本發(fā)明涉及橋梁結構無損檢測技術領域，特別涉及一種無損檢測橋梁混凝土結構缺陷的系統(tǒng)及方法。

背景技術：

公路橋梁在建設及服役期，由于施工原因或服役過程中受超載、溫度劇變等可能產生內部空洞、裂縫等缺陷，使結構的承載能力或耐久性受到影響；若得不到及時的檢測和維修加固，將會影響橋梁的運營安全，因此，對橋梁混凝土隱蔽性缺陷進行必要的檢測，顯得十分必要，也有其現(xiàn)實意義。

紅外熱成像技術，是利用各種探測器來接收物體發(fā)出的紅外輻射，再進行光電信息處理，最后以數(shù)字、信號、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。它涉及光學系統(tǒng)設計、器件物理、材料制備、微機械加工、信號處理與顯示、封裝與組裝等一系列專門技術。該技術可廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、消防、考古、交通、地質領域。

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量的一種方法，當物體內部存在裂縫和缺陷時，它將改變物體的熱傳導，使物體表面溫度分布產生差別，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熱系數(shù)小，表面熱輻射率大的混凝土材料的紅外輻射。當混凝土結構存在某種缺陷時，由于缺陷類型形態(tài)及分布不同造成材料導熱系數(shù)、質量熱容性能的局部變化而影響紅外輻射量，直接導致表面溫度發(fā)生變化，使熱像圖上出現(xiàn)溫差等異樣。當有缺陷的混凝土受到太陽輻射時，有缺陷的混凝土結構由于缺陷的存在，大量的空氣混入，與密實部位相比，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構升溫不夠明顯，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，導致檢測結果不夠精確，甚至誤判，不能很好的反應出橋梁的缺陷；其三，該檢測方法必須在環(huán)境溫度變化快的時候進行，檢測時間受限，不能隨時對橋梁進行檢測。因此，即使使用精度高的紅外熱像儀器，也難于運用在檢測工作中。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于提供一種精度高、成本低的無損檢測橋梁混凝土結構缺陷的系統(tǒng)。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種無損檢測橋梁混凝土結構缺陷的系統(tǒng)，包括加熱/冷卻單元、紅外測溫儀、驅動機構以及處理模塊，所述的加熱/冷卻單元用于對待檢測橋梁混凝土結構部分進行快速加熱或冷卻，驅動機構驅動紅外測溫儀掃描加熱或冷卻后的橋梁結構表面獲取溫度數(shù)據(jù)，處理模塊接收紅外測溫儀輸出的溫度數(shù)據(jù)后對其分析處理后得到橋梁結構表面溫度異常處的位置并標記為橋梁缺陷位置。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明存在以下技術效果：當待檢測橋梁混凝土結構內部存在缺陷時，紅外測溫儀測到的溫度數(shù)據(jù)存在差異，在自然環(huán)境溫度變化狀態(tài)下這個差異小，通過設置加熱/冷卻單元，對待檢橋梁結構進行快速加熱或冷卻，形成較大溫差，可使用低精度的紅外測溫儀就能獲取到理想的溫度數(shù)據(jù)，一方面提高了檢測的準確性，另一方面因無需使用高精度的紅外測溫儀，大大降低了成本。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種精度高且成本低的無損檢測橋梁混凝土結構缺陷的方法。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種如前所述的無損檢測橋梁混凝土結構缺陷的系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟：(A)加熱/冷卻單元對待檢測橋梁混凝土結構進行加熱或冷卻，加熱或冷卻至設定溫度或時間后停止加熱或冷卻；(B)驅動機構驅動紅外測溫儀掃描加熱或冷卻后的橋梁結構表面獲取溫度數(shù)據(jù)，紅外測溫儀將溫度數(shù)據(jù)輸出至處理模塊；(C)處理模塊對溫度數(shù)據(jù)進行分析處理后得到橋梁結構表面溫度異常處的位置并標記為橋梁缺陷位置。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明存在以下技術效果：當待檢測橋梁混凝土結構內部存在缺陷時，紅外測溫儀測到的溫度數(shù)據(jù)存在差異，在自然環(huán)境溫度變化狀態(tài)下這個差異小，通過設置加熱/冷卻單元，對待檢橋梁結構進行快速加熱或冷卻，形成較大溫差，可使用低精度的紅外測溫儀就能獲取到理想的溫度數(shù)據(jù)，一方面提高了檢測的準確性，另一方面因無需使用高精度的紅外測溫儀，大大降低了成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一的結構示意圖，其中加熱/冷卻單元為加熱單元；

圖2是本發(fā)明實施例二的結構示意圖，其中加熱/冷卻單元為冷卻單元。

具體實施方式

下面結合圖1至圖2，對本發(fā)明做進一步詳細敘述。

參閱圖1、圖2，一種無損檢測橋梁混凝土結構缺陷的系統(tǒng)，包括加熱/冷卻單元10、紅外測溫儀20、驅動機構30以及處理模塊40，所述的加熱/冷卻單元10用于對待檢測橋梁混凝土結構部分進行快速加熱或冷卻，驅動機構30驅動紅外測溫儀20掃描加熱或冷卻后的橋梁結構表面獲取溫度數(shù)據(jù)，處理模塊40接收紅外測溫儀20輸出的溫度數(shù)據(jù)后對其分析處理后得到橋梁結構表面溫度異常處的位置并標記為橋梁缺陷位置。當待檢測橋梁混凝土結構內部存在缺陷時，紅外測溫儀20測到的溫度數(shù)據(jù)存在差異，在自然環(huán)境溫度變化狀態(tài)下這個差異小，通過設置加熱/冷卻單元10，對待檢橋梁結構進行快速加熱或冷卻，形成較大溫差，可使用低精度的紅外測溫儀20就能獲取到理想的溫度數(shù)據(jù)，一方面提高了檢測的準確性，另一方面因無需使用高精度的紅外測溫儀20，大大降低了成本。

根據(jù)加熱/冷卻單元10的不同，這里提供了兩種較為優(yōu)選的實施例。

參閱圖1，實施例一：所述的加熱/冷卻單元10為加熱單元，加熱單元包括蒸汽機112、蒸汽加壓泵113和儲氣罐114，水源50通過第一閥門111與蒸汽機112相連，第一閥門111和水源50的設置，方便向蒸汽機112中加水，水經過加熱單元加熱氣化及加壓后轉變?yōu)閴毫φ羝?，通過管道噴射到待檢測橋梁混凝土結構的表層對橋梁進行加熱。通過高溫壓力蒸汽對橋梁結構進行加熱有諸多好處：其一，在澆灌過程中，壓力蒸汽一直處在橋梁結構的表層，對橋梁進行持續(xù)加熱；其二，由于這里采用的是壓力蒸汽進行加熱，這樣不論橋梁的結構是怎樣的，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。

參閱圖2，實施例二：所述的加熱/冷卻單元10為冷卻單元，冷卻單元包括儲水罐121、水泵122、水管123以及第二噴頭124，儲水罐121中存儲有冰水混合物，水泵122置于儲水罐121中，水管123的兩端分別連接水泵123和第二噴頭124，水泵122工作時將儲水罐121中的冷卻水抽取出來并通過第二噴頭124澆灌到待檢測橋梁混凝土結構上對橋梁進行降溫。實施例二中通過冷卻的方式來提高溫差，這是專門針對一些溫度高的區(qū)域，此時橋梁在太陽下被烘烤，本身的溫度非常高，通過冷卻單元對其冷卻，有缺陷的區(qū)域導熱性差，冷卻的慢，無缺陷的地方導熱性好，冷卻的快，最后形成溫度差，通過溫度數(shù)據(jù)可以看出差異。同樣地，冷卻單元的結構也有很多種，實施例二中通過設置儲水罐121，里面放置的冰水混合物，溫度接近于0度，實際使用時，可以不停的向罐內加入冰塊，以維持其低溫，水泵122、水管123以及第二噴頭124是方便將冷卻水抽取出來并澆灌到橋梁結構上的。該結構簡單、成本低，方便攜帶至現(xiàn)場。

優(yōu)選地，為了方便監(jiān)控加熱或冷卻效果，所述的待檢測橋梁混凝土結構上設置有溫度傳感器60用于采集加熱或冷卻時橋梁的溫度，溫度傳感器60采集到的溫度超過設定閾值時加熱/冷卻單元10停止動作且紅外測溫儀20和驅動單元30開始工作采集橋梁結構表面的溫度數(shù)據(jù)。設置溫度傳感器60之后，可以方便的獲取到加熱或冷卻后的橋梁結構溫度，也就能在合適的時候停止加熱或冷卻，進行下一步處理。當然，也可以不設置溫度傳感器60，加熱或冷卻一定時間后停止也是可以的，但是這樣的精度會小于設置溫度傳感器60的方案。

優(yōu)選地，所述的驅動單元30包括電機31和云臺32，電機31設置在紅外測溫儀20殼體內部，電機31驅動紅外測溫儀20沿橋梁結構表面的一個方向進行掃描，云臺32驅動紅外測溫儀20沿橋梁結構表面的另一個方向進行掃描，電機31和云臺32掃描的方向垂直。驅動單元30驅動紅外測溫儀20進行掃描，可以選用中國發(fā)明專利《電解槽極板溫度監(jiān)控系統(tǒng)》(申請?zhí)枺?01410842553.1；申請日：2014年12月30日)中記載的方案來實現(xiàn)，該發(fā)明中，紅外測溫儀20掃描的是電解槽表面，本發(fā)明中，紅外測溫儀20掃描的是加熱或冷卻后的橋梁結構表面，結構是差不多的，這里就不再對紅外測溫儀20和驅動單元30的結構作進一步贅述。

本發(fā)明還公開了一種如前所述的無損檢測橋梁混凝土結構缺陷的系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟：(A)加熱/冷卻單元10對待檢測橋梁混凝土結構進行加熱或冷卻，加熱或冷卻至設定溫度或時間后停止加熱或冷卻；(B)驅動機構30驅動紅外測溫儀20掃描加熱或冷卻后的橋梁結構表面獲取溫度數(shù)據(jù)，紅外測溫儀20將溫度數(shù)據(jù)輸出至處理模塊40；(C)處理模塊40對溫度數(shù)據(jù)進行分析處理后得到橋梁結構表面溫度異常處的位置并標記為橋梁缺陷位置。同樣地，該步驟中，通過設置加熱/冷卻單元10，對待檢測橋梁混凝土結構進行加熱或冷卻，提高溫度差異，再使用低精度的紅外測溫儀20就能獲取到理想的溫度數(shù)據(jù)，一方面提高了檢測精度，另一方面無需使用高精度的紅外測溫儀20，降低了成本。

優(yōu)選地，所述的步驟A中，加熱/冷卻單元10為加熱單元，加熱單元包括蒸汽機112、蒸汽加壓泵113和儲氣罐114，水源50通過第一閥門111與蒸汽機112相連，水經過加熱單元加熱氣化及加壓后轉變?yōu)閴毫φ羝?，通過管道噴射到待檢測橋梁混凝土結構的表層對橋梁進行加熱。

優(yōu)選地，所述的步驟A中，加熱/冷卻單元10為冷卻單元，冷卻單元包括儲水罐121、水泵122、水管123以及第二噴頭124，儲水罐121中存儲有冰水混合物，水泵122置于儲水罐121中，水管123的兩端分別連接水泵123和第二噴頭124，水泵122工作時將儲水罐121中的冷卻水抽取出來并通過第二噴頭124澆灌到待檢測橋梁混凝土結構上對橋梁進行降溫。

加熱單元和冷卻單元的結構以及效果在前面都已經詳細描述過，這里就不再贅述。

優(yōu)選地，所述的步驟C中，處理模塊40為計算機或工控機；計算機或工控機通過如下步驟對紅外圖像譜進行分析處理：(C1)操作人員向處理模塊40中輸入待檢測橋梁混凝土結構的基本參數(shù)，處理模塊40根據(jù)基本參數(shù)建立無缺陷的標準模型；(C2)操作人員將步驟A中加熱/冷卻單元10的位置信息以及其工作溫度或時間輸入至處理模塊40中，處理模塊40根據(jù)接收到的信息將標準模型模擬加熱或冷卻后獲得標準溫度數(shù)據(jù)；(C3)處理模塊40將紅外測溫儀20輸出的待檢測測橋梁混凝土結構的實際溫度數(shù)據(jù)與步驟C2中的標準溫度數(shù)據(jù)進行比較后得到溫度差值；(C4)若溫度差值大于設定閾值，橋梁結構該位置用紅色示出，若溫度差值小于等于設定閾值，橋梁結構該位置用綠色示出；橋梁結構表面標記為紅色的區(qū)域即為橋梁缺陷位置。由于在實施加熱或冷卻時，第一噴頭116或第二噴頭124可能通過其他支架固定在橋梁結構的某一位置處，這樣，第一噴頭116或第二噴頭124所在位置與其他位置之間也存在一定的溫差，這會影響到最終的檢測結果精度，為了消除這個影響因素，這里在處理模塊40中建立標準的無缺陷模型，然后根據(jù)加熱/冷卻單元10的位置信息以及其工作溫度或時間套入到該標準模型中，計算獲得標準溫度數(shù)據(jù)，最后將采集到的實際溫度數(shù)據(jù)與標準溫度數(shù)據(jù)對比，這樣檢測結果的精度就有了保障，不會因為加熱/冷卻單元10的位置、或加熱/冷卻溫度的不同導致檢測結果的不同。