[發明專利]一種基于智能手機的墻體探測系統及方法

在審

• 申請號: 201710295869.7
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN106970148A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 姜竹;李爭光
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/28;G01V1/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于建筑結構檢測領域，具體涉及一種基于智能手機的墻體探測系統及方法。

背景技術

在土木和建筑行業，不可避免地要涉及到對墻體的質量檢測，以及對已有墻體的改造和施工。一些圖紙不規范的建筑改造或者歷史建筑的修繕時往往無法精確知曉墻體內的一些預埋結構和管線的情況，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，如果能夠探測和獲取墻體內的情況，對施工質量和效率會有很大的幫助。

目前已有的墻體探測相關的產品很多，比如德國BOSCH的D-tect120探測儀，它利用磁場感應的原理，對金屬件可以完全探測，但是其他結構探測能力不足。同時普通磚墻、清水墻和混泥土墻等結構也影響其探測效果。而且目前已有產品最大的問題是只能獲取當前位置的墻體內反應，無法獲取一個區域的結構圖像，只能手工在墻體上標注使用，需要專業操作訓練并且價格高昂。

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

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種基于智能手機的墻體探測系統及方法，用于墻體內中空結構和管道等準確地探測。

本發明提供了一種基于智能手機的墻體探測系統，包括：包括帶有喇叭、麥克風、加速度傳感器以及探測處理器模塊的智能手機和耦合結構；所述的喇叭具有音頻外放功能，產生一定頻率的聲波S₀；所述的麥克風接收聲波S₀遇到墻體內中空結構反射產生的聲波S；所述的加速度傳感器檢測并記錄手機移動位置L；所述的耦合結構為一平板，用于耦合智能手機產生的探測信號的收發；所述的探測處理器模塊根據麥克風采集的聲波S與加速度傳感器記錄的手機移動位置L計算得到二維圖像，并將該二維圖像在智能手機的顯示屏進行顯示。

所述的耦合結構材料是根據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，提高探測靈敏度。

作為優選，所述的加速度傳感器可以是MMA8451Q或者MPU6050，其測量精度達到0.0002g，可以探測手機移動的速度和方向，進而計算其在墻面所處的位置。

所述的探測處理器模塊計算得到二維圖像的具體過程為：

首先，根據聲波采集的時間和聲波強度，對時間進行采樣，得到等間隔時間的聲音強度數據；

然后，根據加速傳感器的加速數據計算與聲音強度數據相對應的時間內的手機移動位置，計算公式為：

L＝∫(∫adt)dt

其中，t為時間，a為加速傳感器所獲取加速度，L為手機移動位置；

最后，利用每個位置數據對應的聲音強度數據描繪得到手機在墻上的移動位置的二維圖像。

另一方面，本發明提供了一種應用上述系統對墻體進行探測的方法，包括：

(1)在探測墻體表面規定一個矩形區域；

(2)將耦合結構的一面與智能手機的背面固定，然后將耦合結構的另一面貼緊于探測墻體表面；

(3)啟動智能手機的探測指令，且移動智能手機，對矩形區域進行掃描，喇叭發出一定頻率的聲波S₀，麥克風接收聲波S₀遇到墻體內中空結構反射產生的聲波S，加速傳感器記錄手機移動位置L；

(4)智能手機的探測處理器模塊根據麥克風采集的聲波S與加速傳感器記錄的手機移動位置L計算得到二維圖像，并將該二維圖像在智能手機顯示屏上顯示。

所述的聲波S₀的頻率為1KHz-10KHz。

存儲聲波數據和手機移動位置數據時，在數據中每隔一定時間插入一個時間數據，用于聲波數據和手機移動位置數據的同步。

在掃描的過程中，智能手機的喇叭會持續發出一定頻率的聲波S₀，此聲波經耦合結構傳遞進探測墻體，當聲波S₀在傳播的過程中遇到墻體內的空洞或管道結構時會放生反射，反射的聲波S再經耦合結構傳回智能手機，被麥克風采集并存儲；在移動智能手機的同時，加速度探測器時刻采集并記錄智能手機當前位置，形成智能手機移動路徑圖；智能手機的探測處理器根據麥克風采集的聲波數據與加速傳感器記錄的位置數據結合處理得到二維圖像，實時地將當前的二維圖像于智能手機顯示屏顯示出來。

探測墻體中的空洞或管道結構由于反射信號異于周圍墻體，能夠在二維圖像上分辨出來，達到墻體探測的目的。