[发明专利]一种基于贴壁式检测车的隧道衬砌裂缝超声波检测系统

说明书

技术领域

本发明属于土木工程中的隧道检测领域，涉及隧道衬砌裂缝检测，具体是一种基于贴壁式检测车的隧道衬砌裂缝超声波检测系统。

背景技术

随着我国经济的发展，综合国力的日益增强，交通建设得到迅速的发展，而我国山地众多，工程建设中经常需要修建大量的隧道，在长时间使用后，隧道衬砌会出现裂缝、空洞等常见的病害，如果不采取有效的对策，将严重影响隧道的通行安全。目前，国内对隧道衬砌裂缝的检测主要依靠人工检测，一般需要有着丰富经验的技术人员来实施，效率低且可靠度差，技术人员之间的检测结果经常出现不一致的情况。特别是在对隧道顶部进行检测时，一般要利用升降台帮助技术人员进行近距离观察，从而需要封闭交通，不仅费时费力而且安全性差。

近年来出现了运用检测车对隧道进行自动检测的方法，但检测车的价格十分昂贵，普及十分困难；检测车上装载的摄像头离衬砌还有一定的距离，得到的图像只能分辨出开度较大的裂缝(一般大于0.2mm)，还无法做到和人工检测同样的近距离观测，对衬砌内部的裂缝则无法有效探测。

总的来说，目前的隧道衬砌检测技术还十分落后，急需研发价格低、效率高、精度高、不影响交通的隧道衬砌检测设备和方法。

用超声波研究物体内部结构的方法开始于上世纪三十年代，如今超声波检测已经发展成为工业检测中应用最为广泛的方法之一。超声波检测有着适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、成本较低等特点。在隧道检测中，超声波检测与其他一些检测手段相比能较好的检测出裂缝的深度和分布。但现有的常规检测方法仍然需要人工进行，存在着效率低、成本高等问题。

发明内容

为了克服现有隧道衬砌检测方法需要封闭交通且成本高、精度低的不足，本发明提供了一种无需封闭交通、成本较低、精度较高的基于贴壁式检测车的隧道衬砌裂缝超声波检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于贴壁式检测车的隧道衬砌裂缝超声波检测系统，所述超声波检测系统包括：

用于附在隧道衬砌表面，并按设定路径移动的贴壁式检测车；

用于对检测车进行导航的GPS/INS组合导航模块；

用于与地面工作站双向通信，接受工作站的指令信号，并把定位信号、检测信号传给工作站的车载通信及传输模块；

用于控制检测车移动的运动控制器；

用于拍摄衬砌表面图像的摄像装置；

用于探测衬砌表面及内部裂缝的超声波检测模块；

用于对贴壁式检测车导航路径进行设计和控制，并能接收、分析和显示检测车传回的检测数据的地面工作站；

所述GPS/INS组合导航模块、车载通信及传输模块、运动控制器、摄像装置和超声波检测模块均安装在所述贴壁式检测车上。

进一步，所述贴壁式检测车包括旋翼、台架和车轮，所述车辆安装在台架底部，所述台架顶部安装所述旋翼，所述台架上放置所述GPS/INS组合导航模块、车载通信及传输模块、运动控制器、摄像装置和超声波检测模块。

再进一步，所述车轮与台架的连接处有转向机构。

更进一步，所述的GPS/INS组合导航模块由GPS和INS耦合实现组合导航定位，内部封装GPS模块和IMU模块，能在隧道内无信号的环境下进行自主导航，在接受到GPS信号时进行误差分析和调整。

所述摄像装置包括两个带光源的摄像头，用于对衬砌表面进行高清摄像。

所述的超声波检测模块包括超声波传感器、支架和保护装置，用于检测裂缝的深度和分布；所述超声波传感器采用直探头构造，可发射和接受纵波；在超声波传感器的探头处通过支架后倾斜式地连接一个球形保护装置。

本发明的技术构思为：近几年来，无人机因其成本低，效费比好，机动性能好，使用方便等特点在各个工程领域中得到了广泛运用。本发明拟基于无人机进行创新性的优化改造，结合超声波检测原理，为隧道检测提供一种新方法。

本发明的有益效果主要表现在：

1)基于贴壁式检测车的隧道衬砌裂缝检测系统，在检测时无需封闭隧道，不影响正常的交通。

2)采用GPS/INS组合导航，隧道出入口有GPS信号处，利用GPS导航修正INS导航误差，实现隧道内的自主巡航。

3)检测时检测车通过轮子紧贴隧道表面，能增加检测的平稳度，提高检测精度。

4)高清相机近距离拍摄裂缝图像，能够分辨出开度大于0.01mm的微小裂缝，利用超声波检测系统能检测出衬砌内部裂缝的深度和分布；两者相结合可以得到从表面到内部的高精度裂缝分布数据。