本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于智能手機(jī)的墻體探測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在土木和建筑行業(yè)，不可避免地要涉及到對(duì)墻體的質(zhì)量檢測(cè)，以及對(duì)已有墻體的改造和施工。一些圖紙不規(guī)范的建筑改造或者歷史建筑的修繕時(shí)往往無(wú)法精確知曉墻體內(nèi)的一些預(yù)埋結(jié)構(gòu)和管線的情況，這往往在施工中造成一些意外和損失。因此，在墻體施工前后，如果能夠探測(cè)和獲取墻體內(nèi)的情況，對(duì)施工質(zhì)量和效率會(huì)有很大的幫助。

目前已有的墻體探測(cè)相關(guān)的產(chǎn)品很多，比如德國(guó)bosch的d-tect120探測(cè)儀，它利用磁場(chǎng)感應(yīng)的原理，對(duì)金屬件可以完全探測(cè)，但是其他結(jié)構(gòu)探測(cè)能力不足。同時(shí)普通磚墻、清水墻和混泥土墻等結(jié)構(gòu)也影響其探測(cè)效果。而且目前已有產(chǎn)品最大的問(wèn)題是只能獲取當(dāng)前位置的墻體內(nèi)反應(yīng)，無(wú)法獲取一個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)圖像，只能手工在墻體上標(biāo)注使用，需要專業(yè)操作訓(xùn)練并且價(jià)格高昂。

因此，迫切地需要一種低成本、易于操作、測(cè)量結(jié)果更直觀的墻體探測(cè)系統(tǒng)和方法，不僅土木和建筑行業(yè)人士可以使用，需要建筑施工和家庭裝修的普通民眾也可操作使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種基于智能手機(jī)的墻體探測(cè)系統(tǒng)及方法，用于墻體內(nèi)中空結(jié)構(gòu)和管道等準(zhǔn)確地探測(cè)。

本發(fā)明提供了一種基于智能手機(jī)的墻體探測(cè)系統(tǒng)，包括：包括帶有喇叭、麥克風(fēng)、加速度傳感器以及探測(cè)處理器模塊的智能手機(jī)和耦合結(jié)構(gòu)；所述的喇叭具有音頻外放功能，產(chǎn)生一定頻率的聲波s0；所述的麥克風(fēng)接收聲波s0遇到墻體內(nèi)中空結(jié)構(gòu)反射產(chǎn)生的聲波s；所述的加速度傳感器檢測(cè)并記錄手機(jī)移動(dòng)位置l；所述的耦合結(jié)構(gòu)為一平板，用于耦合智能手機(jī)產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)的收發(fā)；所述的探測(cè)處理器模塊根據(jù)麥克風(fēng)采集的聲波s與加速度傳感器記錄的手機(jī)移動(dòng)位置l計(jì)算得到二維圖像，并將該二維圖像在智能手機(jī)的顯示屏進(jìn)行顯示。

所述的耦合結(jié)構(gòu)材料是根據(jù)墻體混凝土或者磚墻等情況選擇聲阻抗在15至50之間的鋁或者氧化鋁等材料，這樣可以減少墻體表面聲波的反射，提高探測(cè)靈敏度。

作為優(yōu)選，所述的加速度傳感器可以是mma8451q或者mpu6050，其測(cè)量精度達(dá)到0.0002g，可以探測(cè)手機(jī)移動(dòng)的速度和方向，進(jìn)而計(jì)算其在墻面所處的位置。

所述的探測(cè)處理器模塊計(jì)算得到二維圖像的具體過(guò)程為：

首先，根據(jù)聲波采集的時(shí)間和聲波強(qiáng)度，對(duì)時(shí)間進(jìn)行采樣，得到等間隔時(shí)間的聲音強(qiáng)度數(shù)據(jù)；

然后，根據(jù)加速傳感器的加速數(shù)據(jù)計(jì)算與聲音強(qiáng)度數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)的手機(jī)移動(dòng)位置，計(jì)算公式為：

l＝∫(∫adt)dt

其中，t為時(shí)間，a為加速傳感器所獲取加速度，l為手機(jī)移動(dòng)位置；

最后，利用每個(gè)位置數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的聲音強(qiáng)度數(shù)據(jù)描繪得到手機(jī)在墻上的移動(dòng)位置的二維圖像。

另一方面，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用上述系統(tǒng)對(duì)墻體進(jìn)行探測(cè)的方法，包括：

(1)在探測(cè)墻體表面規(guī)定一個(gè)矩形區(qū)域；

(2)將耦合結(jié)構(gòu)的一面與智能手機(jī)的背面固定，然后將耦合結(jié)構(gòu)的另一面貼緊于探測(cè)墻體表面；

(3)啟動(dòng)智能手機(jī)的探測(cè)指令，且移動(dòng)智能手機(jī)，對(duì)矩形區(qū)域進(jìn)行掃描，喇叭發(fā)出一定頻率的聲波s0，麥克風(fēng)接收聲波s0遇到墻體內(nèi)中空結(jié)構(gòu)反射產(chǎn)生的聲波s，加速傳感器記錄手機(jī)移動(dòng)位置l；

(4)智能手機(jī)的探測(cè)處理器模塊根據(jù)麥克風(fēng)采集的聲波s與加速傳感器記錄的手機(jī)移動(dòng)位置l計(jì)算得到二維圖像，并將該二維圖像在智能手機(jī)顯示屏上顯示。

所述的聲波s0的頻率為1khz-10khz。

存儲(chǔ)聲波數(shù)據(jù)和手機(jī)移動(dòng)位置數(shù)據(jù)時(shí)，在數(shù)據(jù)中每隔一定時(shí)間插入一個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)，用于聲波數(shù)據(jù)和手機(jī)移動(dòng)位置數(shù)據(jù)的同步。

在掃描的過(guò)程中，智能手機(jī)的喇叭會(huì)持續(xù)發(fā)出一定頻率的聲波s0，此聲波經(jīng)耦合結(jié)構(gòu)傳遞進(jìn)探測(cè)墻體，當(dāng)聲波s0在傳播的過(guò)程中遇到墻體內(nèi)的空洞或管道結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)放生反射，反射的聲波s再經(jīng)耦合結(jié)構(gòu)傳回智能手機(jī)，被麥克風(fēng)采集并存儲(chǔ)；在移動(dòng)智能手機(jī)的同時(shí)，加速度探測(cè)器時(shí)刻采集并記錄智能手機(jī)當(dāng)前位置，形成智能手機(jī)移動(dòng)路徑圖；智能手機(jī)的探測(cè)處理器根據(jù)麥克風(fēng)采集的聲波數(shù)據(jù)與加速傳感器記錄的位置數(shù)據(jù)結(jié)合處理得到二維圖像，實(shí)時(shí)地將當(dāng)前的二維圖像于智能手機(jī)顯示屏顯示出來(lái)。

探測(cè)墻體中的空洞或管道結(jié)構(gòu)由于反射信號(hào)異于周圍墻體，能夠在二維圖像上分辨出來(lái)，達(dá)到墻體探測(cè)的目的。

本發(fā)明具有的有益效果是：

(1)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)由耦合結(jié)構(gòu)反射的聲波進(jìn)行采集，并處理和存儲(chǔ)采集到的聲波。在采集聲波信息的同時(shí)記錄手機(jī)的加速傳感器數(shù)據(jù)，得到其運(yùn)動(dòng)和位置信息，采集到的聲波數(shù)據(jù)和位置信息相結(jié)合，可以通過(guò)數(shù)據(jù)大小和位置得到的二維圖像在手機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，此圖像信息反映了聲波經(jīng)過(guò)的區(qū)域的影響；

(2)本發(fā)明利用聲波對(duì)墻體內(nèi)空洞和管道結(jié)構(gòu)等的反射信息的差異，在二維圖像上直觀顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)墻體內(nèi)墻體內(nèi)空洞和管道結(jié)構(gòu)的探測(cè)和定位。

(3)本發(fā)明利用了智能手機(jī)所普遍內(nèi)置的傳感器和功能，實(shí)現(xiàn)成本低，操作簡(jiǎn)單，具有很好的民用推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明墻體探測(cè)系統(tǒng)工作原理圖；

圖2是本發(fā)明智能手機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作原理圖；

圖3是實(shí)施例1中探測(cè)方法的路線示意圖；

圖4是實(shí)施例1中探測(cè)數(shù)據(jù)流程示意圖；

圖5是實(shí)施例1中探測(cè)結(jié)果二維圖像示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括智能手機(jī)1、耦合結(jié)構(gòu)2、被探測(cè)對(duì)象為被探測(cè)墻體3、被探測(cè)目標(biāo)為墻體內(nèi)的管道或中空結(jié)構(gòu)4。

耦合結(jié)構(gòu)2為小于手機(jī)長(zhǎng)和寬的矩形平板結(jié)構(gòu)，由亞克力等材料構(gòu)成。

參見(jiàn)圖2，本發(fā)明智能手機(jī)1中包括探測(cè)處理器5、麥克風(fēng)6、喇叭7、加速傳感器8以及顯示屏9。智能手機(jī)1前方是顯示屏9，后方是麥克風(fēng)6和喇叭7。

實(shí)施例1

利用上述的墻體探測(cè)系統(tǒng)對(duì)墻體內(nèi)的管道進(jìn)行探測(cè)。

將耦合結(jié)構(gòu)2的一面貼緊于智能手機(jī)1中具有麥克風(fēng)6和喇叭7的一面，且完全覆蓋麥克風(fēng)6和喇叭7，耦合結(jié)構(gòu)2的另一面與被探測(cè)墻體3緊貼，這樣可以有效準(zhǔn)確地傳遞和采集聲波。

智能手機(jī)1自帶的外放喇叭7發(fā)出一定頻率的聲波，聲波頻率在喇叭發(fā)聲的范圍1khz-10khz范圍內(nèi)選取適當(dāng)頻率發(fā)聲，如10khz；此聲波由耦合結(jié)構(gòu)2傳遞進(jìn)被探測(cè)墻體3，當(dāng)聲波在墻體內(nèi)碰到被探測(cè)墻體內(nèi)的管道或中空結(jié)構(gòu)4時(shí)會(huì)發(fā)生反射。墻體對(duì)側(cè)以及墻體內(nèi)結(jié)構(gòu)反射的聲波經(jīng)由耦合結(jié)構(gòu)2由智能手機(jī)1的麥克風(fēng)6采集并由探測(cè)處理器5處理和存儲(chǔ)。

麥克風(fēng)6為手機(jī)自帶的麥克風(fēng)，工作頻率為80hz-15khz范圍，探測(cè)探測(cè)器5為手機(jī)自帶的信息手機(jī)和處理電路。在采集聲波信息的同時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理電路5記錄手機(jī)的加速傳感器8的數(shù)據(jù)，加速度傳感器8為手機(jī)自帶的加速傳感器。探測(cè)處理器5計(jì)算得到其運(yùn)動(dòng)和位置信息，采集到的聲波數(shù)據(jù)和位置信息相結(jié)合，可以通過(guò)數(shù)據(jù)大小和位置得到的二維圖像在手機(jī)屏幕9上顯示出來(lái)。

探測(cè)過(guò)程為：

使用者手持智能手機(jī)1、耦合結(jié)構(gòu)2與墻壁3緊貼。墻壁邊界10是手機(jī)所需要探測(cè)的區(qū)域，為防止精度過(guò)低，此區(qū)域不能過(guò)大，一般1-2米長(zhǎng)寬。如圖3所示，智能手機(jī)1通過(guò)從左到右從上到下的掃描路徑11對(duì)被探測(cè)墻體3進(jìn)行掃描。如圖4所示，在掃描過(guò)程中喇叭7不間斷的發(fā)出聲波，同時(shí)麥克風(fēng)6不間斷收集聲音信號(hào)并存儲(chǔ)下來(lái)，存儲(chǔ)格式為數(shù)字格式，采樣精度不低于44.1khz，存儲(chǔ)格式為wav格式。當(dāng)智能手機(jī)1掃描到墻體內(nèi)的管道或中空結(jié)構(gòu)4附近時(shí)，會(huì)反射回與墻體其他部分強(qiáng)弱不同的聲波，此變化在所存儲(chǔ)音頻數(shù)據(jù)中由音頻信號(hào)的大小來(lái)體現(xiàn)。在智能手機(jī)1移動(dòng)的同時(shí)采集加速度傳感器8的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)探測(cè)處理器5處理后可轉(zhuǎn)換為智能手機(jī)在區(qū)域10內(nèi)的相對(duì)位置，將其存儲(chǔ)為文本格式。在存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)的同時(shí)，在數(shù)據(jù)中每隔一定時(shí)間，如0.2秒插入一個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)，用于聲音數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)的同步。探測(cè)處理器5對(duì)聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波，然后根據(jù)位置數(shù)據(jù)可以畫出在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)的聲音數(shù)據(jù)強(qiáng)度分布圖，最終如圖5所示的二維圖像在顯示屏9上顯示出被探測(cè)墻體內(nèi)的管道和中空結(jié)構(gòu)，達(dá)到探測(cè)目的。

以上所述的具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。