无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统及方法与流程

本发明涉及桥梁结构无损检测技术领域，特别涉及一种无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统及方法。

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、成本低的无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，包括加热/冷却单元、红外测温仪、驱动机构以及处理模块，所述的加热/冷却单元用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速加热或冷却，驱动机构驱动红外测温仪扫描加热或冷却后的桥梁结构表面获取温度数据，处理模块接收红外测温仪输出的温度数据后对其分析处理后得到桥梁结构表面温度异常处的位置并标记为桥梁缺陷位置。

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，红外测温仪测到的温度数据存在差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置加热/冷却单元，对待检桥梁结构进行快速加热或冷却，形成较大温差，可使用低精度的红外测温仪就能获取到理想的温度数据，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红外测温仪，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且成本低的无损检测桥梁混凝土结构缺陷的方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种如前所述的无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统的检测方法，包括如下步骤：(A)加热/冷却单元对待检测桥梁混凝土结构进行加热或冷却，加热或冷却至设定温度或时间后停止加热或冷却；(B)驱动机构驱动红外测温仪扫描加热或冷却后的桥梁结构表面获取温度数据，红外测温仪将温度数据输出至处理模块；(C)处理模块对温度数据进行分析处理后得到桥梁结构表面温度异常处的位置并标记为桥梁缺陷位置。

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，红外测温仪测到的温度数据存在差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置加热/冷却单元，对待检桥梁结构进行快速加热或冷却，形成较大温差，可使用低精度的红外测温仪就能获取到理想的温度数据，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红外测温仪，大大降低了成本。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图，其中加热/冷却单元为加热单元；

图2是本发明实施例二的结构示意图，其中加热/冷却单元为冷却单元。

具体实施方式

下面结合图1至图2，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1、图2，一种无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统，包括加热/冷却单元10、红外测温仪20、驱动机构30以及处理模块40，所述的加热/冷却单元10用于对待检测桥梁混凝土结构部分进行快速加热或冷却，驱动机构30驱动红外测温仪20扫描加热或冷却后的桥梁结构表面获取温度数据，处理模块40接收红外测温仪20输出的温度数据后对其分析处理后得到桥梁结构表面温度异常处的位置并标记为桥梁缺陷位置。当待检测桥梁混凝土结构内部存在缺陷时，红外测温仪20测到的温度数据存在差异，在自然环境温度变化状态下这个差异小，通过设置加热/冷却单元10，对待检桥梁结构进行快速加热或冷却，形成较大温差，可使用低精度的红外测温仪20就能获取到理想的温度数据，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红外测温仪20，大大降低了成本。

根据加热/冷却单元10的不同，这里提供了两种较为优选的实施例。

参阅图1，实施例一：所述的加热/冷却单元10为加热单元，加热单元包括蒸汽机112、蒸汽加压泵113和储气罐114，水源50通过第一阀门111与蒸汽机112相连，第一阀门111和水源50的设置，方便向蒸汽机112中加水，水经过加热单元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。

参阅图2，实施例二：所述的加热/冷却单元10为冷却单元，冷却单元包括储水罐121、水泵122、水管123以及第二喷头124，储水罐121中存储有冰水混合物，水泵122置于储水罐121中，水管123的两端分别连接水泵123和第二喷头124，水泵122工作时将储水罐121中的冷却水抽取出来并通过第二喷头124浇灌到待检测桥梁混凝土结构上对桥梁进行降温。实施例二中通过冷却的方式来提高温差，这是专门针对一些温度高的区域，此时桥梁在太阳下被烘烤，本身的温度非常高，通过冷却单元对其冷却，有缺陷的区域导热性差，冷却的慢，无缺陷的地方导热性好，冷却的快，最后形成温度差，通过温度数据可以看出差异。同样地，冷却单元的结构也有很多种，实施例二中通过设置储水罐121，里面放置的冰水混合物，温度接近于0度，实际使用时，可以不停的向罐内加入冰块，以维持其低温，水泵122、水管123以及第二喷头124是方便将冷却水抽取出来并浇灌到桥梁结构上的。该结构简单、成本低，方便携带至现场。

优选地，为了方便监控加热或冷却效果，所述的待检测桥梁混凝土结构上设置有温度传感器60用于采集加热或冷却时桥梁的温度，温度传感器60采集到的温度超过设定阈值时加热/冷却单元10停止动作且红外测温仪20和驱动单元30开始工作采集桥梁结构表面的温度数据。设置温度传感器60之后，可以方便的获取到加热或冷却后的桥梁结构温度，也就能在合适的时候停止加热或冷却，进行下一步处理。当然，也可以不设置温度传感器60，加热或冷却一定时间后停止也是可以的，但是这样的精度会小于设置温度传感器60的方案。

优选地，所述的驱动单元30包括电机31和云台32，电机31设置在红外测温仪20壳体内部，电机31驱动红外测温仪20沿桥梁结构表面的一个方向进行扫描，云台32驱动红外测温仪20沿桥梁结构表面的另一个方向进行扫描，电机31和云台32扫描的方向垂直。驱动单元30驱动红外测温仪20进行扫描，可以选用中国发明专利《电解槽极板温度监控系统》(申请号：201410842553.1；申请日：2014年12月30日)中记载的方案来实现，该发明中，红外测温仪20扫描的是电解槽表面，本发明中，红外测温仪20扫描的是加热或冷却后的桥梁结构表面，结构是差不多的，这里就不再对红外测温仪20和驱动单元30的结构作进一步赘述。

本发明还公开了一种如前所述的无损检测桥梁混凝土结构缺陷的系统的检测方法，包括如下步骤：(A)加热/冷却单元10对待检测桥梁混凝土结构进行加热或冷却，加热或冷却至设定温度或时间后停止加热或冷却；(B)驱动机构30驱动红外测温仪20扫描加热或冷却后的桥梁结构表面获取温度数据，红外测温仪20将温度数据输出至处理模块40；(C)处理模块40对温度数据进行分析处理后得到桥梁结构表面温度异常处的位置并标记为桥梁缺陷位置。同样地，该步骤中，通过设置加热/冷却单元10，对待检测桥梁混凝土结构进行加热或冷却，提高温度差异，再使用低精度的红外测温仪20就能获取到理想的温度数据，一方面提高了检测精度，另一方面无需使用高精度的红外测温仪20，降低了成本。

优选地，所述的步骤A中，加热/冷却单元10为加热单元，加热单元包括蒸汽机112、蒸汽加压泵113和储气罐114，水源50通过第一阀门111与蒸汽机112相连，水经过加热单元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。

优选地，所述的步骤A中，加热/冷却单元10为冷却单元，冷却单元包括储水罐121、水泵122、水管123以及第二喷头124，储水罐121中存储有冰水混合物，水泵122置于储水罐121中，水管123的两端分别连接水泵123和第二喷头124，水泵122工作时将储水罐121中的冷却水抽取出来并通过第二喷头124浇灌到待检测桥梁混凝土结构上对桥梁进行降温。

加热单元和冷却单元的结构以及效果在前面都已经详细描述过，这里就不再赘述。

优选地，所述的步骤C中，处理模块40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)操作人员向处理模块40中输入待检测桥梁混凝土结构的基本参数，处理模块40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中加热/冷却单元10的位置信息以及其工作温度或时间输入至处理模块40中，处理模块40根据接收到的信息将标准模型模拟加热或冷却后获得标准温度数据；(C3)处理模块40将红外测温仪20输出的待检测测桥梁混凝土结构的实际温度数据与步骤C2中的标准温度数据进行比较后得到温度差值；(C4)若温度差值大于设定阈值，桥梁结构该位置用红色示出，若温度差值小于等于设定阈值，桥梁结构该位置用绿色示出；桥梁结构表面标记为红色的区域即为桥梁缺陷位置。由于在实施加热或冷却时，第一喷头116或第二喷头124可能通过其他支架固定在桥梁结构的某一位置处，这样，第一喷头116或第二喷头124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，这里在处理模块40中建立标准的无缺陷模型，然后根据加热/冷却单元10的位置信息以及其工作温度或时间套入到该标准模型中，计算获得标准温度数据，最后将采集到的实际温度数据与标准温度数据对比，这样检测结果的精度就有了保障，不会因为加热/冷却单元10的位置、或加热/冷却温度的不同导致检测结果的不同。