施例的轨道车辆1设有定位触发模块11，定位触发模块11用于轨道车辆1的定位以及触发数据采集系统3，定位触发模块11可以采用激光传感器，激光传感器采集到的信号发送给控制系统2，由控制系统2判断隧道车辆的位置以及启动数据采集系统3，同时定位触发模块11还能实现病害部位精确定位，隧道病害的位置与隧道车辆行驶过的某一位置对应。

本实施例的数据采集系统3包括安装在主体支撑架4上的检测装置5和辅助光源装置6，隧道表面病害数据通过检测装置5和辅助光源装置6配合采集隧道表面病害数据，控制系统2将数据采集预处理后存储至控制系统2的固态硬盘中。

其中，检测装置5包括扇形托架9，扇形托架9上设有多个扇形分布的托盘盒7，托盘盒7内集成安装多个检测模块，具体地，托盘盒7包括底盘71和安装在底盘71上的端盖72，底盘71内设有用于集成安装检测模块的安装板73，托盘盒7内集成的检测模块包括隧道曲率分析相机、工业面阵CCD相机、激光测距仪、惯性导航仪和线型激光器，隧道曲率分析相机用于隧道曲率图像数据采集，工业面阵CCD相机用于对隧道表面病害图像数据采集，激光测距仪用于测量工业面阵CCD相机与隧道表面距离并记录，惯性导航仪可实现对托盘盒7在运动过程中振动数据的监测，以便软件对图像抖动进行修正补偿，线型激光器用于辅助隧道曲率相机获取隧道曲率数据。工作状态下，工业面阵CCD相机靶面距离隧道壁径向距离为2.2m至2.5m范围，托盘盒7之间分布角度约为35度，相机采用35mm尼康镜头，分布角度保证相邻2组托盘盒7内的相机视场重合距离不低于20cm弧长，此重合段用做图片数据的融合、拼接、定位等处理，本实施例中的托盘盒7的具体数量可以根据所需求拍摄弧面幅度而定，只需融合幅面不低于20cm分布即可，该扇形分布结构的检测装置5能够完全覆盖待检测的隧道内壁，提高检测精度。

优选的，底盘71的上端沿向内延伸出连接耳，安装板73螺接到连接耳上，安装板73和连接耳之间设有抗震配件，如橡胶垫、工程泡沫等辅助配件，提高了相机等传感设备的抗振能力，此外，底盘71开有出线口，便于检测模块出线。

其中，辅助光源装置6设置在扇形托架9的两侧，辅助光源装置6包括扇形光源架，扇形光源架上设有多个扇形分布的光源盒8，多个光源盒8拼接成一条圆弧形光源带，其中，光源盒8用于提供光照度，光源盒8的灯罩带有凹槽，可进行拼接组合成光带，此外光源盒8采用合金铝材质制成，具有重量轻、强度高等特点。光源盒8的灯罩反光面采用纳米喷涂处理，纳米涂层反射率可高达10％以上，漫反射率高达到94％左右，大大提高了光线利用率。

本实施例的主体支撑架4作为检测装置5和辅助光源装置6的高度调节装置，主体支撑架4的主体为标准铝型材，同时借助金属蹄脚、钣金件和辅助连接件进行搭建，具体地，使用6根80*80铝型材作为竖直方向主体，7根稍短的80*80铝型材做底座，中间加入40*40铝型材做横梁以及斜撑增加结构的稳定牢固性。由于每一根铝型材本身具有可在任意位置进行连接固定的特点，使得主体支撑架4具有很高的灵活性和通用性，便于调节检测装置5和辅助光源装置6的高度，此外，通过通用的连接配件可以添加其他设备或结构件附加安装到主体支撑架4上，特别适用于试验阶段等方案多变化性的需求场合，也可作为成型化产品使用。

本实施例的扇形托架9包括安装在主体支撑架4上的支座91、支撑件92以及扇形分布的承托件93，其中支撑件92和承托件93均为标准铝型材，支撑件92的一端固定在支座91上，支撑件92的另外一端借助连接板95与承托件93固定连接，具体地，支撑件92为五个且均匀固定在支座91上，承托件93为六个且呈扇形分布，连接板95为T形板且为两个并对称布置，每两个相邻的承托件93的端部以及对应的支撑件92的端部通过两个T形板夹持固定连接。支座91包括两块夹板，支座91采用45#钢制成，并配有标准连接件进行固定。夹板开有槽，槽深约2～3mm，支撑件92的一端是夹持在两块夹板之间并由夹板上的槽限位，夹板上的槽能有效定位型材，便于安装和固定，增加整体牢固性，夹板采用焊接、镀锌处理，增强牢固性、防锈蚀能力。

为了满足托盘盒7分布的角度要求和对视场融合带融合范围的要求，通过计算得到理论排布角度，在满足使用精度的前提下设计出扇形托架9。由于检测模块分布对角度误差比较敏感，扇形托架9采用铝型材切割精度能够达到分布要求的精度且拆装方便、配件易购，可大大减少制造成本，缩短供货周期。此外，采用合适规格的铝型材可满足设计强度需求，扇形托架9采用铝型材带角度切割后配常用内置连接销进行组装。

本实施例的承托件93的两端均设有托盘夹板94，托盘盒7由两个托盘夹板94夹持固定，托盘夹板94作为托盘盒7的位置微调装置，具体地，托盘夹板94上设有竖向腰孔，竖向腰孔内置有锁紧螺栓，托盘盒7的两侧面设有与锁紧螺栓配合的安装孔位，托盘盒7借助锁紧螺栓锁紧固定，托盘夹板94设计有一定的高度调节余量，便于在设备调节中进行微调，从而提高了了检测模块的数据采集精度。

本实施的连接板95上固定有激光器托架10，激光器托架10为倒U形支架，倒U形支架的顶部安装有激光器托块，倒U形支架的两个端脚夹持固定在两个连接板95的外侧面上，每个端脚上均设有定位孔和安装孔，激光器托架10作为融合图像定位的激光传感器的安装架，要确保激光器安装牢固。激光器托块设有容纳激光传感器的通孔和限位螺钉，可通过限位螺钉对激光传感器进行限位、锁紧。激光器托架10由定位孔进行定位安装角度，定位孔孔径略大于扇形托架9上安装用的标准平垫圈外径。安装时，标准平垫圈卡入到定位孔里，相当于起到定位销的作用，安装孔在安装时兼顾了限位、固定的作用。此设计便于激光器托架10的安装、拆卸，且无需另行设计激光器托架10定、限位结构，减少设计、加工成本。

本实施例的控制系统2通过蓄电池经逆变器为数据采集系统3提供电力能源，在电池充满状态下，系统满负荷运作时间不低于2h，满足大部分地铁隧道一次性数据完全采集的需求。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。