一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统

本发明属于无损检测，具体涉及一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统。

背景技术：

1、在我国，随着人们生活水平的提高，人均居住面积扩大和居住环境的改善，房屋墙面装修要求越来越高，住宅内墙抹灰的质量会直接影响到后期业主装修使用。抹灰基层空鼓开裂将会造成后期腻子涂料面层观感质量下降，面积较大的空鼓开裂可能造成装修面层整体脱落，对业主后期的正常居住使用埋下隐患。

2、目前在内墙抹灰质量检查中，针对空鼓质量问题主要是采用锤击法进行检测，效率较低，人工高空作业存在风险，检测面受到采样影响，结果存在随机性，检测质量可靠性受到影响。此外，现有中国申请号为202211470724.3，公布时间为2023.04.04的专利文件提出了激励和检测一体化的钢管混凝土脱空检测装置及方法，包括载重无人机、外壳、储液罐、喷射装置、红外相机和控制模块，可有效提高检测效率。该专利方案采用的喷射导管为喇叭形，喷出区域为圆形，若采用此方案检测室内墙面抹灰分层缺陷，相邻圆形喷出区域之间存在无覆盖区域，容易漏检；该专利方案无法精确控制液体喷出量，如搭载液氮进行冷激励，无法精确控制液氮喷出量极易因喷出量过多而造成待检测混凝土急剧降温损坏；该专利方案在检测过程中需要人为判断是否存在分层缺陷，检测过程中产生大量图片极易造成操作者疲劳，自动化程度低。综上，该方案不适用于室内墙面抹灰分层缺陷检测。

3、因此，亟待提供一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统以提高室内墙面抹灰分层缺陷检测的效率和便利性。无人机飞行稳定，操控简单，并可减少人为拍摄图像的危险性，避免对人体造成直接的伤害。通过以无人机为载体，液氮降温为激励手段，搭载红外相机进行探伤、定位，可以对整面墙体进行扫描检测，机动灵活，自动化程度高，大幅提高检测效率，节约人工和工时。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统，飞行稳定，操控简单，并可减少人为拍摄图像的危险性，避免对人体造成直接的伤害；可以对整面墙体进行扫描检测，机动灵活，自动化程度高，大幅提高检测效率，节约人工和工时。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统，包括检测系统和无人机主体，所述检测系统包括红外摄像机、测距仪、摄像头、驱雾风扇、固定支架、液氮喷洒罐、电源外壳和微处理器；所述红外摄像机、测距仪和摄像头安装在无人机主体前面竖向中轴线上，从上到下依次为测距仪、红外摄像机和摄像头；所述驱雾风扇设置在无人机主体前部靠下侧，数量为两个，且关于无人机主体竖向中轴面对称；所述固定支架位于无人机主体下部外侧；所述液氮喷洒灌安装在固定支架上，包括液体流量控制器和喷头，喷头喷出的均匀雾化液氮的覆盖区域为正方形；所述电源外壳和微处理器位于无人机主体上部，且电源外壳靠前设置，微处理器设置在微处理器保护壳内部；所述旋翼数量为四个，呈十字形对称设置；所述起落支架设置在无人机主体下侧，数量为两个，且关于无人机主体竖向中轴面对称。

4、所述测距仪用于测量本装置与待检测墙面的距离，为确定液氮喷洒覆盖面提供数据；所述红外摄像机用于采集待检测墙面的温度信息，通过对数据的处理来判断和确定分层缺陷区域；所述摄像机用于提供待检测墙面物理信息，为检测者提供待检测墙面外观信息和判断水蒸气雾是否符合红外摄像机采集数据标准；所述驱雾风扇用于驱散喷洒液氮降温之后引起的水蒸气，避免影响红外摄像机采集待检测墙面温度信息；所述液体流量控制器用于精准控制液氮喷洒量，确保待检测墙面温度变化精细化，避免降温剧烈导致墙面开裂。

5、所述微处理器9的工作流程如下：

6、s1.根据测距仪12测量的距离及喷头10喷洒角度计算出液氮喷洒覆盖区域及覆盖区域面积；

7、s2.结合摄像机13采集的待检测墙面物理信息及液氮喷洒覆盖区域面积将液氮喷洒覆盖区域划分成若干小区域；

8、s3.对红外摄像机2采集的温度数据进行处理，计算各个小区域的平均温度；

9、s4.计算出喷洒液氮前后各个小区域平均温度的降幅，降幅值异常的可判断为空鼓区域。

10、所述步骤s1的数学模型如下：

11、a＝2l tanα   (lmin＜l＜lmax)    (1)

12、s＝a2＝4l2tan2α   (lmin＜l＜lmax)    (2)

13、其中，a表示喷洒液氮覆盖区域边长，α表示喷头喷洒边界面与中轴面的面夹角，取45°，l为测距仪测量的无人机主体距待检测墙面的距离，s表示喷洒液氮覆盖区域面积,lmin为无人机主体距待检测墙面最近的距离，取40cm，lmax为无人机主体距待检测墙面最远距离，取60cm。

14、所述步骤s2的模型为：

15、若40cm＜l＜50cm,则划分小区域数量取100个，边长b取a/100cm，若50cm＜l＜60cm，则划分小区域数量取120个，边长b取a/120cm，可保证b＜1cm，进而保证检测灵敏度和精度，小区域均取为正方形。

16、所述步骤s3的数学模型为：

17、划分小区域内选取100个点的温度数据，计算求取平均温度。

18、将划分小区域再分割为100个正方形区域，读取正方形区域角点处温度值，一个角点仅读取一次。

19、

20、所述步骤s4的数学模型为：

21、计算喷洒液氮前后的温度差异值，选择阈值判断出温度差异值异常区域。

22、

23、

24、其中，j表示第一次划分小区域的标号，c为根据工程实例选择的阈值。

25、所述微处理器9通过信号传输线与红外摄像机2、驱雾风扇3、液体流量控制器5、微处理器9、测距仪12和摄像机13相连接，通过无线传输模块与检测者手机相连，通过电线与电源相连。

26、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

27、①无人机飞行稳定，操控简单，机动灵活，并可减少人为拍摄图像的危险性，避免对人体造成直接的伤害；

28、②液氮降温为激励手段，降温迅速，可以实现随喷随检，节约时间，提高效率；

29、③搭配摄像机和测距仪，精确计算喷洒区域，避免浪费；

30、④温度差异值计算方法具有较高的灵敏度和精度；

31、⑤在液氮喷洒罐处设置液体流量控制器，精确控制液氮喷洒量，避免温度剧降导致墙面开裂；

32、⑥自动化程度高。

33、综上优点，本装置可以对整面墙体进行扫描检测，机动灵活，自动化程度高，大幅提高检测效率，节约人工和工时。

技术特征：

1.一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统，其特征在于：包括检测系统和无人机主体(14)，所述检测系统包括红外摄像机(2)、测距仪(12)、摄像头(13)、驱雾风扇(3)、固定支架(6)、液氮喷洒罐(4)、电源外壳(11)和微处理器(9)；

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统，其特征在于：所述红外摄像机(2)、测距仪(12)和摄像头(13)安装在无人机主体(14)前面竖向中轴线上，从上到下依次为测距仪(12)、红外摄像机(2)和摄像头(13)；

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统，其特征在于,所述微处理器(9)的工作流程如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统，其特征在于：所述微处理器(9)通过信号传输线与红外摄像机(2)、驱雾风扇(3)、液体流量控制器(5)、微处理器(9)、测距仪(12)和摄像机(13)相连接，通过无线传输模块与控制手柄(16)相连，通过电线与电源相连。

技术总结
本发明公开一种基于无人机的液氮冷激励红外无损检测系统，包括检测系统、无人机主体，所述检测系统包括红外摄像机、测距仪、摄像头、驱雾风扇、固定支架、液氮喷洒罐、电源和微处理器；红外摄像机、测距仪和摄像头安装在无人机主体前面竖向中轴线上；驱雾风扇位于无人机主体前部偏下侧；固定支架位于无人机主体下部外侧；液氮喷洒灌安装在固定支架上，包括液体流量控制器和喷头；微处理器内置自动化编码。基于测距仪测得的无人机与墙面的距离及墙面物理特性确定液氮喷洒量，基于摄像头采集的墙面区域图像大小及距离确定墙面区域大小和检测时长。本发明的有益效果为：可以灵活扫描检测墙面，检测面大，自动化程度高，大幅提高检测效率，节约人工和工时。

技术研发人员：赵豪,郑鹏飞,崔灿,李贺杰,陆尧,高兴,孙世纪,韩山岭,骆高雨,刘若楠,张月,宋一诺
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15