柔性管道变形率的间接测量装置及测量方法与流程

本发明属于市政工程技术领域，特别是涉及柔性管道变形率的间接测量装置及测量方法。

背景技术：

柔性管道是指在结构设计上需考虑管节和管周土体弹性抗力共同承担荷载的管道，在市政公用工程中通常指采用钢管、球墨铸铁管、化工建材(塑料)管等管材敷设的管道。随着地面发生微量沉降，地下柔性管道的横截面会由圆形变形至类椭圆形；

按照标准要求，柔性管道的变形率不得超过设计要求，钢管或球墨铸铁管道变形率应不超过2％、化学建材管道变形率应不超过3％。管壁不得出现纵向隆起、环向扁平和其他变形情况。

目前柔性管道变形率检测主要方法有两种：一种是针对人不能进入的管道，可采用内拖拉法进行检测；是根据所检测管道内径大小加工钢筋球看其能否通过管道来检测变形率是否合格；另一种是针对人能够进入的管道，利用检测仪器测量，并将测量数据通过数据线传至数据模块进行记录和分析，从而得到管内的实际变形值。前者，钢筋球制作精度要求较高，尺寸固定不能调节，在检测过程中容易卡在管道中，不易取出。后者人工检测有很大的局限性，只能适用于管径较大、作业环境绝对安全可靠的情况。此外，这两种测量方法最大的弊端为寻找管道中心仅依靠目测，因此测出的最大管内径和最小管内径可靠性较差；为了克服上述现有技术的不足，给柔性管道变形率检测提供一种检测快速、安全、结果精确的检测装置和测量方法非常必要。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供了一种快速、安全、结果精确的柔性管道变形率的间接测量装置及测量方法。

本发明是这样实现的：

一种柔性管道变形率的间接测量装置，该间接测量装置主要包括x5-ht管道cctv检测爬行机器人；所述爬行机器人包括管内工作部分和管外工作部分；

所述管内工作部分包括能够在管道内行走的爬行器及设在爬行器上的遥控起落架、摄像系统和照明系统；所述遥控起落架安装在所述爬行器的上端中心处；所述遥控起落架上设有安装盘；所述安装盘内设有n对距离传感器；其中：n为自然数；每对距离传感器由相对于安装盘的中心对称设置的两个距离传感器组成；每对距离传感器中的两个距离传感器检测方向相反；

所述管外工作部分包括控制管内工作部分的控制系统，所述控制系统上连接有用于接收距离传感器输出信号的数据终端；所述距离传感器的信号输出端子与数据终端的i/o端子进行数据交互。

进一步，所述安装盘为圆形，所述n对距离传感器沿安装盘的圆周方向均匀布置。

进一步，n≥2。

进一步，n＝2时，一对所述距离传感器设在安装盘的左右两端，另一对所述距离传感器设在安装盘的上下两端。

进一步，所述安装盘包括与遥控起落架连接的底座、安装距离传感器的转盘、带动转盘旋转的转轴；所述转轴由所述控制系统控制旋转；设定转轴的旋转速度为s；所述转盘上设有m对相对于转盘中心对称设置的距离传感器。

进一步，m＝1。

进一步，s＝10r/min。

进一步，上述一种柔性管道变形率的间接测量装置的测量方法包括如下步骤：

s1、按照上述技术方案组装各个部件，然后将爬行器放入待测管道中；通过控制系统驱动爬行器行驶至待检测区域；

s2、启动距离传感器和数据终端，此时，每组对称的距离传感器检测到两个距离数据，通过数据终端读取上述n组距离数据；

s3、依次比较每组的两个距离数据的大小；当两个距离数据不相等时，表示安装盘的中心没有与管道中心对齐，则通过控制机器人和升降架，进而带动传感器向距离数据较大的方向微调，直至该组的两个距离传感器检测数据相等；然后每组距离传感器的微调方法相同；

s4、当每组的两个距离传感器检测数据相等时，表示安装盘的中心与管道中心对齐，然后提取最大距离数据和最小距离数据；此时，将最大距离数据乘以2认定为椭圆管道的长轴，将最小距离数据乘以2认定为椭圆管道的短轴；

s5、最后，利用长轴和短轴计算得出变形率。

更进一步，上述一种柔性管道变形率的间接测量装置的另一种测量方法包括如下步骤：

s1、按照上述技术方案组装各个部件，然后将爬行器放入待测管道中；通过控制系统驱动爬行器行驶至待检测区域；

s2、启动距离传感器和数据终端，所述距离传感器随着转盘的旋转获取s×m组对比数据，然后根据这些数据模拟出管道形状是否为椭圆；如果不是椭圆则根据模拟出的形状改变爬行器的位置再次进行模拟，直至模拟出椭圆形状，此时转盘的中心与管道中心对齐；

s3、根据模拟数据依次比较s×m组的两个距离数据的大小；然后提取最大距离数据和最小距离数据；此时，将最大距离数据乘以2认定为椭圆管道的长轴，将最小距离数据乘以2认定为椭圆管道的短轴；

s4、最后，利用长轴和短轴计算得出变形率。

本发明的积极效果和优点：

本发明的柔性管道变形率的间接测量装置及测量方法，通过将带有多个距离传感器的爬行器放入管道，通过控制系统控制遥控起落架的升降和爬行器的移动，使距离传感器能够在管道中心点测出各个角度的管道内径，并将测试结果反馈到控制系统中进行数据筛选；另外在承载了距离传感器的转盘上设置转轴，使得一对距离传感器得出的数据就可以与管道形状进行拟合；整个测量过程更加精确和智能化、而且安全快速，可以为市政柔性管道的建设提供精确的数据参考，利于提高本领域的测量水平。

附图说明

图1是本发明实施例提供的柔性管道变形率的间接测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的爬行机器人管内工作部分的右视图；

图3是本发明实施例一提供的除去摄像系统的爬行机器人管内工作部分的正视图；

图4是本发明实施例二提供的爬行机器人管内工作部分的右视图；

图5是是本发明实施例二提供的除去摄像系统的爬行机器人管内工作部分的正视图。

图中、1、管道；2、爬行机器人；21、爬行器；22、遥控起落架；23、摄像系统；24、照明系统；25、控制系统；26、安装盘；261、距离传感器；262、底座；263、转盘；264、转轴；27、连接轴。

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。

随着地面发生微量沉降，地下柔性管道的横截面会由圆形变形至类似椭圆形；目前柔性管道变形率还没有一种方便、快速、安全又精确的检测工具，因此本发明将管道模型建立为椭圆形，根据变形率的测量公式：变形率＝管内径－变形后最小管内径)/变管内径×100％，其中，管内径为变形前的标准管内径；由本测量公式可知，变形率最大的地方是椭圆管道横截面的短轴处；因此，找到椭圆管道横截面的长轴和短轴至关重要；在这一前提下，本发明提供了柔性管道变形率的间接测量装置和测量方法。

实施例一：

一种柔性管道变形率的间接测量装置，该间接测量装置主要包括爬行机器人2；所述爬行机器人2包括管内工作部分和管外工作部分；

所述管内工作部分包括能够在管道1内行走的爬行器21及设在爬行器21上的遥控起落架22、摄像系统23和照明系统24；所述摄像系统23可以将管道内的状况通过图像通过数据线传至管道工作部分；所述照明系统24为摄像系统23的工作提供照明；所述遥控起落架22安装在所述爬行器21的上端中心处；所述遥控起落架22上设有安装盘26；所述安装盘26内设有n对距离传感器261；其中：n为自然数；每对距离传感器261由相对于安装盘26的中心对称设置的两个距离传感器261组成；的两个距离传感器261组成；每对距离传感器中的两个距离传感器261检测方向相反，该两个距离传感器测得的数据之和即为一组管道内径；

优选的，所述安装盘26的纵向截面为圆形，n对所述距离传感器261沿安装盘的圆周方向均匀布置；优选的，n≥2；当n＝2时，一对所述距离传感器设在安装盘26的左右两端，另一对所述距离传感器设在安装盘26的上下两端；工作时这两对距离传感器的中心与管道1的轴心重合，得到的数据为水平和竖直方向的管道内径；

更优选的，为了在节约成本的前提下尽量从多个方向测试管道1的内径，从而更具体的了解管道1的变形情况，在所述安装盘26上沿圆周方向均匀设有8个距离传感器。

优选的，所述安装盘26设在所述遥控起落架22的前端；更优选的，所述安装盘26设在所述照明系统24下方，安装盘的中心与所述照明系统25通过连接轴27连接；这样所述遥控起落架22可以带动所述照明系统24和安装盘26一起上下摆动。

所述管外工作部分包括控制管内工作部分的控制系统25，所述控制系统25上连接有用于接收距离传感器261输出信号的数据终端；所述距离传感器261的信号输出端子与数据终端的i/o端子进行数据交互；距离传感器261的测量数据可以通过数据终端显示在控制系统25的屏幕上；同时操作人员可以通过控制系统25对爬行器21和遥控起落架22进行调整。

优选的，所述控制系统25为电脑。

优选的，所述爬行机器人2为x5-ht管道cctv检测机器人。检测过程中，爬行机器人2响应控制系统25的操作命令，如：爬行器21的前进、后退、转向、停止、速度调节、距离传感器组261的下降或抬升、摄像系统的全方位旋转等，使检测过程灵活可控。

上述一种柔性管道变形率的间接测量装置的测量方法包括如下步骤：

s1、按照上述技术方案组装各个部件，然后将爬行器21放入待测管道1中；通过控制系统25驱动爬行器21行驶至待检测区域；

s2、启动距离传感器261和数据终端，此时，每组对称的距离传感器261检测到两个距离数据，通过数据终端读取上述n组距离数据；

s3、依次比较每组的两个距离数据的大小；当两个距离数据不相等时，表示安装盘26的中心没有与管道1中心对齐，则通过控制机器人和升降架，进而带动传感器向距离数据较大的方向微调，直至该组的两个距离传感器261检测数据相等；然后每组距离传感器261的微调方法相同；

s4、当每组的两个距离传感器261检测数据相等时，表示安装盘26的中心与管道1中心对齐，然后提取最大距离数据和最小距离数据；此时，将最大距离数据乘以2认定为椭圆管道1的长轴，将最小距离数据乘以2认定为椭圆管道1的短轴；

s5、最后，利用长轴和短轴计算得出变形率。

实施例二：

优选的，为了降低距离传感器261的使用数量从而节约成本，可将所述安装盘26的结构形式进行改进；具体的，所述安装盘26包括与遥控起落架22连接的底座262、安装距离传感器261的转盘263、带动转盘263旋转的转轴264；所述转轴264由所述控制系统25控制旋转；设定转轴264的旋转速度为s；优选的，s＝10r/min。

所述转盘263上设有m对相对于转盘263中心对称设置的距离传感器261；优选的，m＝1。

本实施例的一种柔性管道1变形率的间接测量装置的测量方法包括如下步骤：

s1、按照上述技术方案组装各个部件，然后将爬行器21放入待测管道1中；通过控制系统25驱动爬行器21行驶至待检测区域；

s2、启动距离传感器261和数据终端，所述距离传感器261随着转盘263的旋转获取s×m组对比数据，然后根据这些数据模拟出管道1形状是否为椭圆；如果不是椭圆则根据模拟出的形状改变爬行器21的位置再次进行模拟，直至模拟出椭圆形状，此时转盘263的中心与管道1中心对齐；

s3、根据模拟数据依次比较s×m组的两个距离数据的大小；然后提取最大距离数据和最小距离数据；此时，将最大距离数据乘以2认定为椭圆管道1的长轴，将最小距离数据乘以2认定为椭圆管道1的短轴；

s4、最后，利用长轴和短轴计算得出变形率。为了使结果更加精确，可以在实施例一和实施例二中，对测出的长轴和短轴的数据增加每对距离传感器261之间的距离作为补偿。

上述数据的比较可以采用人工方式实现，也可以采用技术比较成熟的计算机比较软件或数据模块实现。

本发明的柔性管道变形率的间接测量装置，克服了目前采用内拖拉法和人工进入管道测量的弊端，也克服了传统的测量方法中依靠目测寻找椭圆管道中心点造成的测量不精确，不仅测量结果准确、快速、智能化，而且安全、实用、易于推广。

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。