一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统

专利名称：一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202011334066.6

专利申请（专利权）人：安徽省城建设计研究总院股份有限公司
权利人地址：安徽省合肥市包河区花园大道9号

专利发明（设计）人：廖旭涛,吴东彪,孟玉,曹光暄,徐文华,万富,李天宝

专利摘要：本发明公开了一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，涉及无损检测技术领域，包括支架，支架具体由两个Y轴双向驱动总成和两个横杠构成，还包括一个X轴双向驱动总成，X轴双向驱动总成的驱动平台上还安装有Z轴双向驱动总成，Z轴双向驱动总成的驱动平台上固定安装有中子探测器，每个Y轴双向驱动总成端部均固定安装有撑墙支座，每个Y轴双向驱动总成顶端一侧壁均转动连接有一个撑杆，两个撑杆之间设置有与中子探测器连接的控制主机，每个Y轴双向驱动总成底端侧壁上分别转动连接有斜撑，控制主机还信号连接有远程控制端；本发明可有效检测建筑类连接质量，可信度高，能够实现远程操作，且无需外接电路，适用性强。

主权利要求：
1.一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，包括支架，其特征在于，所述支架具体由两个相互平行且竖直设置的Y轴双向驱动总成（1）和两个横杠（2）构成，两个所述Y轴双向驱动总成（1）的顶端和底端之间分别通过一个所述横杠（2）连接，还包括一个X轴双向驱动总成（3），所述X轴双向驱动总成（3）的两端分别固定安装在一个Y轴双向驱动总成（1）的驱动平台上，所述X轴双向驱动总成（3）的驱动平台上还安装有Z轴双向驱动总成（4），所述Z轴双向驱动总成（4）的驱动平台上固定安装有中子探测器（5），每个所述Y轴双向驱动总成（1）两端端部中与中子探测器（5）同侧的侧壁上均固定安装有撑墙支座（6），每个所述Y轴双向驱动总成（1）顶端中背离中子探测器（5）的侧壁上均转动连接有一个撑杆（7），两个所述撑杆（7）之间设置有与中子探测器（5）连接的控制主机（8），所述控制主机（8）与两个撑杆（7）分别通过连接件固定连接，每个所述Y轴双向驱动总成（1）底端背离中子探测器（5）的侧壁上分别转动连接有斜撑（9），每个所述斜撑（9）的另一端分别与同侧的撑杆（7）中部转动连接，所述控制主机（8）还信号连接有远程控制端（10）；所述中子探测器（5）的构成包括探测器主板（11）及分别与探测器主板（11）连接的中子源模块（12）和热中子探测模块（13），所述探测器主板（11）与控制主机（8）通过485总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，其特征在于，所述控制主机（8）的构成包括第一锂电池电源（14）、电机驱动模块（15）、第一无线收发模块（16）和嵌入式核心主板（17）构成，所述第一锂电池电源（14）、电机驱动模块（15）和第一无线收发模块（16）分别与嵌入式核心主板（17）连接，且探测器主板（11）通过
485总线与嵌入式核心主板（17）连接。
3.根据权利要求2所述的一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，其特征在于，所述远程控制端（10）的构成包括控制主板（18）、显示器（19）、第二无线收发模块（20）和第二锂电池电源（21），所述显示器（19）、第二无线收发模块（20）和第二锂电池电源（21）分别与控制主板（18）连接。
4.根据权利要求3所述的一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，其特征在于，每个所述撑杆（7）的底端均固定安装有尖头抓脚。
5.根据权利要求4所述的一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，其特征在于，每个散射撑杆（7）的中部均开设有用于调节对应斜撑（9）与其连接位置的腰型槽（23），每个所述斜撑（9）通过调节件（24）转动安装在对应的腰型槽（23）内，并通过调节件（24）调节在腰型槽（23）内的位置。
6.根据权利要求5所述的一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，其特征在于，每个所述撑墙支座（6）均由连接螺栓（25）和支撑座（26）构成，所述连接螺栓（25）的一端与对应的Y轴双向驱动总成（1）螺纹连接，另一端与对应的支撑座（26）螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，其特征在于，所述撑杆（7）具体为可伸缩式结构。 说明书 : 一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统技术领域[0001] 本发明涉及无损检测领域，具体为一种用于检测装配式建筑墙体的中子透射成像系统。背景技术[0002] 装配式混凝土墙体结构及其墙体之间的连接质量，如套筒连接和浆锚连接，其灌浆饱和度直接影响结构的安全性。目前，装配式混凝土结构连接节点的质量缺乏有效的检测手段。近年来，装配式混凝土结构套筒连接节点灌浆饱满度的检测方法越来越受到重视，各种方法和专利五花八门，层出不穷，但仍未能一种可靠、有效的检测方法。墙体结构本身内部也存在诸如缺筋、空洞、混凝土标号不达标等问题。[0003] 目前文献可查的主流的检测方法有：超声波探伤法、电磁波法(雷达法)、冲击回波法和X射线法。超声波探伤法在检测混凝土内部结构时，检测成果极大的受到换能器耦合的影响，且超声波在混凝土内部结构中的绕射和散射导致其结果的多解性很大。电磁波法(雷达法)在检测混凝土内套筒灌浆饱和度时，受到套筒金属材质的屏蔽，无法测到内部情况。冲击回波法机理是使用脉冲机械波对检测点进行冲击，测其回波。与超声波法似类，冲击回波法的回波存大极大的多解性，并不能可靠得出套筒灌浆质量的结论。X射线法是近年来应用于建筑工程检测的一种新方法，其特点是通过透射被检体来进行成像。但X射线法存在穿透金属物体深度有限的问题，对金属管内部的细节差别成像效果一般，且无法分别出具体的元素组份。发明内容[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，以解决现有技术中不存在利用中子透射技术检测墙体质量的设备的技术问题。[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：[0006] 本发明提供了一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，包括支架，所述支架具体由两个相互平行且竖直设置的Y轴双向驱动总成和两个横杠构成，两个所述Y轴双向驱动总成的顶端和底端之间分别通过一个所述横杠连接，还包括一个X轴双向驱动总成，所述X轴双向驱动总成的两端分别固定安装在一个Y轴双向驱动总成的驱动平台上，所述X轴双向驱动总成的驱动平台上还安装有Z轴双向驱动总成，所述Z轴双向驱动总成的驱动平台上固定安装有中子探测器，每个所述Y轴双向驱动总成两端端部中与中子探测器同侧的侧壁上均固定安装有撑墙支座，每个所述Y轴双向驱动总成顶端中背离中子探测器的侧壁上均转动连接有一个撑杆，两个所述撑杆之间设置有与中子探测器连接的控制主机，所述控制主机与两个撑杆分别通过连接件固定连接，每个所述Y轴双向驱动总成底端背离中子探测器的侧壁上分别转动连接有斜撑，每个所述斜撑的另一端分别与同侧的撑杆中部转动连接，所述控制主机还信号连接有远程控制端。[0007] 进一步，所述中子探测器的构成包括探测器主板及分别与探测器主板连接的中子源模块和热中子探测模块，所述探测器主板与控制主机通过485总线连接。[0008] 进一步，所述控制主机的构成包括第一锂电池电源、电机驱动模块、第一无线收发模块和嵌入式核心主板构成，所述第一锂电池电源、电机驱动模块和第一无线收发模块分别与嵌入式核心主板连接，且探测器主板通过485总线与嵌入式核心主板连接。[0009] 进一步，所述远程控制端的构成包括控制主板、显示器、第二无线收发模块和第二锂电池电源，所述显示器、第二无线收发模块和第二锂电池电源分别与控制主板连接。[0010] 进一步，每个所述撑杆的底端均固定安装有尖头抓脚。[0011] 进一步，每个散射撑杆的中部均开设有用于调节对应斜撑与其连接位置的腰型槽，每个所述斜撑通过调节件转动安装在对应的腰型槽内，并通过调节件调节在腰型槽内的位置。[0012] 进一步，每个所述撑墙支座均由连接螺栓和支撑座构成，所述连接螺栓的一端与对应的Y轴双向驱动总成螺纹连接，另一端与对应的支撑座螺纹连接。[0013] 进一步，所述撑杆具体为可伸缩式结构。[0014] 本发明相比现有技术具有以下优点：[0015] 1)本发明与使用超声波法、冲击回波法的设备比相比，采用中子透射技术，避免了传统X射线技术的缺陷；[0016] 2)本发明无需其他预埋传感器，也无需其他辅工序，对施工工序不进行干预，适用性好；[0017] 3)本实用设备结构简单，能够实现多区域检测，同时移动方便，便于远程控制。附图说明[0018] 图1为实施例1中设备结构示意图；[0019] 图2为实施例1所示系统内电路原件连接示意图；[0020] 图3为实施例3中底板和墙体连接处结构示意图；[0021] 图4为实施例3中内部无任何结构的区域A1的标定图像；[0022] 图5为实施例3中内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的区域A2的标定图像；[0023] 图6为实施例3中内部含有标准套筒、钢筋和浆体的区域A3的标定图像；[0024] 图7为实施例3中检测区域最终形成的图像P’；[0025] 图8为实施例3针对另外一个连接套筒形成的检测区域最终形成的图像P’。[0026] 图中：1、Y轴双向驱动总成；2、横杠；3、X轴双向驱动总成；4、Z轴双向驱动总成；5、中子探测器；6、撑墙支座；7、撑杆；8、控制主机；9、斜撑；10、远程控制端；11、探测器主板；12、中子源模块；13、热中子探测模块；14、第一锂电池电源；15、电机驱动模块；16、第一无线收发模块；17、嵌入式核心主板；18、控制主板；19、显示器；20、第二无线收发模块；21、第二锂电池电源；22、尖头抓脚；23、腰型槽；24、调节件；25、连接螺栓；26、支撑座。具体实施方式[0027] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0028] 实施例1[0029] 结合图1，本实施例提供一种便捷式建筑墙体连接质量检测用中子散射成像系统，包括支架，为了便于设备运输和贴附在被测的墙体上，同时为了便于设备的移动，在本实施例中，支架具体由两个相互平行且竖直设置的Y轴双向驱动总成1(也可将两个Y轴双向驱动总成1设置为一个，另一个为滑杆便可，可根据需要进行设置)和两个横杠2构成，两个Y轴双向驱动总成1的顶端和底端之间分别通过一个横杠2连接(即两个Y轴双向驱动总成1和两个横杠2构成一个矩形稳定结构)，还包括一个X轴双向驱动总成3，X轴双向驱动总成3的两端分别固定安装在一个Y轴双向驱动总成1的驱动平台上(从而两个或一个Y轴双向驱动总成1可有效带动X轴双向总成3总体进行上下移动，在本实施例中具体为1个Y轴双向驱动总成1，另一个替换为滑杆)，X轴双向驱动总成3的驱动平台上还安装有Z轴双向驱动总成4，Z轴双向驱动总成4的驱动平台上固定安装有中子探测器5，即通过上述设置，可有效实现中子探测器5在三维空间内进行有限运动；为了能够令构成的矩形稳定结构与被测墙体保持平行从而令中子探测器5能够稳定工作，在本实施例中，每个Y轴双向驱动总成1两端端部中与中子探测器5同侧的侧壁上均固定安装有撑墙支座6，通过上述可有效令矩形结构与被测墙体保持平行，使得当中子探测器5在竖直面进行往复运动时能够始终与被测墙体保持平行，同时为了在矩形结构竖直设置时能够稳定，在本实施例中，每个Y轴双向驱动总成1顶端中背离中子探测器5的侧壁上均转动连接有一个撑杆7，每个Y轴双向驱动总成1底端背离中子探测器5的侧壁上分别转动连接有斜撑9，每个斜撑9的另一端分别与同侧的撑杆7中部转动连接，从而当矩形结构调整完成后通过撑杆7和斜撑9可有效支撑矩形结构整体，实现了稳定设备的目的；同时为了便于后期携带、转移设备，在两个撑杆7之间设置有与中子探测器5连接的控制主机8，控制主机8与两个撑杆7分别通过连接件固定连接，控制主机8还信号连接有远程控制端10；通过上述设置，通过远程控制端10经控制主机8可有效控制中子探测器5，同时可有效获取采集的数据。[0030] 工作原理：[0031] 设备在工作前，首先将由Y轴双向驱动总成1和横杠2构成的矩形结构竖直摆放，然后通过撑墙支座6与被测墙体贴合后，打开撑杆7使其移动到能够稳定支撑矩形结构的位置然后固定，斜撑9可有效支撑撑杆7，设备安装完成后，通过远程控制端10经控制主机8控制中子探测器5、Y轴双向驱动总成1、X轴双向驱动总成3和Z轴双向驱动总成4的动作，同时接收反馈的信息；其中在本实施例中所有的驱动总成都设置为同步带直线模组滑台。[0032] 设备安装完成后，首先通过控制主机8控制Z轴双向驱动总成4带动中子探测器5运动至设定的与被测墙体之间的间距，然后控制主机8控制Y轴双向驱动总成1和X轴双向驱动总成3带动中子探测器5按照设定进行二位竖直面上的运动，利用中子探测器5进行中子发射和热中子的接收，获取对应的中子分布密度，并反馈给远程控制端10，通过持续的扫描，远程控制端10可根据接收的信息同标准数据(即注浆饱和的材料探测所得数据)的比较进行相应的判断，也可将探测的数据制成中子分布图像，当某一部位探测到的中子图像分布密度明显低于同等条件的中子密度时，可以判定该区域存在不饱和问题，并给出不饱和度，从而实现了建筑连接质量的有效检测。[0033] 本发明用于检测的原理是中子是不带电性的，能够轻易穿透电子层，所以中子在照射内部含有钢筋及钢筋套筒的预制混凝土板材时(如图3)，可以轻易穿透钢筋套筒，在套筒内部与注浆材料所含的氢原子发生碰撞形成散射，最终慢化为热中子，热中子向四周散射，通过接收散射的热中子，可获取其分布密度；在自动且连续的发射和接收下，可形成检测区域的中子散射图像，根据和标准件的比较可得结构内部的优劣情况。[0034] 特别的，在本实施例中，中子探测器5的构成包括探测器主板11及分别与探测器主板11连接的中子源模块12和热中子探测模块13，探测器主板11与控制主机8通过485总线连接；[0035] 特别的，在本实施例中，控制主机8的构成包括第一锂电池电源14、电机驱动模块15、第一无线收发模块16和嵌入式核心主板17构成，第一锂电池电源14、电机驱动模块15和第一无线收发模块16分别与嵌入式核心主板17连接，且探测器主板11通过485总线与嵌入式核心主板17连接。[0036] 特别的，在本实施例中，远程控制端10的构成包括控制主板18、显示器19、第二无线收发模块20和第二锂电池电源21，显示器19、第二无线收发模块20和第二锂电池电源21分别与控制主板18连接。[0037] 特别的，为了能够稳定固定撑杆7，本实施例中在每个撑杆7的底端均固定安装有尖头抓脚22。[0038] 特别的，为了避免撑杆7仅固定角度展开时无法准确支撑矩形结构，在本实施例中，每个撑杆7的中部均开设有用于调节对应斜撑9与其连接位置的腰型槽23，每个斜撑9通过调节件24转动安装在对应的腰型槽23内，并通过调节件24调节在腰型槽23内的位置，调节件24可为螺栓和蝶形螺母的组合，通过上述腰型槽23和调节件24可调节斜撑9的撑点，从而便于调节撑杆7的展开角度，避免了上述缺陷。[0039] 特别的，为了避免墙壁不平整导致检测过程存在误差，在本实施例中，每个撑墙支座6均由连接螺栓25和支撑座26构成，连接螺栓25的一端与对应的Y轴双向驱动总成1螺纹连接，另一端与对应的支撑座26螺纹连接，通过调整连接螺栓25可有效调整对应支撑座26与矩形结构之间的距离，从而便于适应墙体，使得矩形框架能够始终保持竖直或使得中子探测器5二维运动时始终保持在一个面上。[0040] 特别的，为了进一步提高撑杆7的可调性，在本实施例中，撑杆7具体为可伸缩式结构。[0041] 特别的，本实施例中的所有的主板均为STM32F103嵌入式ARM主控单元，所有的无线收发模块均为433MHz无线收发单元。[0042] 实施例2[0043] 本实施例提供一种利用上述设备进行装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度检测的方法，具体为：[0044] 首先在被检测装配式建筑墙体的一侧安装实施例1中的设备，然后进行以下步骤：[0045] S1、确定以下参数并输入远程控制端10：被检测装配式建筑墙体厚度d，检测区域内套筒埋深h，套筒外径R，套筒内径r1，钢筋半径r2；[0046] S2、建立坐标系：套筒露口正下方为原点，水平向为x轴，垂向向上为y轴，x轴向两侧扩L/2，L为3至5倍的R，y轴向上延H，圈定检测区域为S(LXH)；[0047] S3、根据建立的坐标系，中子探测器5在Y轴双向驱动总成1和X轴双向驱动总成3的配合下运动到S区域左下点的两侧(其中在此操作前提前通过Z轴双向驱动总成4带动中子探测器5运动到设定的与被测墙体之间的距离并保持不变，所有设备的运行都是通过远程控制端10设置后通过控制主机8向各个驱动总成发送控制命令)，然后中子探测器5进行一次热中子散射和采集，获取中子探测器5探头截面热中子单次散射图像p11；[0048] S4、中子探测器5向上移动dH距离，再次进行一次中子照射和散射采集，获取热中子单次散射图像p12，dH＝U/2，U为中子探测器5探头截面正方形的边长；[0049] S5、再次向上移动dH距离，重复进行中子探测，直至y轴H高度扫描完成，形成一列连续的热中子散射图像序列p1m，m＝1～M，M＝H/dH+1；[0050] S6、向右移动dL，dL＝dH，重复步骤S4和S5，形成第2列连续的中子散射图像p2m；[0051] S7、由此自左向右扫描，形成N列热中子散射图象阵列{pNM}；[0052] S8、构建一幅新的空白图像P，尺寸为(N+1)X(M+1)Xd(H/2)2，将其划分为M+1行N+1列子块，子块用Pij表示，i＝1～N+1，j＝1～M+1；[0053] S9、将所有列中子散射图象{pNM}中的每个子图分成四等分子图，左上为pij,lt，左下为pij,lb，右上为pij,rt，右下为pij,rb；[0054] S10、取新子图第1列P1j[0055][0056] S11、取第i列Pij，1＜i＜N+1[0057][0058] S11、取第N+1列P(N+1)j[0059][0060] S13、形成新图像P并进行二维滤波，形成最后图像P’，通过图像P’进行识别检测区域内的套筒灌浆饱和度。[0061] 特别的，该方法还包括在进行在正式检测前，设定好中子放射剂量，检测过程中统一使用该剂量，对装配式建筑墙体进行S1‑13之前或之后应对现场的标准样品进行中子散射标定，获取标准样的散射数据的标准值，其中标准样品包含：内部无任何结构的混凝土试块，内部含有标准套筒、钢筋和浆体的试块，内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的试块；步骤S1‑13具体为：[0062] S13.1、对图像P’观察其非套筒区的均匀性，并将透射数据与对应的标准值进行比较，若存在图像不均匀，且图像不均匀区透射数据的值小于对应标准值，则对应的非套筒区存在内部空洞异常；[0063] S13.2、对图像P’观察其套筒区的均匀性，并将透射数据与对应的标准值进行比较，若存在图像不均匀，且图像不均匀区透射数据的值小于对应标准值，则该非套筒区存在注浆不饱和异常。[0064] 实施例3[0065] 采用上述装置和方法进行以下实验：[0066] 1)使用实施例1所示设备对如图3所示的底板和墙体采用实施例2所示方法对其连接质量进行检测，具体得为：[0067] 2)墙体厚度d为200mm。使用设备对厚度为200mm墙体样品板的各个部位进行标定取样，含内部无任何结构的区域A1，内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的区域A2，内部含有标准套筒、钢筋和浆体的区域A3。形成标定图像PA1(图4)、PA2(图5)、PA3(图6)。[0068] 3)作为实施案例，选取图3其中一个连接套筒，划定检测区域，将区域1划分为N列M行的等分网格。按等分网格步长，对区域进行连续自动扫描形成中子散射图序列{pNM}。[0069] 4)将中子散射图{pNM}使用实施例2的数据处理技术方案进行数据处理，形成图7所示的合成连续中子散射图像P’。通过图像P’可知，该处套筒内存在不饱和，其不饱和度q＝14.09％，按如下公式计算：[0070][0071] s为图像PA1的中子密度均值，PA1的s＝1.682e5/m2；[0072] spi被检图像中存在不饱和处的中子密度，图7异常区取样点处spi＝1.445e5/m2。[0073] 5)同理，再选取另一个连接套筒进行检测，图8为合成连续中子散射图像P，可以发2现图像P中部左侧存在异常区，该区中异常区取样点处spi＝1.445e5/m ，不饱和度q＝29.43％[0074] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：安徽

专利申请日期：2020-11-25

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112345566B