本發(fā)明涉及橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)：

公路橋梁在建設(shè)及服役期，由于施工原因或服役過程中受超載、溫度劇變等可能產(chǎn)生內(nèi)部空洞、裂縫等缺陷，使結(jié)構(gòu)的承載能力或耐久性受到影響；若得不到及時(shí)的檢測和維修加固，將會(huì)影響橋梁的運(yùn)營安全，因此，對(duì)橋梁混凝土隱蔽性缺陷進(jìn)行必要的檢測，顯得十分必要，也有其現(xiàn)實(shí)意義。

紅外熱成像技術(shù)，是利用各種探測器來接收物體發(fā)出的紅外輻射，再進(jìn)行光電信息處理，最后以數(shù)字、信號(hào)、圖像等方式顯示出來，并加以利用的探知、觀察和研究各種物體的一門綜合性技術(shù)。它涉及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、器件物理、材料制備、微機(jī)械加工、信號(hào)處理與顯示、封裝與組裝等一系列專門技術(shù)。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、消防、考古、交通、地質(zhì)領(lǐng)域。

紅外無損檢測是測量通過物體的熱量和熱流來鑒定該物體質(zhì)量的一種方法，當(dāng)物體內(nèi)部存在裂縫和缺陷時(shí)，它將改變物體的熱傳導(dǎo)，使物體表面溫度分布產(chǎn)生差別，利用紅外成像儀測量它的不同熱輻射，可以確定物體的缺陷位置，以達(dá)到檢測缺陷的目的。利用紅外熱成像法，可以靈敏地探測到導(dǎo)熱系數(shù)小，表面熱輻射率大的混凝土材料的紅外輻射。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)存在某種缺陷時(shí)，由于缺陷類型形態(tài)及分布不同造成材料導(dǎo)熱系數(shù)、質(zhì)量熱容性能的局部變化而影響紅外輻射量，直接導(dǎo)致表面溫度發(fā)生變化，使熱像圖上出現(xiàn)溫差等異樣。當(dāng)有缺陷的混凝土受到太陽輻射時(shí)，有缺陷的混凝土結(jié)構(gòu)由于缺陷的存在，大量的空氣混入，與密實(shí)部位相比，熱流傳入受到阻礙，造成表層溫度升高而在紅外熱像上出現(xiàn)“熱斑”，其范圍和程度反映了該部位的受害程度及范圍。這種檢測方式存在諸多不足：其一，太陽輻射造成的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)升溫不夠明顯，有缺陷的區(qū)域和無缺陷的區(qū)域的紅外熱像差異極小，就是采用精度非常高的儀器也未必能檢測出來，而且高精度的儀器價(jià)格非常昂貴，也造成檢測成本的大幅增加；其二，由于有缺陷的區(qū)域和無缺陷的區(qū)域的紅外熱像差異極小，導(dǎo)致檢測結(jié)果不夠精確，甚至誤判，不能很好的反應(yīng)出橋梁的缺陷；其三，該檢測方法必須在環(huán)境溫度變化快的時(shí)候進(jìn)行，檢測時(shí)間受限，不能隨時(shí)對(duì)橋梁進(jìn)行檢測。因此，即使使用精度高的紅外熱像儀器，也難于運(yùn)用在檢測工作中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于提供一種精度高、成本低的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測系統(tǒng)，包括加熱單元、攝像單元和圖像處理單元，所述的加熱單元用于對(duì)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行快速加熱，攝像單元用于獲取加熱后的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面紅外圖像譜，圖像處理單元用于接收攝像單元獲取的紅外圖像譜并進(jìn)行分析處理后得到橋梁缺陷信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果：當(dāng)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺陷時(shí)，攝像單元獲取到的紅外圖像譜的溫度存在差異，在自然環(huán)境溫度變化狀態(tài)下這個(gè)差異小，通過設(shè)置加熱單元，對(duì)待檢橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速加熱，形成較大溫差，可使用低精度的攝像單元就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測的準(zhǔn)確性，另一方面因無需使用高精度的攝像單元，大大降低了成本。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種精度高、成本低的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測方法。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測方法，包括如下步驟：(A)加熱單元對(duì)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，加熱至設(shè)定溫度或時(shí)間后停止加熱；(B)攝像單元獲取加熱后的的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)紅外圖像譜并輸出至圖像處理單元；(C)圖像處理單元對(duì)紅外圖像譜進(jìn)行分析處理后得到橋梁缺陷信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果：當(dāng)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺陷時(shí)，攝像單元獲取到的紅外圖像譜的溫度存在差異，在自然環(huán)境溫度變化狀態(tài)下這個(gè)差異小，通過設(shè)置加熱單元，對(duì)待檢橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速加熱，形成較大溫差，可使用低精度的攝像單元就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測的準(zhǔn)確性，另一方面因無需使用高精度的攝像單元，大大降低了成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。

參閱圖1，一種橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測系統(tǒng)，包括加熱單元10、攝像單元20和圖像處理單元30，所述的加熱單元10用于對(duì)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行快速加熱，攝像單元20用于獲取加熱后的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面紅外圖像譜，圖像處理單元30用于接收攝像單元20獲取的紅外圖像譜并進(jìn)行分析處理后得到橋梁缺陷信息。當(dāng)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺陷時(shí)，攝像單元20獲取到的紅外圖像譜的溫度存在有差異，在自然環(huán)境溫度變化狀態(tài)下這個(gè)差異小，通過設(shè)置加熱單元10，對(duì)待檢橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速加熱，形成較大溫差，可使用低精度的攝像單元20就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測的準(zhǔn)確性，另一方面因無需使用高精度的攝像單元20，大大降低了成本。

加熱單元10的結(jié)構(gòu)有很多種，可以采用電加熱等各種加熱方式，本實(shí)施例中采用一種較為方便且效果良好的加熱方式，那就是壓力蒸汽進(jìn)行加熱。優(yōu)選地，所述的加熱單元10包括蒸汽機(jī)12、蒸汽加壓泵13和儲(chǔ)氣罐14，水源40通過第一閥門11與蒸汽機(jī)12相連，第一閥門11和水源40的設(shè)置，方便向蒸汽機(jī)12中加水，水經(jīng)過加熱單元10加熱氣化及加壓后轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫φ羝ㄟ^管道噴射到待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的表層對(duì)橋梁進(jìn)行加熱。通過高溫壓力蒸汽對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱有諸多好處：其一，在澆灌過程中，壓力蒸汽一直處在橋梁結(jié)構(gòu)的表層，對(duì)橋梁進(jìn)行持續(xù)加熱；其二，由于這里采用的是壓力蒸汽進(jìn)行加熱，這樣不論橋梁的結(jié)構(gòu)是怎樣的，都能夠適用，而采用電加熱板的方式則不行；其三，壓力蒸汽的溫度比較高，加熱效果好；其四，熱蒸汽能夠形成一層隔熱層，避免加熱過程中熱量揮發(fā)，提高加熱效果。

優(yōu)選地，為了方便監(jiān)控加熱效果，所述的待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)上設(shè)置有溫度傳感器50用于采集加熱時(shí)橋梁的溫度，溫度傳感器50采集到的溫度超過設(shè)定閾值時(shí)加熱單元10停止加熱且攝像單元20開始工作采集紅外圖像譜。設(shè)置溫度傳感器50之后，可以方便的獲取到加熱后的橋梁結(jié)構(gòu)溫度，也就能在合適的時(shí)候停止加熱，進(jìn)行下一步處理。當(dāng)然，也可以不設(shè)置溫度傳感器50，加熱一定時(shí)間后停止加熱也是可以的，但是這樣的精度會(huì)小于設(shè)置溫度傳感器50的方案。

具體地，攝像單元20和圖像處理單元30可以通過很多電路或元器件來實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中，所述的攝像單元20為紅外熱像儀，圖像處理單元30為計(jì)算機(jī)或工控機(jī)，紅外熱像儀采集到的紅外圖像譜輸出至計(jì)算機(jī)或工控機(jī)上，計(jì)算機(jī)或工控機(jī)對(duì)接收到的紅外圖像譜進(jìn)行分析、處理得到橋梁缺陷信息。

本發(fā)明還公開了一種如前所述的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟：(A)加熱單元10對(duì)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，加熱至設(shè)定溫度或時(shí)間后停止加熱；(B)攝像單元20獲取加熱后的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)紅外圖像譜并輸出至圖像處理單元30；(C)圖像處理單元30對(duì)紅外圖像譜進(jìn)行分析處理后得到橋梁缺陷信息。同樣地，該步驟中，通過設(shè)置加熱單元10，對(duì)待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，提高這種差異，再使用低精度的攝像單元20就能獲取到理想的紅外圖像譜，一方面提高了檢測精度，另一方面無需使用高精度的攝像單元20，降低了成本。

優(yōu)選地，所述的步驟A中，所述的加熱單元10包括蒸汽機(jī)12、蒸汽加壓泵13和儲(chǔ)氣罐14，水源40通過第一閥門11與蒸汽機(jī)12相連，水經(jīng)過加熱單元10加熱氣化及加壓后轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫φ羝ㄟ^管道噴射到待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的表層對(duì)橋梁進(jìn)行加熱。這樣設(shè)置加熱單元10的好處，前面已經(jīng)詳細(xì)敘述過，這里就不再贅述。

優(yōu)選地，所述的步驟B中，攝像單元20為紅外熱像儀，步驟C中，圖像處理單元30為計(jì)算機(jī)或工控機(jī)；計(jì)算機(jī)或工控機(jī)通過如下步驟對(duì)紅外圖像譜進(jìn)行分析處理：(C1)操作人員向圖像處理單元30中輸入待檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，圖像處理單元30根據(jù)基本參數(shù)建立無缺陷的標(biāo)準(zhǔn)模型；(C2)操作人員將步驟A中的加熱位置、加熱溫度或時(shí)間輸入至圖像處理單元30中，圖像處理單元30根據(jù)接收到的信息將標(biāo)準(zhǔn)模型模擬加熱后獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外圖像譜；(C3)圖像處理單元30將攝像單元20輸出的待檢測測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際紅外圖像譜與步驟C2中的標(biāo)準(zhǔn)紅外圖像譜進(jìn)行色彩比對(duì)；(C4)將紅外圖像譜上各位置的色彩差異對(duì)應(yīng)到橋梁結(jié)構(gòu)上，色彩差異越大，表示該位置處橋梁結(jié)構(gòu)的缺陷越大，色彩差異小于設(shè)定閾值，表示該位置處橋梁結(jié)構(gòu)無缺陷。由于在實(shí)施加熱時(shí)，噴頭16可能通過其他支架固定在橋梁結(jié)構(gòu)的某一位置處，這樣，噴頭16所在位置與其他位置之間也存在一定的溫差，這會(huì)影響到最終的檢測結(jié)果精度，為了消除這個(gè)影響因素，這里在圖像處理單元30中建立標(biāo)準(zhǔn)的無缺陷模型，然后根據(jù)加熱位置、加熱溫度或時(shí)間套入到該標(biāo)準(zhǔn)模型中，計(jì)算獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外圖像譜，最后將采集到的紅外圖像譜與標(biāo)準(zhǔn)紅外圖像譜對(duì)比，這樣檢測結(jié)果的精度就有了保障，不會(huì)因?yàn)榧訜嵩次恢谩⒒蚣訜釡囟鹊牟煌瑢?dǎo)致檢測結(jié)果的不同。