一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统

1.本发明涉及太赫兹无损检测领域，尤其涉及一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统。


背景技术：

2.建筑幕墙指的是建筑物不承重的外墙围护和装饰性结构，通常由可见的面板(玻璃、石板等)和后面的支承结构体系(铝横梁、立柱、钢结构等)组成。一般已经建设完成的既有幕墙是常见的建筑外观，为了美观，幕墙接缝处均采用密封胶进行了封堵，并未预留检测槽口。在实际生活中，为了科学化的管理建筑物，确保建筑物的实用安全性，需要对建筑物定期进行可靠性鉴定，其中包括对既有幕墙进行结构安全性的考察。幕墙通过连接件附着在主体结构上，部分连接件以及结构中的部分重要构件会受到环境及其使用寿命的影响，还有些为易损件或易换件，因此需要对幕墙后的不可见部件即受力金属构件进行非破坏性的无损检测，以此来分析幕墙的安全状况，及时排除安全隐患。
3.目前的检测方法包括(1)在材料的非受力部位取样做成分化验和强度检测；(2)现场测量构件的结构尺寸，通过绘图与节点样图进行比对，计算构件型材的惯性矩以此来得出结构构件的挠度和强度；(3)采用超声测厚仪和硬度钳，对构件型材进行厚度和强度检测；(4)用水准仪或者经纬观测仪观测幕墙支承体系是否发生形变；(4)钻凿检测孔后，利用工业内窥镜采集面板后的图像和视频，通过结合图纸对构件进行可视化检测。以上的各种检测方法都存在缺陷，如具有一定的抽样随机性，并未做到对幕墙的全面检测，检测效率低下，虽然对整体结构影响不大，但仍会对表面面板或构件造成破坏。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有检测方法的缺陷，提出一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统，能够在不损伤建筑幕墙的前提下，对建筑幕墙进行全面的可视化检测。
5.为达到上述目的，本发明提出一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统，包括搭载设备与二维扫描平台，其特征在于，所述搭载设备设置在所述二维扫描平台的底座上，所述搭载设备包括成像信号采集组件与控制组件，所述成像信号采集组件包括太赫兹发射源、探测器和数据采集卡，所述数据采集卡连接所述太赫兹探测器，在所述太赫兹发射源与所述探测器上分别设置有第一天线与第二天线，所述太赫兹发射源与所述探测器紧贴并同向设置在所述二维扫描平台一侧的探测边缘处且所述第一天线与所述第二天线朝向所述探测边缘。
6.进一步地，所述二维扫描平台的外部设置有一全封闭式的金属电磁屏蔽壳体。
7.进一步地，所述二维扫描平台的所述壳体内部设置有可拆卸的供搭载设备安装的安装槽。
8.进一步地，在所述壳体内部设置有散热器。
9.进一步地，在所述壳体的外部设置有把手。
10.进一步地，所述控制组件主要为平板电脑。
11.本发明还提出一种基于太赫兹波透视成像系统的建筑幕墙检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
12.步骤s1：将所述二维扫描平台固定在需要检测的幕墙处，保持所述探测边缘朝向所述幕墙方向；
13.步骤s2：所述太赫兹发射源发射太赫兹波，所述探测器采集反射回的太赫兹回波信号；
14.步骤s3：所述数据采集卡记录发生位移时反射回的太赫兹回波信号变化；
15.步骤s4：所述二维扫描平台沿z字型方向位移，并且重复步骤s2至s3；
16.步骤s5：扫描完成后，所述控制组件将采集到的所述太赫兹回波信号处理为透视图像并显示在所述平板电脑上。
17.进一步地，在步骤s2中，所述太赫兹发射源的工作频率为94ghz。
18.进一步地，在步骤s4中，所述二维扫描平台的位移速度不超过1m/s。
19.进一步地，在步骤s5中，所述透视图像的分辨率约1
‑
3mm。
20.进一步地，在步骤s5中，所述透视图像是基于合成孔径雷达成像算法处理的平面灰度图像。
21.与现有技术相比，本发明的优势之处在于：能对建筑幕墙进行全面的可视化检测，检测效率高、精度高，且无需破坏幕墙表面面板。
附图说明
22.图1为本发明中一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统的结构示意图；
23.图2为本发明中一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统的工作状态示意图。
具体实施方式
24.下面将结合示意图对本发明的一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解为本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
25.在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以辅助说明本发明实施例的目的。
26.如图1所示，本发明提出一种基于太赫兹波的建筑幕墙透视成像系统，包括搭载设备1与二维扫描平台2，搭载设备1设置在二维扫描平台2的底座上，搭载设备1包括成像信号采集组件11与控制组件12，成像信号采集组件11包括太赫兹发射源111、探测器112和数据采集卡113，数据采集卡113连接太赫兹探测器112，在太赫兹发射源111与探测器112上分别设置有第一天线114与第二天线115，太赫兹发射源111与探测器112紧贴并同向设置在二维扫描平台2一侧的探测边缘处且第一天线114与第二天线115朝向探测边缘；基于太赫兹波对金属的强反射特性和对介电物质的强穿透特性，单个源111发射太赫兹波，单个探测器112采集反射回波，本质上相当于近场高频雷达，通过利用二维扫描平台2的扫描运动，逐点
扫描建筑幕墙，采集到随位移变化的太赫兹信号，实现了对整面幕墙的成像信号采集。
27.在本实施例中，二维扫描平台2的外部设置有一全封闭式的金属电磁屏蔽壳体21；若让搭载设备1裸露在外进行扫描，可能会受到其他的电磁影响，所以通过全封闭式的金属电磁屏蔽壳体21来增强搭载设备1的电磁屏蔽性。
28.其中，在壳体21内部还设置有散热器116；因为当搭载设备1温度过高时，会影响太赫兹发射源111与探测器112的收发工作的稳定性以及系统的信噪比，因此通过散热器116来控制设备温度，从而保证整个设备的高效运行，提高工作效率与成像准确性。在壳体21的外部还设置有把手22；因为整个系统属于便携式精密仪器，设计初衷是便于工程检测，设置把手22的目的是在使用时方便操作人员将系统放置到需要检测的建筑幕墙位置，提高系统的操作自由度与便携性。
29.在本实施例中，在二维扫描平台2的壳体21内部设置有可拆卸的供搭载设备1安装的安装槽13，可拆卸的设置是为了保证搭载设备1与二维扫描平台2可以分开存放，不但保证搭载设备1存放时的特殊要求，并且可以分开携带，以及更换不同的二维扫描平台2从而可以在不同的环境下工作，同时设置安装槽13可以让搭载设备1在使用时能够快速安装，从而提高了工作效率。
30.在本实施例中，控制组件12主要为平板电脑，平板电脑上带有设计的控制上位机，可以控制采集设备的开关、采集速度以及与其他搭载设备1进行联动等，同时，平板电脑还作为成像屏幕，支持对透视图像的放大、缩小、截图、标记及添加标签设置。
31.本发明还提出了一种基于太赫兹波透视成像系统的建筑幕墙检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
32.步骤s1：将二维扫描平台2固定在需要检测的幕墙处，保持探测边缘朝向幕墙方向；
33.如图1，二维扫描平台2的壳体21外部有把手22，在操作时，操作人员握住把手22从而稳定地将设备固定在幕墙上，其中的l为实际检测时收发端与幕墙之间的检测距离，l越小成像效果越好(一般为0.5mm左右)。
34.步骤s2：太赫兹发射源111发射太赫兹波，探测器112采集反射回的太赫兹回波信号；
35.如图2，利用太赫兹波对金属强反射的特性，收发端在移动中遇到金属构件时，回波信号值会变高，强度值会发生大幅度跳变，而且，在不同情况下，金属构件反射回的特征信号强度值也不同。根据信号的强度变化与位移关系可以了解幕墙后的金属状况，基于此原理得到建筑幕墙后的构件透视成像图；以透视成像图为检测依据，结合图纸，可以针对建筑幕墙主要的缺陷检测内容进行高精度的无损检测，在本实施例中，太赫兹发射源111的工作频率为94ghz。
36.步骤s3：数据采集卡113记录发生位移时反射回的太赫兹回波信号变化；
37.探测器112将接收到的太赫兹强度值转化为电压值，由数据采集卡113负责记录对应位移时的电压值变化。
38.步骤s4：二维扫描平台2沿z字型方向位移，并且重复步骤s2至s3；
39.二维扫描平台2沿着z字型方向进行平面扫描，即单数行和双数行反向，这样完成一个二维区域的平面扫描；同时通过探测器112采集回波信号，其中二维扫描平台2的位移
速度不超过1m/s，在本实施例中，二维扫描平台2的位移速度为0.5m/s。
40.步骤s5：扫描完成后，控制组件12将采集到的太赫兹回波信号处理为透视图像并显示在平板电脑上，其中，透视图像的分辨率为1
‑
3mm。
41.控制组件12基于合成孔径雷达成像算法将采集到的太赫兹波回波信号处理为平面灰度图像并显示在平板电脑屏幕上。
42.本发明通过分析、处理反射回的携带着金属构件特征信息的太赫兹回波信号，结合扫描位置信息，将数据合成灰度图，可以直观地显示出建筑幕墙后金属构件的形状与位置情况，通过与图纸比对，在不破坏幕墙的前提下实现了对整面幕墙的可视化缺陷检测，检测效率高、精度高，在建筑安全检测与评估工作中意义重大。
43.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属于未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。