專利名稱：生成基于密度的三維缺陷圖的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測結構的隱藏缺陷和損傷的一種方法和系統(tǒng)，具體而言，涉及用于在結構或者它的一部分或者一個部件的三維表示上顯示檢測到的缺陷的一種方法和系統(tǒng)。
背景技術：
例如，將建筑出售和/或用作貸款抵押品的時候，需要對單套住宅、公寓和商業(yè)建筑之類的結構狀況進行評估。這一評估通常包括對建筑物的檢查。尤其是木框架結構的住宅和商業(yè)建筑，檢查的主要原因是這些建筑物可能已經遭到了食木昆蟲，例如白蟻，或者損害木頭的真菌，通常稱為“木腐”的損傷。這些損傷常常是隱藏著的，因為木框架幾乎總是被干飾面內墻、鑲板、護墻板、磚和其它墻面材料所掩蓋。因此，如果不去掉表面材料，一般情況下既看不見是否有損傷，也看不見其損傷范圍。換句話說，準確地確定白蟻或木腐對典型木框架房屋或其它木框架結構的損傷是否存在及其損傷范圍，需要去掉全部墻面覆蓋物，讓整個框架可見。但是一般來說每次需要評估象白蟻或木腐這種損傷的時候，去掉房屋或商業(yè)建筑的全部墻面覆蓋物從實際上或經濟上考慮都是不可行的。每次需要準確評估其價值的時候，這樣做需要對房屋進行破壞和重建。
已經有現有技術方法用于檢測白蟻造成的損傷。一種這樣的方法是聲發(fā)射檢測，這種方法感測白蟻咬斷纖維素和木質素纖維，也就是白蟻在吃它們正在消耗的木頭的時候產生的振動，正如例如1990年6月26日授權的第4,895,025號美國專利所描述的一樣。Robbins和Mueller的第5,285,668號美國專利描述了通過感測聲發(fā)射來檢測破壞木頭的昆蟲的另外一種系統(tǒng)。
已知的聲發(fā)射方法有很多缺點。一個缺點是聲發(fā)射技術因為環(huán)境噪音而容易發(fā)生錯誤。另一個缺點是白蟻并不總是在進食。再一個缺點是白蟻有可能利用大量的通道在進食區(qū)和巢穴之間移動，聲發(fā)射方法不能檢測這些通道中的白蟻。還有一個缺點，也是更明顯的缺點，那就是聲發(fā)射方法只能檢測正在進食的白蟻，它們不能檢測，更不能準確評估白蟻在過去造成的損傷，或者由于木腐或者其它非昆蟲原因造成的損傷。
由于以上原因，建筑物檢查員在進行檢測或者損傷評估時，一般會折衷處理只是去掉一部分墻體覆蓋物。這種部分去除有兩個不利后果。一個是即使去掉的部分是有限的，對建筑物仍然有一些損傷。第二個不利后果，也可能是更重要的負面作用是，可能會忽略掉嚴重損傷。因此，部分去除的結果是，要么買方面臨繁重的維修工作，要么貸方面對比原始評估擔保品價值更低的建筑。
現有方法的另一個缺點是，建筑物檢查員一般以口頭方式或者用草圖來描述由白蟻或木腐造成損傷的位置和范圍。很少有檢查員能夠接觸到他能夠在上面標明損傷區(qū)域以便其它人能夠看到損傷范圍的完整的建筑圖。
現有檢查方法的另一個缺點是，一旦完成木框架結構，通過非破壞手段實際上不可能檢驗原始結構的完整性，例如，很難或者不可能確定用于將墻體材料固定到下面的支撐或者立柱的緊固件模式，以及是否采用了正確數量的緊固件。

發(fā)明內容
本發(fā)明考慮了這些問題和其它問題，一方面，本發(fā)明包括一種方法，用于檢測對結構的損傷，該結構包括位于第一墻體和第二墻體之間的多個支撐構件。該方法包括確定墻體后面第一支撐構件的位置；將掃描設備與所述第一支撐構件對準。所述掃描設備包括超聲換能器和用于檢測超聲能量的檢測器。所述掃描設備在所述第一墻體上移動，同時用超聲能量照射所述第一支撐構件，并檢測反射的超聲能量。分析反射的超聲能量，以確定所述第一支撐構件相對于已知密度的相對密度，當反射的超聲能量表明密度不同于已知密度的時候，記錄所述掃描設備的位置。
另一方面，本發(fā)明包括一種繪制結構狀況圖的方法，該結構包括至少一個墻體所覆蓋的多個支撐構件。將結構表示保存在計算機里，測量多個支撐構件上多個地點處的支撐構件密度。確定被測密度偏離預期、正常密度的所述多個地點中每一個地點的位置；將這些位置繪制到所述結構的表示上去，提供多個位置處支撐構件密度的可視表示。
另一方面，本發(fā)明包括一種繪制結構狀況圖的系統(tǒng)，該結構包括由墻體覆蓋的多個支撐構件。該系統(tǒng)包括具有存儲器的計算機處理器；定位系統(tǒng)，用于確定標記器在基準框架內的位置，并把所述位置傳送到所述計算機處理器；密度傳感器，連接到所述計算機處理器；以及標記器，和所述密度傳感器相聯(lián)系。
另一方面，本發(fā)明是一種用于繪制結構狀況圖的系統(tǒng)，該結構包括由墻體覆蓋的多個支撐構件。該系統(tǒng)包括具有存儲器的計算機處理器；保存在所述存儲器內的所述結構的二維模型。該計算機還有三維模型生成器，用于從所述二維模型生成所述結構至少一部分的三維模型。該系統(tǒng)還包括密度傳感器和定位系統(tǒng)，用于確定密度傳感器的位置，并且將位置傳送給所述計算機處理器。所述定位系統(tǒng)包括與密度傳感器相聯(lián)系的多個超寬帶接收機以及超寬帶發(fā)射機。
另一方面，本發(fā)明包括一種用于繪制結構狀況圖的系統(tǒng)，該結構包括由墻體覆蓋的多個支撐構件，該系統(tǒng)使用處理器設備；定位系統(tǒng)，用于確定標記器在基準框架內的位置，并把所述位置傳送給所述處理器設備；密度感測設備，連接到所述處理器設備；以及和所述密度感測設備相聯(lián)系的標記器。


在參考附圖閱讀了本發(fā)明的以下詳細說明以后，會更好地理解本發(fā)明。在這些附圖中圖1是本發(fā)明中缺陷檢測系統(tǒng)的一個原理表示，該系統(tǒng)包括具有支架的掃描設備，圖中還示出了被掃描結構的平面剖面圖；圖2是從圖1中II-II處截取的正視圖；圖3是圖2中圓圈III的放大圖；圖4是由圖1所示系統(tǒng)生成的顯示實例；圖5是用于支持圖1所示掃描設備中幾個掃描設備的替換支架正視圖。
具體實施例方式
綜述本系統(tǒng)一般包括掃描設備，該設備包括發(fā)射機、接收機、電路和無線發(fā)射機。其中發(fā)射機包括例如超聲換能器，用于發(fā)射聲音信號進入一部分結構中；接收機用于接收聲音信號的反射信號；電路用于把反射回來的聲音信號和未損傷結構部件產生的基準信號進行對比；無線發(fā)射機用于把時間和相對密度信息發(fā)送給中央處理設備，例如膝上型計算機。該系統(tǒng)還包括位置檢測系統(tǒng)，當發(fā)射機在結構上移動時，用于檢測發(fā)射機的位置，并把和發(fā)射機位置相關的信息發(fā)送到膝上型計算機。計算機中包括把時間與密度信息跟位置信息聯(lián)系起來的指令，使用這些信息來生成反射能量的那部分區(qū)域的密度剖面?？梢詫⒚芏绕拭姣B加到被掃描結構的三維表示上，以便方便地看見密度偏離正常值的那部分結構。這個實例還可包括接近聲音換能器或者在其附近的顯示器，用于為檢查現場的用戶顯示密度圖。
這里描述的方法的一個一般實例包括在房屋墻面等結構上移動掃描設備，以獲得所要結構部分及其內框架的密度剖面。例如，操作員可以用掃描設備接觸房屋的一個或多個墻面、天花板、地面或者其它結構；并沿著這些墻面、天花板或者地面的表面移動這個傳感器。在移動的同時，聲音密度傳感器產生密度數據，表明結構中預定深度或距離內材料的實際密度和相對密度?；蛘邔⒚芏葦祿４嬖诼曇裘芏葌鞲衅鞯拇鎯卧獌?，用于隨后傳送給計算單元，或者在掃描過程中發(fā)射給遠程存儲單元或計算單元。在掃描操作中，密度傳感器的位置檢測器檢測和記錄表明密度傳感器位置的傳感器位置數據。將傳感器位置數據和密度數據鏈接或者彼此聯(lián)系起來。繼續(xù)掃描直到獲得這一結構的全部或者所要部分的密度剖面。生成密度圖，反映對應于換能器在上面移動過的每個位置或區(qū)域的密度剖面，密度圖的生成建立在密度數據和傳感器位置數據基礎之上?？梢詫⑦@個密度圖疊加到被掃描結構的三維計算機模型上，以便觀測者能夠快速確定密度偏離正常值的結構部分的位置。
詳細說明下面參考附圖，這些附圖只是用于說明優(yōu)選實施例的目的，而不是為了限制本發(fā)明，圖1示出要掃描看它有沒有損傷的結構10。在這個實例中，所述結構是有四個邊12的矩形木框架房屋，每個邊都包括象木頭、乙烯基、鋁或者磚這種外覆蓋層14；立柱16，它們可以是2乘4大小，隔開一個已知距離(例如中心距16英寸)；以及內墻18，它可以用灰泥、石膏板或者適合形成建筑物內墻，并且利用緊固件19固定在立柱16上的其它材料形成，如圖2所示。每一對相鄰立柱16之間的空間是墻內空間17，其中可以填充例如隔熱玻璃纖維。
盡管這里描述的系統(tǒng)和方法的實例操作是和墻體立柱16的檢查相聯(lián)系的，但是還可以將這一系統(tǒng)和方法用于檢查地板、天花板托梁或者其它結構部件，無論它們是否隱藏在內墻后面。此外，盡管可以將這里的被掃描部件叫做“結構”或“支撐”部件，但是這些部件不必實際起這樣的作用，例如，還可以將這一系統(tǒng)用于確定建筑物裝飾部件的狀況。
本發(fā)明包括一種系統(tǒng)和方法，用于檢測結構中的缺陷，一個實例是由例如白蟻、其它昆蟲或者木腐造成的立柱16里的缺陷。這些損傷減弱了立柱16的強度，降低了結構10的強度和價值。該系統(tǒng)包括掃描設備20和掃描設備預處理器21，分別在附圖3和2中最好地示出，還包括圖1所示的定位系統(tǒng)，一般性地用數字22表示，用于確定掃描設備20的實時位置。定位系統(tǒng)22包括發(fā)射機24，優(yōu)選為與掃描設備20相聯(lián)，適合發(fā)送信號達到70或80英尺的超寬帶發(fā)射機；包括超寬帶發(fā)射機的基準標記器25，置于結構10內或附近；通過例如菊鏈以太網28連接起來的多個接收機26；以及例如通過以太網連接32也和多個接收機之一連接的中央處理集線器30。中央處理集線器30和計算機設備34串聯(lián)，例如和市場上能夠買到的，具有存儲器36和無線接收機38，并且在市場上可以買到的操作系統(tǒng)下運行的通用膝上型計算機串聯(lián)。
繼續(xù)參考圖1，全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機39和膝上型計算機34相連。GPS 39被看作基準標記器25的位置基準，但也可以替換成其它基準方案。一個無線接收機38實例采用IEEE 802.11無線標準，例如WiFi；但是，也可以采用適合在這里討論的距離上使用，透過建筑物墻壁工作，用于發(fā)送和接收無線數據的任意系統(tǒng)。
現在參考圖3，一個掃描設備20實例包括第一個面上有耐磨板42的外殼40，以及在其對面和手柄46相連的樞軸式連接器44。這種布局允許外殼44在墻體表面移動，例如在內墻18上移動，實現本發(fā)明的方法。掃描設備20包括一種超聲換能器48，用于發(fā)射和接收超聲信號。參考圖2，示出為獨立于掃描設備20的掃描設備處理器21包括信號處理器50，用于處理收到的信號，并且確定信號通過的材料相對于已知基準密度的密度。信號電纜55將掃描設備20中的超聲換能器48與掃描設備處理器21連結起來。也可以采用用于確定下面的材料的實際密度的設備，如同這里所使用的一樣，術語“密度傳感器”包括測量實際密度或相對密度的設備。
已知已經有既能夠實現掃描設備20又能夠實現掃描設備處理器21，并且能夠用于按照這種方式測量密度，市場上能夠買到的超聲傳感器；能夠從伊利諾斯州芝加哥的NDT James Instruments，Inc.(NDTJames儀器公司)買到商品名稱為James V-Mark II(詹姆斯V-馬克II型)，具有VC-4898換能器的一種合適設備。目前市場上能夠買到的超聲傳感器的實例，例如James V-Mark II，將掃描設備20和掃描設備處理器21作為分開的物理單元，因為利用當前的商業(yè)技術，組合在公共外殼內對于人工掃描操作來說會過于龐大。在James V-Mark II和等同商業(yè)單元中，將掃描設備處理器21配置成用于掛在用戶的腰帶上，或者使用皮帶掛在用戶的肩膀或者脖子上。掃描設備20和掃描設備處理器21之間的電纜55連接使用的是能夠買到的電纜，或者包括在能夠買到的單元里，或者由聲音傳感器領域里的普通技術人員選擇。
當掃描其密度變化的材料是木頭時，換能器48優(yōu)選使用54kHz的載頻工作在脈沖回波模式。這樣做能夠提供很容易穿透木頭的聲發(fā)射；這種聲發(fā)射的波長約為3英寸，這一波長對于穿透預計大小的缺陷足夠長。當感測的材料是復合木頭或制造的其它材料時，相關領域里的技術人員明白可能需要改變載頻。為了方便起見，將這里的所有這種材料統(tǒng)稱為“木頭”。
參考圖1和2，掃描設備處理器21中的信號處理器50通過RS-232串行接口52和處理器外殼21內的無線發(fā)射機54連接，這一無線發(fā)射機54發(fā)射和感測到的密度相關的信息給膝上型計算機34的無線接收機38。發(fā)射這些數據的一個適當方法是使用包括時間以及和時間相關的密度測量結果的順序數據對。將這些信息保存在膝上型計算機34的存儲器36中供進一步處理，如同將在下文中描述的一樣。也可以將信息存儲在掃描設備20中，隨后通過物理連接下載到計算機34里。
參考圖1，已知有系統(tǒng)22這種定位系統(tǒng)，可以從馬里蘭州Germantown的Multispectral Solutions公司買到牌號為UWB PrecisionAsset Localization(PAL650)的一種合適系統(tǒng)。定位系統(tǒng)22的設置和操作對于位置傳感器定位領域里的技術人員而言是公知的，這些內容在出版的文獻里有描述。為了方便舉出來的一個實例是由Robert J.Fontana、Edward Richley和JoAnn Barney于2003年11月在弗尼吉亞州Reston召開的2003IEEE Conference on Ultra Wideband Systems andTechnologies上發(fā)表的，標題為“Commercialization of an UltraWideband Precision Asset Location System”的論文，在這里將這一論文結合進來作為參考。
本發(fā)明的系統(tǒng)包括與掃描設備20相關的一個標記器或者標簽56，這個標簽包括工作于例如6～7GHz的超寬帶發(fā)射機24。超寬帶接收機26放置于被掃描結構的附近。圖1中示出了6個接收機26；但是對于不同的建筑物形狀和尺寸，可以采用不同的數量和不同的布局。例如，有必要把一些附加的接收機26放在中心位置，離開建筑物墻體，以確保有合適的覆蓋?？梢詫⑦@些接收機放置在不同高度來提高對標簽56垂直位置變化的敏感程度，間距一般不應該超過大約75英尺。如下所述，這些接收機接收來自發(fā)射機24的信號，包括同步信息、標簽信息和糾錯信息，并且將關于信號接收時間的信息發(fā)送給處理集線器30。處理集線器30利用這一時間差信息來確定標簽56在基準框架內的位置。計算機34使用基準標記器的已知位置將這個基準框架與GPS接收機39確定的系統(tǒng)的位置相關聯(lián)。
下面將聯(lián)系對圖2所示特定立柱16a的掃描，描述本發(fā)明的操作過程，這個立柱16a高8英尺，在它的中段有白蟻損傷58，在底端有木腐損傷60。
在能夠掃描結構10尋找隱藏損傷前，本系統(tǒng)必須被安裝進或者靠近結構10并進行校準。首先，將若干超寬帶接收機26放置在被掃描建筑物的內周邊，優(yōu)選在建筑物內，間隔不超過75英尺。根據需要將附加接收機放置在整個建筑物內，以確保要掃描的建筑物的所有部分都在至少4個接收機26的75英尺范圍之內。這樣做能夠確保發(fā)射機24發(fā)射的信號能夠被至少4個接收機26接收到。將GPS接收機39用來準確地確定基準標記器25的位置。接下來，接收機26測量接收到基準標記器25產生的基準信號的時間，從這一信息，非常準確地確定每個接收機26的位置。
掃描設備20也通過感測基準材料的密度來加以校準，其中的基準材料可以是，例如，結構10的側面12之一中已經通過視覺檢查，沒有發(fā)現損傷的立柱16。也可以將多種不同材料的密度信息保存在計算機34中，從保存的這些數據選擇基準密度值。后面的感測不是絕對的，是相對于最初確定的密度的。但是，也可以采用直接測量被掃描材料絕對密度的傳感器而不會超出本發(fā)明的范圍。結構10的二維平面圖62和三維呈現(rendering)程序64一起保存在膝上型計算機34的存儲器36中，其中的三維呈現程序從平面圖62或者按照任意已知方式產生結構10或者它的一些部分的三維表示。
校準以后，按照眾所周知的任意方式，或者通過在垂直于立柱16a的方向移動掃描設備，直到密度讀數表明相對于空心空間已經檢測到立柱16a，以此來確定立柱16a的位置。以立柱16a為中心，將掃描設備20放置在立柱16a的頂端，接近內墻18和天花板的連接處，以大約每秒鐘半英尺的速度向下移動。假設大約每秒鐘半英尺的速度，當掃描設備20沿著立柱16a以這一速率移動的時候，采用大約10Hz的超聲脈沖重復速率來確保合適的密度采樣。當掃描設備20沿著立柱16a移動時，它發(fā)射和接收超聲能量脈沖，這些脈沖穿過內墻18和立柱16a；這一能量的一部分被外覆蓋層14以及立柱16的內部缺陷反射，回到掃描設備20，在那里感測它。
掃描設備處理器21內的信號處理器50分析接收到的信號，識別表明偏離校準步驟確定的預期密度的密度變化的信號。還會收到示出存在象釘子或者螺絲一樣，將墻體18固定到立柱16a上的緊固件19的信號，可以利用這樣的信號在顯示器上繪制出這種緊固件19的位置。按照這種方式，用戶能夠確保將合適數量的緊固件用于緊固內墻18，并且確保它們正確定位。然后通過串行接口52將密度信息傳遞給無線發(fā)射機54，以無線方式發(fā)送給膝上型計算機34，在存儲器36中保存時間和密度讀數的順序對。也可以在掃描設備20內提供存儲設備(未示出)，用于保存這一信息供以后下載到存儲器36中。表1列出了虛構的數據，用來說明如何解釋接收到的這些數據。
表1


現在參考圖2和表1，可以看出感測設備20從立柱16a頂部移動到底部，在16個間隔處的密度測量結果。在上表中，“t”表示時間測量結果，“x”、“y”和“z”是掃描設備20的空間坐標，“d”表示相對密度測量結果。假定立柱16a是8英尺長，在大約16秒內完成掃描；于是，大概每半英尺間隔就有一個測量值。同樣，上面的數據僅僅是為了進行說明，實際讀數大約每秒十次，因此，從地面到天花板16秒的預計掃描時間會產生大約160個數據對。而且，由于掃描儀橫向移動很可能有一些測量偏差；因此，即使是在沒有損傷的立柱里也會感測到密度的微小變化。還有，更頻繁的采樣會檢測到立柱16a內緊固件19的存在。圖2中畫出了緊固件19的表示19’，但是不能從上表中的數據直接得到。
從以上數據可以看出，前6個密度讀數，粗略地對應于立柱16的上三英尺，表明立柱16總的來說完好無損。換句話說，立柱16的密度沒有偏離以前測量出來的基準密度。但是，在t＝7、t＝8和t＝9的時候測量得到的接下來的三個讀數，說明密度下降了，這表明立柱16有損傷。這些損傷對應于如圖2所示的白蟻損傷58。從t＝10到t＝13，密度恢復到正常值，然后在最后三個讀數處再次下降，表明立柱16a的底部也有損傷。這個損傷對應于立柱16a底部的木腐損傷60。
采集上述密度讀數的時候，通過定位系統(tǒng)22跟蹤標簽56的位置。標簽56內的發(fā)射機24發(fā)射由多個接收機26接收的周期信號。準確地測量來自發(fā)射機24的每一個信號到達每一個接收機26的時間，通過菊鏈以太網將這些時間發(fā)射到處理集線器30。處理集線器30使用這些到達時間和每一個接收機26的已知位置來計算出標簽56的位置。利用目前的技術這一準確度可以達到大約2cm以內。將每次測量時標簽56的x、y和z坐標發(fā)送到膝上型計算機34內。這些時間和坐標的實例也在表1中示出，同樣，這些數據僅僅用于進行說明。還有，盡管這個表暗示著超寬帶發(fā)射機24和無線發(fā)射機54由同一個時鐘控制(可以用一種合適的系統(tǒng)做到這一點)，但是，在所述優(yōu)選實施例中，實時位置信息是由膝上型計算機34接收的，每次密度測量時刻標簽56的實際位置是從這些實時位置信息外推出來的。針對結構10中的每一個立柱16重復這個過程。
表1中的數據描述了大量位置處結構10中部件的密度。使用三維呈現程序64把這些數據繪制到結構10的三維表示上，并在膝上型計算機34上顯示出來。計算機輔助設計(CAD)領域的普通技術人員很容易寫出呈現程序。在圖4中示出膝上型計算機34的屏幕上這樣顯示的一個實例，它包括立柱16a的圖像16a’，說明白蟻損傷58的表示58’以及木腐損傷60的表示60’。盡管在這個圖中使用了交叉陰影線，但是可以將不同的顏色用來說明不同的密度和密度范圍，以及表明不同的損傷程度。觀看者可以使用三維呈現程序在屏幕35上顯示的虛擬結構上移動，觀看損傷的位置。如果需要，可以用視覺檢驗這些區(qū)域，以便進一步檢查檢測到的損傷的范圍和實質。但是如果沒有發(fā)現損傷，就可以肯定建筑物是完好無損的，而不會給結構帶來任何損傷。
從圖4可以看到的上述掃描操作實例參考了圖1所示的立柱16。但是，這些立柱16僅僅是用于進行說明。參考圖1，所描述的方法和系統(tǒng)也能檢查，例如墻體覆蓋層14。如果墻體覆蓋層14是膠合板或者定向結構板(OSB)，那么這種檢查特別有用，因為在立柱16上可檢測到的任何攻擊之前，白蟻可能先攻擊這些材料。檢查覆蓋層14的一種方法利用上述校準方法，讓掃描設備20面對外墻的內表面18，在立柱16之間。隨后，在接近地面(沒有編號)和天花板(沒有編號)的連接處沿垂直方向移動掃描設備20。移動掃描設備20的時候，來自發(fā)射機24的超聲能量通過干飾面內墻，穿過在立柱之間的空氣或者玻璃纖維隔熱材料，打到覆蓋層14。正如在聲音密度檢測領域里公知的一樣，在每一個介質界面上，例如內墻18和墻內空間17之間的界面上，以及墻內空間17和外覆蓋層14之間的界面上，能量被反射回聲接收機56。校準針對的是墻內空間17和外覆蓋層14之間的界面處由于界面密度尖銳不連續(xù)性而產生的強烈反射。覆蓋層14的密度變化，例如白蟻損傷所引起的密度變化，將導致反射能量強度的相應變化，從上表1中可以明顯地看出這一點。因此，通過在相鄰立柱16之間能夠夠著的位置，垂直掃描內墻表面18，能夠檢查足夠百分比的外覆蓋層14看它是否有缺陷，而不必去掉鋁制壁板、磚壁板，或者其它外墻材料。
圖5示出了用于本發(fā)明的系統(tǒng)的一個修改了的支架66，該支架66包括手柄68和垂直地安裝在手柄68上的滑動棒70，可以以各種間距將多個掃描設備20安裝在上面，由可釋放的配件72固定在上面。例如，圖5中的設備說明有三個掃描設備20以16英寸的間隔附著在滑動棒70上面，這個間隔是結構中典型立柱16之間的中心間隔。這個間隔可以按照被掃描部件的間隔改變，如果需要，可以采用另外的掃描設備。如上所述，每一個掃描設備20都包括標簽56；在這個實例中，每一個標簽都廣播一個獨一無二的ID，由定位系統(tǒng)20識別。本發(fā)明的系統(tǒng)按照上面描述的相同方式工作，但是速度是其三倍，因為要使用該系統(tǒng)同時掃描三個立柱16或者其它結構部件。
在這里已經利用優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。對這個實施例的修改和增加部件，對于相關領域的技術人員而言，在閱讀和理解了前面的描述以后，都是顯而易見的。例如，盡管上面描述的接收機26是利用菊鏈以太網連接起來的，但是也可以采用集線器或其它裝置。此外，還可以采用各種無線發(fā)射標準來發(fā)送時間和密度信息給膝上型計算機34。還有，盡管本發(fā)明使用被測量結構的平面圖來生成這一結構的三維表示，但是，可以直接從定位系統(tǒng)22所進行的位置測量直接獲得與立柱位置和結構整體布局有關的許多信息。因此，可以在掃描過程中從掃描設備20測量得到的位置直接生成結構的三維表示。
更進一步，上述實例采用了象膝上型計算機一類的計算機34，它具有從掃描設備20接收數據，生成密度表，將這些數據繪制到三維結構10上去，并且顯示這些結果的處理和顯示能力。一種替換方案是替換膝上型計算機34的數據收集設備，將采集到的數據傳遞給不在現場的計算機來生成密度表，將這個表繪制到三維結構10上去。這種傳遞可以是有線方式、抽取式驅動器這種可拆除介質、視距無線連接或者通過衛(wèi)星上行鏈路這些形式。只要在本發(fā)明的權利要求的范圍之內，所有這些明顯的修改和增加部件都構成本發(fā)明的一個部分。
權利要求
1.一種用于檢測對結構的損傷的方法，該結構包括位于第一墻體和第二墻體之間的多個支撐構件，該方法包括提供掃描設備，該掃描設備包括超聲換能器和用于檢測超聲能量的檢測器；確定所述第一墻體后面第一支撐構件的位置；鄰近所述第一墻體放置所述掃描設備并和所述第一支撐構件對準；在所述第一墻體上移動所述掃描設備，同時把超聲能量射向所述第一支撐構件，并且檢測反射的超聲能量；分析所述反射的超聲能量，以確定所述第一支撐構件相對于已知密度的相對密度；以及當所述反射的超聲能量表明密度不同于所述已知密度時，記錄所述掃描設備的位置。
2.如權利要求1所述的方法，還包括相對于基準確定所述已知密度來校準所述掃描設備。
3.如權利要求1所述的方法，還包括生成所述第一支撐構件的表示，以及所述第一支撐構件上多個位置的每一個位置處所述第一支撐構件的相對密度的指示。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述記錄所述掃描設備的位置包括提供用于確定標記器的位置的定位系統(tǒng)，并且將標記器和所述掃描設備聯(lián)系起來。
5.如權利要求1所述的方法，還包括檢測所述第一支撐構件內緊固件的存在。
6.如權利要求3所述的方法，還包括檢測所述第一支撐構件內緊固件的存在，并在生成的所述第一支撐構件的表示上生成所述緊固件的表示。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述生成所述第一支撐構件的表示包括以下步驟提供所述結構的二維表示，并且提供程序，所述程序用于基于所述結構的所述二維表示來生成所述結構的三維表示。
8.如權利要求1所述的方法，還包括以無線方式向具有處理器的計算機發(fā)射表明所述反射的超聲能量的信號。
9.如權利要求4所述的方法，其中所述標記器包括超寬帶發(fā)射機，并且其中所述提供定位系統(tǒng)包括提供多個超寬帶接收機，將所述多個超寬帶接收機和處理器相連，并且計算來自所述超寬帶發(fā)射機的信號到達所述多個超寬帶接收機一個子集的到達時間。
10.一種繪制結構狀況圖的方法，該結構包括被至少一個墻體覆蓋的多個支撐構件，該方法包括將結構表示保存在計算機里；檢測多個支撐構件上多個地點處的支撐構件密度；確定所述多個地點中每一個地點的位置；將所述多個地點繪制到所述結構的表示上去；以及在所述結構的表示上指示出所述多個地點中每一個地點處的所述支撐構件密度。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述測量多個支撐構件上多個地點處的支撐構件密度包括提供超聲換能器，發(fā)射超聲脈沖通過所述至少一個墻體和所述多個構件中每一個構件上所述多個地點的每一個地點，并且檢測所述超聲脈沖的反射。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述確定所述多個地點中每一個地點的位置包括提供用于確定標記器在基準框架內的位置的定位系統(tǒng)，把標記器和所述超聲換能器聯(lián)系起來，并且當所述超聲換能器位于所述多個地點中每一個地點處的時候，記錄所述標記器在所述基準框架內的位置。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述在所述結構的表示上指示出所述多個地點中每一個地點處的所述支撐構件密度包括在所述表示上對應于所述多個地點之一的一個位置處，顯示與多個預定密度范圍相聯(lián)系的多個顏色之一。
14.一種繪制結構狀況圖的系統(tǒng)，該結構包括由墻體覆蓋的多個支撐構件，該系統(tǒng)包括具有存儲器的計算機處理器；定位系統(tǒng)，用于確定標記器在基準框架內的位置，并把所述位置傳送到所述計算機處理器；密度傳感器，與所述計算機處理器通信；以及標記器，與所述密度傳感器相聯(lián)系。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述定位系統(tǒng)包括位于所述基準框架內多個已知位置處的多個接收機。
16.如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述接收機包括超寬帶接收機。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述標記器包括發(fā)射機。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述標記器包括超寬帶發(fā)射機。
19.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述密度傳感器包括超聲換能器。
20.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述定位系統(tǒng)還包括基準發(fā)射機。
21.如權利要求14所述的系統(tǒng)，還包括在所述存儲器內保存的所述結構的二維表示。
22.如權利要求21所述的系統(tǒng)，包括與所述計算機相聯(lián)系的三維模型生成器。
23.一種用于繪制結構狀況圖的系統(tǒng)，該結構包括多個支撐構件，該系統(tǒng)包括具有存儲器的計算機處理器；保存在所述存儲器內的所述結構的二維模型；與所述計算機相聯(lián)系的三維模型生成器；定位系統(tǒng)，用于確定標記器在基準框架內的位置，并且把所述位置傳送給所述計算機處理器，所述定位系統(tǒng)包括多個超寬帶接收機；密度傳感器，包括與所述計算機處理器通信的超聲換能器；以及與所述密度傳感器相聯(lián)系的超寬帶發(fā)射機。
24.一種用于繪制結構狀況圖的系統(tǒng)，該結構包括由墻體覆蓋的多個支撐構件，該系統(tǒng)包括處理器裝置；定位裝置，用于確定標記器在基準框架內的位置，并把所述位置傳送給所述處理器裝置；密度感測裝置，連接到所述處理器裝置；以及與所述密度感測裝置相聯(lián)系的標記器。
25.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述定位裝置包括多個接收機裝置。
26.如權利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述密度感測裝置包括超聲換能器。
27.如權利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述標記器包括超寬帶發(fā)射機。
28.一種損傷檢測方法，用于檢測對彼此面對并且包圍多個支撐構件的第一墻體和第二墻體之一的損傷，該方法包括提供掃描設備，該掃描設備包括超聲換能器和用于檢測超聲能量的檢測器；確定所述第一墻體后面第一支撐構件的位置；鄰近所述第一墻體、橫向偏離所述第一支撐構件來放置所述掃描設備；在所述第一墻體上移動所述掃描設備，同時把超聲能量射向所述第二墻體，并且檢測反射的超聲能量；分析所述反射的超聲能量，以確定所述第二墻體相對于已知密度的相對密度；以及當所述反射的超聲能量表明密度不同于所述已知密度時，記錄所述掃描設備的位置。
29.如權利要求28所述的方法，還包括確定所述第一墻體后面第二支撐構件的位置，其中所述鄰近所述第一墻體，橫向偏離所述第一支撐構件來放置所述掃描設備的步驟，把所述掃描設備放置在所述第一支撐構件和所述第二支撐構件之間對準的位置處。
30.如權利要求28所述的方法，其中所述記錄所述掃描設備的位置包括提供用于確定標記器的位置的定位系統(tǒng)，并把標記器和所述掃描設備聯(lián)系起來。
31.如權利要求30所述的方法，其中所述標記器包括超寬帶發(fā)射機，并且其中所述提供定位系統(tǒng)包括提供多個超寬帶接收機，把所述多個超寬帶接收機和處理器連接起來，并計算來自所述超寬帶發(fā)射機的信號到達所述多個超寬帶接收機一個子集的到達時間。
32.如權利要求29所述的方法，其中所述記錄所述掃描設備的位置包括提供用于確定標記器的位置的定位系統(tǒng)，并把標記器和所述掃描設備聯(lián)系起來。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述標記器包括超寬帶發(fā)射機，并且其中所述提供定位系統(tǒng)包括提供多個超寬帶接收機，把所述多個超寬帶接收機和處理器連接起來，并計算來自所述超寬帶發(fā)射機的信號到達所述多個超寬帶接收機一個子集的到達時間。
全文摘要
公開了繪制結構狀況圖的一種系統(tǒng)，該結構包括由墻體覆蓋的多個支撐構件，該系統(tǒng)包括具有存儲器的計算機處理器，保存在存儲器里的結構的二維模型，以及與所述計算機相聯(lián)系的三維模型生成器。包括超聲換能器的密度傳感器連接到所述計算機處理器，并配備了超寬帶發(fā)射機。提供定位系統(tǒng)用于確定超寬帶發(fā)射機在基準框架中的位置，從而確定密度傳感器的位置，并且將這一位置傳送給計算機處理器，計算機處理器則在結構的三維模型上顯示密度表示。還公開了繪制結構狀況圖的一種方法。
文檔編號G01N9/00GK101076704SQ200580009127
公開日2007年11月21日 申請日期2005年1月19日 優(yōu)先權日2004年1月26日
發(fā)明者理查德·杰斯蒙斯 申請人:理查德·杰斯蒙斯