[發明專利]一種基于貼壁式檢測車的隧道襯砌裂縫超聲波檢測系統

在審

• 申請號: 201710048221.X
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106802322A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 李博;黃嘉倫;周楷峰;金棟;杜時貴
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明屬于土木工程中的隧道檢測領域，涉及隧道襯砌裂縫檢測，具體是一種基于貼壁式檢測車的隧道襯砌裂縫超聲波檢測系統。

背景技術

隨著我國經濟的發展，綜合國力的日益增強，交通建設得到迅速的發展，而我國山地眾多，工程建設中經常需要修建大量的隧道，在長時間使用后，隧道襯砌會出現裂縫、空洞等常見的病害，如果不采取有效的對策，將嚴重影響隧道的通行安全。目前，國內對隧道襯砌裂縫的檢測主要依靠人工檢測，一般需要有著豐富經驗的技術人員來實施，效率低且可靠度差，技術人員之間的檢測結果經常出現不一致的情況。特別是在對隧道頂部進行檢測時，一般要利用升降臺幫助技術人員進行近距離觀察，從而需要封閉交通，不僅費時費力而且安全性差。

近年來出現了運用檢測車對隧道進行自動檢測的方法，但檢測車的價格十分昂貴，普及十分困難；檢測車上裝載的攝像頭離襯砌還有一定的距離，得到的圖像只能分辨出開度較大的裂縫(一般大于0.2mm)，還無法做到和人工檢測同樣的近距離觀測，對襯砌內部的裂縫則無法有效探測。

總的來說，目前的隧道襯砌檢測技術還十分落后，急需研發價格低、效率高、精度高、不影響交通的隧道襯砌檢測設備和方法。

用超聲波研究物體內部結構的方法開始于上世紀三十年代，如今超聲波檢測已經發展成為工業檢測中應用最為廣泛的方法之一。超聲波檢測有著適應性強、檢測靈敏度高、對人體無害、成本較低等特點。在隧道檢測中，超聲波檢測與其他一些檢測手段相比能較好的檢測出裂縫的深度和分布。但現有的常規檢測方法仍然需要人工進行，存在著效率低、成本高等問題。

發明內容

為了克服現有隧道襯砌檢測方法需要封閉交通且成本高、精度低的不足，本發明提供了一種無需封閉交通、成本較低、精度較高的基于貼壁式檢測車的隧道襯砌裂縫超聲波檢測系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于貼壁式檢測車的隧道襯砌裂縫超聲波檢測系統，所述超聲波檢測系統包括：

用于附在隧道襯砌表面，并按設定路徑移動的貼壁式檢測車；

用于對檢測車進行導航的GPS/INS組合導航模塊；

用于與地面工作站雙向通信，接受工作站的指令信號，并把定位信號、檢測信號傳給工作站的車載通信及傳輸模塊；

用于控制檢測車移動的運動控制器；

用于拍攝襯砌表面圖像的攝像裝置；

用于探測襯砌表面及內部裂縫的超聲波檢測模塊；

用于對貼壁式檢測車導航路徑進行設計和控制，并能接收、分析和顯示檢測車傳回的檢測數據的地面工作站；

所述GPS/INS組合導航模塊、車載通信及傳輸模塊、運動控制器、攝像裝置和超聲波檢測模塊均安裝在所述貼壁式檢測車上。

進一步，所述貼壁式檢測車包括旋翼、臺架和車輪，所述車輛安裝在臺架底部，所述臺架頂部安裝所述旋翼，所述臺架上放置所述GPS/INS組合導航模塊、車載通信及傳輸模塊、運動控制器、攝像裝置和超聲波檢測模塊。

再進一步，所述車輪與臺架的連接處有轉向機構。

更進一步，所述的GPS/INS組合導航模塊由GPS和INS耦合實現組合導航定位，內部封裝GPS模塊和IMU模塊，能在隧道內無信號的環境下進行自主導航，在接受到GPS信號時進行誤差分析和調整。

所述攝像裝置包括兩個帶光源的攝像頭，用于對襯砌表面進行高清攝像。

所述的超聲波檢測模塊包括超聲波傳感器、支架和保護裝置，用于檢測裂縫的深度和分布；所述超聲波傳感器采用直探頭構造，可發射和接受縱波；在超聲波傳感器的探頭處通過支架后傾斜式地連接一個球形保護裝置。

本發明的技術構思為：近幾年來，無人機因其成本低，效費比好，機動性能好，使用方便等特點在各個工程領域中得到了廣泛運用。本發明擬基于無人機進行創新性的優化改造，結合超聲波檢測原理，為隧道檢測提供一種新方法。

本發明的有益效果主要表現在：

1)基于貼壁式檢測車的隧道襯砌裂縫檢測系統，在檢測時無需封閉隧道，不影響正常的交通。

2)采用GPS/INS組合導航，隧道出入口有GPS信號處，利用GPS導航修正INS導航誤差，實現隧道內的自主巡航。

3)檢測時檢測車通過輪子緊貼隧道表面，能增加檢測的平穩度，提高檢測精度。

4)高清相機近距離拍攝裂縫圖像，能夠分辨出開度大于0.01mm的微小裂縫，利用超聲波檢測系統能檢測出襯砌內部裂縫的深度和分布；兩者相結合可以得到從表面到內部的高精度裂縫分布數據。