本发明涉及集装箱箱体检测技术领域，尤其涉及一种集装箱空箱的检测方法、系统及检测仪。
背景技术：
当车辆进出港口时，需要对集装箱进行相关检查(集装箱内部是否有物体)。现有的集装箱空箱检测方法都是采用人工检查，由于港口进出车辆较多，需要安排大量的人力进行检查，导致运营成本较高；集装箱在检查的过程中需要开、关箱门，导致检查效率低，而且排队待检的车辆需要占用大量的场地，容易造成通道堵塞；当集装箱内部藏有夹层时，通过人工检查难以发现；另外，针对不同的车辆，有不同的规范程度和检查标准，人工检查难免有所不足，而且人工检查存在一定的人为因素(徇私舞弊)，影响检查的准确性，如果涉及国家的安全和利益，则后果不堪设想。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种自动化的集装箱空箱的检测方法、系统及检测仪。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种集装箱空箱的检测方法，包括：声波产生步骤：通过激励仪在箱外激励集装箱箱体的底梁，使集装箱箱体振动，振动后的集装箱内部会产生声波；声波采集步骤：通过声波采集传感器接触集装箱箱体的外表面，采集集装箱内部产生的声波；声波分析步骤：根据采集到的声波搭建集装箱内部声场模态，与预设的空箱声场模态进行对比，若相同则判断为空箱，反之则判断为集装箱内部有物体。
其中，所述声波分析步骤包括：夹层判断子步骤：当集装箱内部有物体时，继续判断集装箱内部声场模态与预设的带夹层声场模态是否相同，若相同则判断为集装箱内部有夹层，反之则判断为集装箱内部无夹层。
其中，所述夹层判断子步骤之前还包括：集装箱内部声场模态搭建子步骤：集装箱内部声场模态获得子步骤：通过有限元法将声场空间离散化，并联立振动方程和车身壁板振动方程，得到如下声场模态分析方程：
其中，kss,css,mss分别为集装箱壁板的刚度、阻尼、车身壁板结构质量的矩阵，kaa,caa,maa分别为车内声场的刚度、阻尼、车内声场的等效质量，
b＝lnt；
其中，上标e表示单元矩阵，l、n、s分别为散度、压力形函数矩阵和噪声与结构的接触边界面积，∫d()代表积分，v0l为积分下限，上标t代表转置矩阵，β是声阻抗率，c0为空气中声传播速度，b为散度和压力形函数矩阵的乘积。
本发明提供的另一种方案为：
一种集装箱空箱的检测系统，包括：声波产生模块：通过激励仪在箱外激励集装箱箱体的底梁，使集装箱箱体振动，振动后的集装箱内部会产生声波；声波采集模块：通过声波采集传感器接触集装箱箱体的外表面，采集集装箱内部产生的声波；声波分析模块：根据采集到的声波搭建集装箱内部声场模态，与预设的空箱声场模态进行对比，若相同则判断为空箱，反之则判断为集装箱内部有物体。
其中，所述声波分析模块包括：夹层判断子模块：当集装箱内部有物体时，继续判断集装箱内部声场模态与预设的带夹层声场模态是否相同，若相同则判断为集装箱内部有夹层，反之则判断为集装箱内部无夹层。
其中，所述声波分析模块还包括：集装箱内部声场模态搭建子模块：通过有限元法将声场空间离散化，并联立振动方程和车身壁板振动方程，得到如下声场模态分析方程：
其中，kss,css,mss分别为集装箱壁板的刚度、阻尼、车身壁板结构质量的矩阵，kaa,caa,maa分别为车内声场的刚度、阻尼、车内声场的等效质量，
b＝lnt；
其中，上标e表示单元矩阵，l、n、s分别为散度、压力形函数矩阵和噪声与结构的接触边界面积，∫d()代表积分，v0l为积分下限，上标t代表转置矩阵，β是声阻抗率，c0为空气中声传播速度，b为散度和压力形函数矩阵的乘积。
本发明提供的另一种方案为：
一种采用上述检测方法的集装箱检测仪，包括定位装置以及安装在其端部的空箱检测装置，其中，所述定位装置用于将空箱检测装置移动至集装箱箱体底梁位置，所述空箱检测装置包括激励仪、声波采集传感器。
其中，所述声波采集传感器上涂覆有超声波传导介质。
本发明的有益效果为：利用集装箱检测仪通过上述步骤可以实现自动化检测，减少人力投入，降低运营成本，而且自动化检测可以规避因人为因素而造成的重大损失，保证了检测的准确性；空箱检测装置在检测集装箱的过程中，无须开、关箱门，提高了检测效率，有效地避免了因车辆排队待检而造成通道堵塞；通过对比实测的集装箱内部声场模态与预设的声场模态，可以准确判断空箱和夹层的情况，提高了检测的准确性。
附图说明
图1是本发明所述集装箱空箱的检测方法实施例的整体流程图；
图2是本发明所述集装箱检测仪实施例的立体示意图；
1、集装箱检测仪；11、定位装置；12、空箱检测装置；121、激励仪；122、声波采集传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，本发明实施例公开了一种集装箱空箱的检测方法，包括：s1声波产生步骤：通过激励仪在箱外激励集装箱箱体的底梁，使集装箱箱体振动，振动后的集装箱内部会产生声波；s2声波采集步骤：通过声波采集传感器接触集装箱箱体的外表面，采集集装箱内部产生的声波；s3声波分析步骤：根据采集到的声波搭建集装箱内部声场模态，与预设的空箱声场模态进行对比，若相同则判断为空箱，反之则判断为集装箱内部有物体。
请参照图2，本发明实施例还公开了一种采用上述检测方法的集装箱检测仪1，包括定位装置11以及安装在其端部的空箱检测装置12，其中，所述定位装置11用于将空箱检测装置12移动至集装箱箱体底梁位置，所述空箱检测装置12包括激励仪121、声波采集传感器122。
在本实施例中，所述s1声波产生步骤具体包括：通过激励仪121在箱外激励集装箱箱体的底梁，使集装箱箱体振动，振动后的集装箱内部会产生声波。
在本实施例中，所述s2声波采集步骤具体包括：通过声波采集传感器122接触集装箱箱体的外表面，采集集装箱内部产生的声波，所述声波采集传感器122上涂覆有超声波传导介质。超声波传导介质用于充填采集传感器与集装箱箱体之间的微小空隙，防止空隙间的微量空气或杂质影响声波的穿透。通过超声波传导介质的“过渡”作用，减小了声波采集传感器122与集装箱箱体之间的声阻抗差，从而减小了声波能量在采集过程中的反射损失。超声波传导介质具有润滑的效果，减小了声波采集传感器122与集装箱箱体之间的摩擦，使声波采集传感器122更灵活的滑动。
在本实施例中，所述s3声波分析步骤包括：夹层判断子步骤：当集装箱内部有物体时，继续判断集装箱内部声场模态与预设的带夹层声场模态是否相同，若相同则判断为集装箱内部有夹层，反之则判断为集装箱内部无夹层。
在本实施例中，所述s3声波分析步骤包括：混响曲线图生成子步骤，通过计算混响时间，获得混响曲线图。
混响是指声源停止发声后，声波遇到障碍发生反射形成的残留现象。衰减的过程即混响时间，吸声量越快，衰减越快；集装箱容积越大，衰减越慢。当室内声场达到稳态后，声源停止发声，集装箱内部声压级按线性规律衰减。
由声源直接辐射到室内空间，未经任何反射的声场称为直达声场，而经过室内界面一次或多次反射之后称为混响声场；在室内声场中，可以找到一个临界距离，在这一距离上的各点，直达声场与混响声场的作用相等，我们把这一距离称为临界距离或混响半径。
吸声量有两部分：集装集装箱内部表面吸声量，集装集装箱内部物体吸声量。
在本实施例中，所述s3声波分析步骤还包括：脉冲透射衰减比率获得子步骤：通过计算声透射系数，获得脉冲透射衰减比率。
脉冲透射衰减利用固态介质与气态介质两种情况下入射到集装箱壁的声能透射衰减的差异性所导致的回波时长实现空箱的检测。脉冲透射衰减即一部分能量透射到集装箱内部介质中，另一部分能量残留在集装箱壁来回反射，在透射与反射中形成余震，直到能量衰减耗尽为止。从集装箱透射到内部空气中，再到集装箱中物体透射，根据固体和气体的声阻抗不同，有不同的声透射系数。
在本实施例中，所述s3声波分析步骤还包括：辐射阻尼值获得子步骤：通过计算集装箱壁与空气接触面速度响应分布函数、向空气介质远场辐射能量、集装箱表面平均等效速度、集装箱振动总能量及声阻尼耗散系数，获得辐射阻尼值。
当振动的物体带动周围的介质运动时，振动物体的一部分能量以波的形式传播出去，能量转化为非机械能或者其他形式传递给周围介质。结构的振动响应与其周围流动介质有关，如空气等，能导致噪声向流体介质辐射，使结构的固有频率和振型产生明显变化。
结构的振动响应与周围的流动介质有关，介质会改变结构的响应特性，流体介质的阻尼影响取决于介质的密度、振动波在介质中的传播速度以及结构本身的质量和刚度特性。由此可以判断声辐射阻尼对测量结果的影响。
在本实施例中，所述夹层判断子步骤之前还包括：集装箱内部声场模态搭建子步骤：通过有限元法将声场空间离散化，并联立振动方程和车身壁板振动方程，得到如下声场模态分析方程：
其中，kss,css,mss分别为集装箱壁板的刚度、阻尼、车身壁板结构质量的矩阵，kaa,caa,maa分别为车内声场的刚度、阻尼、车内声场的等效质量，
b＝lnt；
其中，上标e表示单元矩阵，l、n、s分别为散度、压力形函数矩阵和噪声与结构的接触边界面积，∫d()代表积分，v0l为积分下限，上标t代表转置矩阵，β是声阻抗率，c0为空气中声传播速度，b为散度和压力形函数矩阵的乘积。
利用集装箱检测仪1通过上述步骤可以实现自动化检测，减少人力投入，降低运营成本，而且自动化检测可以规避因人为因素而造成的重大损失，保证了检测的准确性；集装箱检测仪1在检测集装箱的过程中，无须开、关箱门，提高了检测效率，有效地避免了因车辆排队待检而造成通道堵塞；通过对比实测的集装箱内部声场模态与预设的声场模态，可以准确判断空箱和夹层的情况，提高了检测的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。