[發明專利]一種基于聲表面波的高層建筑安防系統設計方法

在審

• 申請號: 202010083609.5
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111257237A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李永琳;姜玉東;吳凡
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01S15/93
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發明涉及一種基于聲表面波的高層建筑安防系統設計方法，首先利用無人機靈活的特性，將激光聲表面波傳感器搭載在無人機平臺上，然后對無人機進行路徑規劃，使得激光聲表面波傳感器能夠對高層建筑進行全面掃描，通過應用激光聲表面波的檢測方法來進行材料表面損傷的檢測和表征，根據激光聲表面波傳感器測得的數據對高層建筑墻體的健康狀況進行評估。通過定期對高層建筑墻體進行健康評估，能夠及時、有效地解決高層建筑的安全隱患問題。

技術領域

本發明涉及建筑安防領域，特別設計基于聲表面波的建筑墻體健康估計方法。

背景技術

隨著社會經濟的發展，我國城市化進程不斷加快，我國人口基數大，建筑建設密集，建筑高度普遍較高，建筑物的安全和美觀越來越受到人們的重視，建筑物的裂縫影響建筑結構的整體性和使用功能，也會給用戶造成不安全感，但是只要裂縫在不危及結構安全和使用時卻容易被人們忽視，容易造成建筑安全隱患。不僅如此，大量的建筑服役時間過長，筑物在地震荷載等隨機載荷的作用下，往往容易引起前提破壞，因此在建筑設計和施工過程中應采取相應的預防措施，使裂縫得到有效的控制。

激光聲表面波檢測方法屬于激光超聲檢測的范疇，是無損檢測領域中的一個新近研究方向。激光聲表面波方法主要是利用聲表面波在樣品材料中的色散特點來對材料表面的損傷情況進行檢測。聲表面波的特點是在沒有損傷的材料中進行傳播時，它的波速僅僅與傳播介質材料的特性參量有關，聲表面波在存在損傷的介質材料中傳播時，它的相速度是隨著頻率變化而改變的，存在色散現象。

無人機具有行動靈活等特點，尤其是對于高層建筑，使用無人機能夠極大地體驗出其靈活的優勢。

因此，可以基于無人機利用聲表面波技術對墻面裂紋進行檢測，進而對墻體健康狀況進行評估。

發明內容

為了解決上述存在問題。本發明提供基于聲表面波的高層建筑安防系統設計方法，高層建筑墻體裂紋檢測問題。為達此目的：

本發明提供基于聲表面波的高層建筑安防系統設計方法，具體步驟如下：

步驟1：搭建檢測無人機平臺系統，該平臺基于無人機可以智能進行路徑規劃，高效、快速的進行建筑墻體掃描，包括：電源模塊、驅動模塊、電機模塊、電壓檢測模塊、避障傳感模塊、存儲模塊、攝像頭模塊、激光聲表面波模塊等；

步驟2：通過檢測無人機系統平臺使用電壓檢測模塊檢測電源模塊電量，當電量過低時，無人機控制系統控制無人機落地充電，避障超聲波模塊檢測路徑的障礙物信息并選擇性避開障礙物；

步驟3：攝像頭模塊采集墻面輪廓信息，并使用超聲波模塊檢測與墻體的距離，使用攝像頭和超聲波模塊采集信息，控制器控制無人機沿著墻體等距飛行掃描；

步驟4：無人機沿著墻面飛行時，使用激光聲表面波傳感器檢測墻體聲表面波傳播色散信息，去對墻面的健康狀況進行評估。

作為本發明進一步改進，所述步驟1中檢測無人機平臺系統組成如下：

實驗平臺包括硬件系統；無人機控制器、電源模塊、驅動模塊、電機模塊、電壓檢測模塊、超聲波模塊、存儲模塊、攝像頭模塊、激光聲表面波模塊等。

作為本發明進一步改進，所述步驟2中超聲波測距方案如下：

超聲波測量距離公式如式1所示：

其中，s為測量距離，v為聲速，具體值為340m/s，t為采樣周期；

采樣過程會存在噪聲影響，因此，超聲波測距使用了均值濾波，公式如式2所示：

其中，為濾波后的距離值，s_i為超聲波測量的實際值，n濾波窗的長度。