[發明專利]一種地鐵盾構隧道管片損傷測試系統及方法

有效

• 申請號: 202010161933.4
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111257353B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 丁智;張霄;曹澤君;陳樂華;王劉祺
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G01N23/00
• 分類號: G01N23/00;G01N21/88;G01N21/01;G01N29/26
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

1.一種地鐵盾構隧道管片損傷測試系統的測試方法，其特征在于，地鐵盾構隧道管片損傷測試系統包括便攜式主機（1）、電源適配器（2）、綜合控制電纜線（3）、高頻電磁波發射測試設備和超聲波顯微成像測試設備；所述電源適配器（2）通過綜合控制電纜線（3）與便攜式主機（1）相連；所述便攜式主機（1）內置鋰電池（1-1）、SD卡（1-2）以及數據采集和處理系統軟件，便攜式主機（1）包括液晶屏（1-3）、電源開關（1-4）、操作鍵（1-5）、USB接口（1-6）、電源插口（1-7）、第一觸發線連接端口（1-8）、攝像頭接口（1-9）、攝像頭按鍵（1-10）、換能器接口（1-11）及指示燈（1-12）；所述液晶屏（1-3）、電源開關（1-4）和操作鍵（1-5）位于主機上面板；所述USB接口（1-6）、電源插口（1-7）、第一觸發線連接端口（1-8）和指示燈（1-12）位于主機右側面板；所述攝像頭接口（1-9）、攝像頭按鍵（1-10）和換能器接口（1-11）位于主機前面板上；所述高頻電磁波發射測試設備包括收發天線（4）和觸發線（5）；所述收發天線（4）通過觸發線（5）與便攜式主機（1）相連；所述收發天線（4）包括弧面天線主設備（4-1）、滾輪（4-2）、第二觸發線連接端口（4-3）和連接支座（4-4）；弧面天線主設備（4-1）通過連接支座（4-4）與曲桿（4-10）鉸接相連固定；所述弧面天線主設備（4-1）底面為弧形面，滾輪（4-2）設置于弧面天線主設備（4-1）的弧形底面上；弧面天線主設備（4-1）上設有第二觸發線連接端口（4-3）；所述超聲波顯微成像測試設備包括換能器（6）、信號線（7）和攝像頭（8）；所述換能器（6）包括發射換能器和接收換能器，發射換能器和接收換能器分別通過信號線（7）連接便攜式主機（1）；所述信號線（7）一端連接便攜式主機（1）的換能器接口（1-11），另一端連接換能器（6）的信號線接口（6-1）；所述攝像頭（8）設有攝像頭連接線（8-1）和連接線接口（8-2），攝像頭（8）通過攝像頭連接線（8-1）連接便攜式主機（1）上的攝像頭接口（1-9）；攝像頭（8）底部設有突起構件（8-3）；所述的換能器（6）和攝像頭（8）均通過連接支座（4-4）與曲桿（4-10）連接，所述換能器（6）和攝像頭（8）的底面均設置為弧形面；所述曲桿（4-10）分別與收發天線（4）、換能器（6）和攝像頭（8）相連，曲桿（4-10）通過轉動電機（4-11）與伸縮桿連接，所述轉動電機（4-11）中心固定連接激光定位探頭（4-12）；所述伸縮桿包括內桿（4-5）和外桿（4-6），內外桿通過套接使伸縮桿壓短和拉長；外桿（4-6）上設有滑套（4-7），滑套（4-7）上設有手柄（4-8）；所述滑套（4-7）內表面設有螺旋絲扣，并在內桿（4-5）外表面設有相匹配的螺旋絲扣；所述外桿（4-6）上端設置摩擦型握套（4-9）；這種測試方法包括以下步驟：

1）便攜式主機的準備步驟為：

1.1）便攜式主機（1）裝上內置的鋰電池（1-1）與SD卡（1-2），連接電源，長按電源開關（1-4），指示燈（1-12）亮起，液晶屏（1-3）出現實時工作界面，即主機啟動完畢；

1.2）根據測試內容通過按鍵選擇本次測試所選用的測試系統；

1.3）根據測試內容準備相應測試設備并連接完成，打開激光定位探頭（4-12），定位管片檢測位置，主機準備就緒；

2) 進行分別檢測或同步檢測；

2.1）當進行分別檢測時，根據不同的測試系統分別采取不同的操作步驟；根據測試內容選定相應的測試系統并且調節轉動電機（4-11）使得曲桿（4-10）轉動相應的測試傳感器進行隧道病害損傷的檢測；

2.1.1）高頻電磁波發射測試系統的操作步驟為：

a）收發天線（4）正確連接便攜式主機（1）后，進行高頻電磁波發射測試的實時采集系統的啟動，采集參數設置與動態調試，并選定探測方式、實時處理和顯示方式；

b）選擇連續探測方式后，手持收發天線（4）緊靠管片測量面，根據測量高度適時調整伸縮桿長度并固定，拖動收發天線（4），系統將依據掃描速度的設定自動采集數據；

c）設備回收，檢測完成；

2.1.2）超聲波顯微成像測試系統檢測裂縫深度的操作步驟為：

a）測量裂縫深度時，將便攜式主機（1）分別連接兩只換能器，連接完成后進行入工作界面，進行采集參數設置和動態調試，準備完畢；

b）在管片裂縫處，垂直于待測裂縫畫一條測線，并在裂縫兩側對稱布置測點，測量時手持換能器，根據測量高度適時調整伸縮桿長度并固定，將發射、接收換能器分別耦合在裂縫兩側的對稱測點上，采集數據；

c）數據處理，根據波形相位發生變化時測距和裂縫深度之間的關系換算得到裂縫深值；

d）設備回收，檢測完成；

2.1.3）超聲波顯微成像測試系統檢測裂縫寬度的操作步驟為：

a）測量裂縫寬度時，便攜式主機（1）與攝像頭（8）相連，連接完成后進行入工作界面，進行采集參數設置和動態調試，準備完畢；

b）根據測量高度適時調整伸縮桿長度并固定，手持攝像頭（8）放在待測裂縫上，通過主機上的攝像頭按鍵（1-10）進行拍攝，攝像頭（8）將裂縫圖片實時傳輸到設備并顯示在液晶屏（1-3）上，待圖像清晰后，自動識別裂縫輪廓，進行自動實時判讀，從而得到裂縫自動判讀的寬度；

c）停止捕獲后設備獲得當前幀圖片，然后對當前圖片進行手動判讀處理，從而得到裂縫手動判讀的寬度；

d）設備回收，檢測完成；

2.2）當進行同步檢測時，待主機準備就緒后，根據檢測全部項目的要求選定同步選擇測試系統并調節轉動電機使得曲桿轉動進行同步檢測；根據管片損傷檢測的環號要求，采用激光定位探頭（4-12）發射的定位激光射線，定位所測管片的具體位置，即定位點的位置，并通過轉動電機（4-11）使得曲桿繞著定位點轉動，進行管片的圓周檢測；選定的同步測試系統利用轉動電機轉動一周并環向移動，用于管片內部損傷檢測的高頻電磁波發射測試系統和用于管片外部損傷檢測的超聲波顯微成像測試系統共同工作，完成管片的損傷檢測；

2.2.1）首先正確連接收發天線（4）、換能器（6）和攝像頭（8），進行同步測試系統的采集參數設置和動態調試，準備完畢；

2.2.2）手持伸縮桿緊靠管片測量面，并使定位激光射線對準所測管片定位點，根據測量高度適時調整伸縮桿長度并固定；

2.2.3）調節轉動電機，完成曲桿按一定的速度勻速轉動一周，同時按照高頻電磁波發射測試系統、超聲波顯微成像測試系統檢測裂縫深度以及超聲波顯微成像測試系統檢測裂縫寬度的操作步驟進行同步檢測，使收發天線（4）、換能器（6）和攝像頭（8）完成定位點圓周一周的管片曲面掃描，系統自動采集數據并拍攝照片；

2.2.4）定位點分別沿管片環向均勻設置，繞一個定位點檢測一周后繞下一個定位點繼續檢測，循環至完成整個管片環向的圓周檢測；

2.2.5）數據處理，根據系統內置軟件程序進行處理；

2.2.6）設備回收，檢測完成；

3）生成圖像

通過高頻電磁波發射測試設備現場采集的管片連續損傷掃描圖像及超聲波顯微成像測試設備獲得的管片裂縫深度與寬度結果，經計算機處理后，生成最終的管片損傷情況示意圖；通過管片損傷情況示意圖查看管片是否存在損傷、損傷位置及損傷程度，同時查看管片裂縫的寬度和深度情況，集成一體化圖像顯示，形成檢測報告。