專利名稱：一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及混凝土構(gòu)件表面裂縫的檢測定位儀器，尤其是涉及一種對于混凝土構(gòu)件表面肉眼無法識別的微小裂縫的檢測定位裝置。
背景技術(shù)：
混凝土材料的開裂破壞是導致建筑物結(jié)構(gòu)破壞的根本原因之一，而混凝土裂縫的萌生和擴展一般發(fā)生在結(jié)構(gòu)表面，體現(xiàn)為表面材料出現(xiàn)局部的不連續(xù)性。如果可以通過一些措施與技術(shù)，提前預測出混凝土開裂的位置，并及時采取相應的修補或防護措施對裂縫進行處理，將使得國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)得到更有效的保障。目前對于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測的手段非常有限，最常見的手段是超聲探測技術(shù)，該技術(shù)一般用來檢測肉眼已經(jīng)分辨出的裂縫，利用超聲波的傳輸特性測量裂縫的深度和寬度來判斷裂縫的危害性。這種方法測量精度有限，難以識別小裂紋，更不能自動去識別裂縫存在的區(qū)域。當然，理論上是可以通過讀數(shù)顯微鏡去檢測肉眼無法識別的微小裂縫并量測其寬度，但是如果不知道裂縫產(chǎn)生的位置，這種方法使用起來是非常困難的。因為裂縫位置的不確定性，傳統(tǒng)的單點應變測量方法(如應變片，應變傳感器)是難以實現(xiàn)微小裂縫大范圍的測量定位。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，存在表面裂縫和不存在表面裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，在受到外部荷載(未達到破壞水平)作用時，其應變場會呈現(xiàn)出顯著區(qū)別 沒有裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其表面應變場是連續(xù)的，并且應變量水平不高；對于存在表面裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其裂縫所在的局部區(qū)域，會因為裂縫在外部荷載作用下的張開(或閉合)，而產(chǎn)生非常大的虛擬應變(即包含裂縫變形的局部應變)。因此，通過對應變場的測量可以實現(xiàn)對表面裂縫的檢測。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)混凝土裂縫定位測量精度有限，難以識別小裂紋，不能大范圍測量，更不能自動去識別裂縫存在的區(qū)域等缺陷，提供一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，采用現(xiàn)代光測力學技術(shù)并結(jié)合相關(guān)計算機技術(shù)來實現(xiàn)微小裂縫大范圍的精確測量定位。本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、計算機DSP系統(tǒng)、顯示器；其中所述圖像采集裝置用來采集混凝土樣品表面的實時應變圖像，依次將應變前、應變后的數(shù)字圖片信號輸出至計算機DSP系統(tǒng)；計算機DSP系統(tǒng)對接收的應變前、應變后的數(shù)字圖片信號進行相關(guān)性分析，采用三次曲面擬合法計算出應變后圖像中的各子區(qū)域相對于應變前圖像的位移，然后采用局部最小二乘法計算得到應變場，獲得帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號；顯示器包括一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號轉(zhuǎn)換成模擬圖像信號，并實時顯示出裂縫所在的準確位置。進一步的，本實用新型的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，還包括與計算機 DSP系統(tǒng)相連接的外圍電路，所述外圍電路包括復位電路、時鐘電路、存儲電路、按鍵電路以及電源轉(zhuǎn)換電路；其中所述復位電路用于提供復位信號；所述時鐘電路用于控制圖像采集裝置采集圖像的時間間隔；所述存儲電路由SDRAM以及FLASH ROM閃存組成，SDRAM用于存儲圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH ROM閃存用于存放系統(tǒng)程序；所述按鍵電路用于向計算機DSP系統(tǒng)輸入控制命令及設(shè)置時鐘電路的參數(shù)；所述電源轉(zhuǎn)換電路用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為工作電壓。進一步的，本實用新型的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，所述圖像采集裝置包括支撐架、CCD相機，通過調(diào)節(jié)支撐架的高度和角度確定CCD相機的圖像采集范圍。進一步的，本實用新型的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，還包括補充光源， 所述補充光源采用現(xiàn)場照明裝置。本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果首先，與傳統(tǒng)超聲波探測技術(shù)只能檢測定位肉眼可識別裂縫的裝置相比，本實用新型可以檢測定位肉眼無法識別的微小裂縫。其次，與傳統(tǒng)技術(shù)逐條檢測相比，本實用新型可以通過一次測量，就可以識別出三維最大尺寸為10米范圍的樣品表面所有寬度大于10微米的小裂縫。最后，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本實用新型具有與樣品非接觸、對樣品無損傷等優(yōu)點。

圖1為本實用新型的工作原理圖。圖2為本實用新型的DSP系統(tǒng)與外圍電路連接的示意圖。圖3是本實用新型的定位系統(tǒng)的工作流程圖。圖中標號解釋1一CXD相機，2—支撐架，3—補充光源，4一計算機DSP系統(tǒng)，5—顯示器，6—外圍電路，7—圖像采集范圍，8—復位電路，9一時鐘電路，10—存儲電路，11 一按鍵電路，12—電源轉(zhuǎn)換電路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明如圖1所示，一種混凝土表面微小裂縫的檢測定位系統(tǒng)，它包括(XD相機1、支撐架2、補充光源3、DSP系統(tǒng)4、顯示器5以及外圍電路6。支撐架2用來放置CXD相機1，通過調(diào)節(jié)支撐架2的高度和角度確定CXD相機的圖像采集范圍7。CXD相機1用來采集帶有散斑(隨機密布的微小標記點)的混凝土表面的實時應變圖像，輸出數(shù)字圖片信號。若待測混凝土樣品表面近似平面，所述圖像采集系統(tǒng)為一臺分辨率大于500萬像素的CCD相機；若待測混凝土樣品表面不為近似平面，圖像采集系統(tǒng)為兩臺分辨率大于500萬像素的CCD相機，將兩臺CCD相機采集的圖像通過視覺圖像算法獲得三維曲面圖像，然后輸入計算機DSP系統(tǒng)。 補充光源3打到混凝土構(gòu)件上，使得攝像頭采集的圖像效果達到最優(yōu)。計算機DSP系統(tǒng)4獲得攝像機輸出的應變前、后混凝土樣品表面的數(shù)字圖像信號， 對數(shù)字圖片進行處理，通過將應變后與應變前的數(shù)字圖像相關(guān)匹配來分析混凝土樣品表面變形前后的圖像，通過變形前后的相關(guān)性分析得到變形場，再在此基礎(chǔ)上通過局部最小二乘法計算得到應變場，通過對應變場的處理分析，進而確定微小裂縫所在的位置，然后將帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號傳給顯示器5，具體處理過程在下文中具體舉例說明。顯示器5將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到模擬圖像信號，并在在顯示器5上實時顯示裂縫所在的準確位置。外圍電路6對整個裝置起到控制作用，并配合DSP系統(tǒng)4完成數(shù)據(jù)的采集和處理。如圖2所示，外圍電路6包括復位電路8、時鐘電路9、存儲電路10、按鍵電路11 以及電源轉(zhuǎn)換電路12。復位電路8提供復位信號，當按下復位按鍵時整個定位裝置進行初始化；時鐘電路9用于控制裝置圖像采集的時間間隔；存儲器電路10由SDRAM以及FLASH ROM閃存組成，SDRAM用于存儲圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH ROM閃存用于存放系統(tǒng)程序，其數(shù)據(jù)的讀入和寫出受 DSP系統(tǒng)控制；按鍵電路11用于接收人為命令，使儀器強制執(zhí)行相應的人為命令；電源轉(zhuǎn)換電路12用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為工作電壓。在使用時，先接通所有電路，通過控制按鍵電路11啟動電源轉(zhuǎn)換電路12獲取工作電壓，并載入存儲器電路10內(nèi)FLASH ROM閃存存放的系統(tǒng)程序，整個系統(tǒng)進行開機初始化， 若操作過程中啟動了復位電路8并按下復位按鍵時整個定位裝置進行操作中的初始化過程。時鐘電路9根據(jù)按鍵電路11設(shè)定的裝置圖像采集的時間間隔向DSP系統(tǒng)4定時發(fā)送指令，DSP系統(tǒng)4接收到命令后通過攝像頭1獲取數(shù)字圖像信號，并進行分析處理，最終輸出顯示器5帶有裂縫位置的數(shù)字圖像信號，顯示器5對帶有裂縫位置的數(shù)字圖像信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最終在顯示器上呈現(xiàn)。計算機DSP系統(tǒng)的工作原理本實用新型的計算機DSP系統(tǒng)的主要原理是根據(jù)對于存在表面裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)，其裂縫所在的局部區(qū)域，會因為裂縫在外部荷載作用下的張開(或閉合)，而產(chǎn)生非常大的虛擬應變，即應變場的奇異性來定位裂縫所在位置。如圖3所示，具體實施步驟舉例如下步驟A 對待測混凝土樣品進行表面處理，去除非結(jié)構(gòu)附著物，使得待測混凝土樣品的表面簡單平整；步驟B 當測試現(xiàn)場光線不足時，在測試現(xiàn)場布置現(xiàn)場照明裝置；步驟C 通過圖像采集裝置采集待測混凝土樣品表面參考圖像；步驟D 采用加載裝置對待測混凝土樣品施加平行于其表面的、不小于混凝土材料破壞強度10%的載荷，并且保持到步驟E完成；步驟E 通過圖像采集裝置采集施加載荷后的混凝土樣品表面目標圖像；步驟F 對步驟C采集到的混凝土樣品表面參考圖像、步驟E采集到的混凝土樣品目標圖像發(fā)送到計算機DSP系統(tǒng)進行相關(guān)性分析，獲得目標圖像中的各子區(qū)域相對于參考圖像的位移；[0046]步驟G 根據(jù)步驟F得到的目標圖像中各子區(qū)域的相對位移，用局部最小二乘方法分別計算出目標圖像中各子區(qū)域的局部應變值，局部應變值超過800-1200微應變的區(qū)域， 即為微小裂縫的位置。步驟F中所述的相關(guān)性分析方法是基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，通過對兩幅數(shù)字圖像進行相關(guān)匹配。匹配原理是通過以下公式分別計算目標圖像中某個子區(qū)域與參考圖像中所有子區(qū)域的相關(guān) 系數(shù)
權(quán)利要求1.一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，其特征在于包括圖像采集裝置、計算機DSP 系統(tǒng)、顯示器；其中所述圖像采集裝置用來采集混凝土樣品表面的實時應變圖像，依次將應變前、應變后的數(shù)字圖片信號輸出至計算機DSP系統(tǒng)；計算機DSP系統(tǒng)用于獲得帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號；顯示器包括一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號轉(zhuǎn)換成模擬圖像信號，并實時顯示出裂縫所在的準確位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，其特征在于還包括與計算機DSP系統(tǒng)相連接的外圍電路，所述外圍電路包括復位電路、時鐘電路、存儲電路、 按鍵電路以及電源轉(zhuǎn)換電路；其中所述復位電路用于提供復位信號；所述時鐘電路用于控制圖像采集裝置采集圖像的時間間隔；所述存儲電路由SDRAM以及FLASH ROM閃存組成，SDRAM用于存儲圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH ROM 閃存用于存放系統(tǒng)程序；所述按鍵電路用于向計算機DSP系統(tǒng)輸入控制命令及設(shè)置時鐘電路的參數(shù)；所述電源轉(zhuǎn)換電路用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為工作電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，其特征在于所述圖像采集裝置包括支撐架、CCD相機，通過調(diào)節(jié)支撐架的高度和角度確定CCD相機的圖像采集范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，其特征在于還包括補充光源，所述補充光源采用現(xiàn)場照明裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種混凝土表面微小裂縫的定位系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、計算機DSP系統(tǒng)、顯示器；其中圖像采集裝置用來采集混凝土樣品表面的實時應變圖像，依次將應變前、應變后的數(shù)字圖片信號輸出至計算機DSP系統(tǒng)；計算機DSP系統(tǒng)對接收的應變前、應變后的數(shù)字圖片信號進行相關(guān)性分析，計算出應變后圖像中的各像素點相對于應變前圖像的位移，獲得帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號；顯示器包括一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將接收到的帶有定位微小裂縫位置的數(shù)字圖像信號轉(zhuǎn)換成模擬圖像信號，并實時顯示出裂縫所在的準確位置。本實用新型可識別出混凝土表面的微小裂縫，并且與樣品非接觸、對樣品無損傷，具有精度高、操作簡單、高效率等優(yōu)點。
文檔編號G01N21/84GK202216911SQ20112027199
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者喬丕忠, 王克峰, 薛榮軍, 雷冬 申請人:河海大學