混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,該裝置包括紅外輻射裝置、爐架、爐架旋轉裝置、爐架升降裝置;所述紅外輻射裝置包括若干陶瓷輻射器組成的輻射器陣列和與其電連接的溫度控制裝置;所述輻射器陣列被固定在爐架上,爐架的材料為光面不銹鋼,并通過爐架旋轉裝置與爐架升降裝置的動部件連接。本發明可以解決混凝土紅外成像無損檢測技術使用的熱源不僅空間梯度小、時間梯度大、加熱效率高、加熱溫度可控精度精細,而且能方便移動、高度角度均可調節等技術問題。
【專利說明】混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于混凝土內部缺陷的紅外熱成像無損檢測的熱激勵裝置。
【背景技術】
[0002]尋求一種無損、快速、低成本、大范圍的混凝土普查方法是土木工程界極為關注的問題,具有非常現實的意義。紅外成像檢測技術就是在這種情況下被引入土木工程領域的。對紅外成像技術應用方面的研究,最早出現在20世紀60年代的美國。20世紀70年代末,已經有學者應用紅外成像技術診斷建筑物的熱損耗、屋頂滲水、圍墻缺陷以及查找路面的次表面缺陷等。此技術在我國起步較晚,在20世紀90年代初,我國才有學者將紅外成像診斷技術和土木工程結合起來,在建筑物熱損耗、建筑材料缺陷探測和建筑外墻施工質量等方面進行了初步的應用研究。紅外成像技術是一種全新、靈敏的檢測方法,也是一種很好的監測方法,其重要的特點是可以快速、非接觸、大面積地掃查檢測物表面,并且不損傷檢測物,結果直觀形象,易于實現自動化和實時觀測。
[0003]目前利用紅外成像技術對混凝土無損檢測的研究熱點集中在對紅外成像獲取的熱源的改進。針對混凝土的有關檢測過程中如何改進熱源這一問題,國內外研究人員主要是采用大功率的紅外脈沖加熱裝置、紅外燈照射、超聲紅外技術和高能閃光燈等熱源。德國的Ch Maierhfer和Hwiggenhuaser等人在對混凝土中的缺陷及碳纖維增強表面粘結層的脫膠情況進行檢測的過程中,采用了大功率的紅外脈沖加熱裝置。Takahide Sakagami等研究人員利用紅外燈照射對混凝土內部的層離缺陷進行了分析研究,得出了混凝土內部缺陷隨埋設深度及缺陷的幾何大小變化的關系曲線。S Vallerand和X Maldague在脈沖加熱的紅外熱激勵條件下,比較了數理統計法和神經網絡法對材料的內部缺陷檢測的優劣,指出了各種方法的適用條件。李卓球、黃莉、伍穎和宋顯輝等在通電的情況下,利用碳纖維混凝土的電熱效應,對含預制裂紋的碳纖維混凝土缺陷體進行紅外無損檢測,為優化和評估電熱紅外成像檢測方案提供了重要的數值依據。國內外的科研人員在檢測過程中嘗試了不同的熱源,但使用外加熱源時,在檢測物上產生的溫度場具有以熱源對應點為中心,向外圍梯度遞減的特點,影響檢測結果的準確性。尋找空間梯度小、時間梯度大的新式熱源是紅外成像檢測技術的一個主要研究方向。
[0004]根據熱量注入的方式不同紅外輻射檢測有如下多種檢測形式:
①脈沖福射檢測(PT:Pulsed Thermography)
脈沖輻射測量過程是:先對被測物體加熱,然后對溫度變化進行測量。在熱注入后由于熱擴散物體溫度快速變化,同時由于輻射和對流造成熱損失,表面下缺陷的存在改變了熱擴散速率,在缺陷處形成與周圍不同的溫差,通過測量表面溫度完成檢測。
[0005]②矩形脈沖福射檢測(SPT:Square Pulsed Thermography)
常規的脈沖輻射檢測中,對高熱導率物體(如金屬)熱激勵脈沖時間只有幾毫秒,而對低熱導率物體(如塑料)熱脈沖時間則持續幾秒鐘。但對于混凝土材料而言,這么短的加熱時間往往對被測物沒有明顯影響,所以一般需要采用更長的加熱時間,這樣的熱量注入方式與脈沖輻射檢測中的熱量注入方式有較大的不同,被測物體內部熱傳導方式也不同。
[0006]③階躍福射檢測(SH:Step Heating)
在階躍輻射檢測中,對輻射加熱過程中的表面溫度變化進行監測。主要用于涂層厚度檢測(包括多層涂層)、涂層與基底結合檢測以及復合結構檢測等。
[0007]④調制輻射檢測(Lock-1n)
調制輻射檢測的過程是:在試件表面注入周期調制的熱量(如正弦調制的激光),在試件中形成周期變化的溫度分布即熱波,對產生變化的溫度場進行檢測。調制是指必須對輸出信號與參考輸入信號(如周期調制的熱激勵)之間的時間關系進行精確測量。在采用激光激勵的點測量中是通過鎖相放大器實現的,在全場加熱方式中通過計算機處理可以得到相位和振幅兩個方面的圖像。檢測深度與輻射調制頻率成反比,所以高頻調制主要用于近表面分析。
[0008]⑤振動福射檢測(Vibrothermography)
振動輻射檢測也屬于主動檢測。在外部機械振動作用下,在缺陷(如裂縫和分層)處由于存在摩擦機械能轉化為熱能,從而在試件中產生熱激勵。
[0009]對于混凝土材料而言,矩形脈沖福射檢測(SPT:Square Pulsed Thermography)是一個比較適合的方法。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是提供一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,以解決混凝土紅外成像無損檢測技術使用的熱源不僅空間梯度小、時間梯度大、加熱效率高、加熱溫度可控精度精細,而且能方便移動、高度角度均可調節等技術問題。
[0011]本發明為了實現上述發明目的,所采用的技術方案如下:
混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,該裝置包括紅外輻射裝置、爐架、爐架旋轉裝置、爐架升降裝置;所述紅外輻射裝置包括若干陶瓷輻射器組成的輻射器陣列和與其電連接的溫度控制裝置;所述輻射器陣列被固定在爐架上,爐架的材料為光面不銹鋼,并通過爐架旋轉裝置與爐架升降裝置的動部件連接。
[0012]紅外輻射裝置分為若干個溫區,每個溫區獨立控制溫度,每個溫區包含一個帶熱電偶的陶瓷輻射器,該溫區的其他陶瓷輻射器均不含熱電偶;連接陶瓷輻射器的電源線使用耐高溫的導線。
[0013]爐架升降裝置由兩側升降立柱和上、下加固鋼條連接形成的框架構成,在升降立柱上安裝有動部件;所述升降立柱是具有齒條的滑軌結構,所述動部件是安裝有齒輪的滑道結構,齒輪與齒條配合,齒輪上安裝有升降手柄。
[0014]旋轉裝置包括全角度自由旋轉的轉軸和轉軸鎖定裝置,轉軸對稱固定在爐架的兩偵牝并與升降裝置的對應動部件實現轉動連接;轉軸鎖定裝置由固定在轉軸上的,周邊有一組定位槽的轉盤、固定在轉盤周邊的與定位槽配合鎖定的定位銷組成。
[0015]在爐架升降裝置的底部安裝萬向輪。
[0016]本發明的有益效果是,加熱均勻、升溫迅速、加熱效率高、加熱溫度可控精度精細、可全角度加熱、空間梯度小、時間梯度大且能方便移動,大大提高了檢測的準確性,使混凝土紅外熱成像無損檢測技術可以實用化。[0017]本發明使用陶瓷輻射器的優點有:
1.加熱效率非常高。由于加熱過程中不發光,電能基本上全部轉化為熱能,所以較光源類熱源更高效、節能。
[0018]2.加熱溫度完全可控。陶瓷輻射器的控制精度非常精細,而鹵素燈的控制精度相對較粗糙。
[0019]3.加熱范圍非常均勻。光源類熱源如果組成陣列,需要進行特殊設計以盡量滿足加熱的均勻性,但在被測物體表面仍不可避免的存在溫度差異;而紅外線輻射熱源可以非常好的解決均勻性問題。
[0020]4.壽命長。陶瓷輻射器的壽命普遍在10000小時以上,而鹵素燈的壽命一般為5000小時。
[0021]對于混凝土檢測來說,250W陶瓷輻射器最高溫度可以達到400°C,已經可以滿足實際需求,此時陶瓷輻射器的表面平均熱功率密度為16kW/m2。陶瓷輻射器升溫至200°C只需要2分鐘,升溫速度滿足要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的電路原理圖。
[0023]圖中,A為輻射器陣列,B為溫度控制儀,K為固態繼電器。
[0024]圖2是本發明的結構示意圖。
[0025]圖3是圖1的側視圖。
[0026]圖中,1.輻射器陣列爐架,2.升降立柱,3升降手柄,4.轉盤,5.萬向輪,6.可拆卸加固鋼條。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0028]本發明所述的一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,可以參見圖2、3,該裝置包括紅外輻射裝置、爐架1、爐架旋轉裝置、爐架升降裝置;所述紅外輻射裝置包括若干陶瓷輻射器組成的輻射器陣列和與其電連接的溫度控制裝置;所述輻射器陣列被固定在爐架上,爐架I的材料為光面不銹鋼,并通過爐架旋轉裝置與爐架升降裝置的動部件連接。
[0029]紅外輻射裝置分為若干個溫區,每個溫區獨立控制溫度,每個溫區包含一個帶熱電偶的陶瓷輻射器,該溫區的其他陶瓷輻射器均不含熱電偶;連接陶瓷輻射器的電源線使用耐高溫的導線。
[0030]爐架升降裝置由兩側升降立柱2和上、下加固鋼條6連接形成的框架構成,在升降立柱2上安裝有動部件;所述升降立柱2是具有齒條的滑軌結構,所述動部件是安裝有齒輪的滑道結構,齒輪與齒條配合,齒輪上安裝有升降手柄3。
[0031]旋轉裝置包括全角度自由旋轉的轉軸和轉軸鎖定裝置,轉軸對稱固定在爐架的兩偵牝并與升降裝置的對應動部件實現轉動連接;轉軸鎖定裝置由固定在轉軸上的,周邊有一組定位槽的轉盤4、固定在轉盤周邊的與定位槽配合鎖定的定位銷組成。
[0032]在爐架升降裝置的底部安裝萬向輪。[0033]參見圖1,紅外輻射裝置分為若干個溫區,每個溫區獨立控制溫度,每個溫區包含一個帶熱電偶的陶瓷輻射器,該溫區的其他陶瓷輻射器均不含熱電偶;連接陶瓷輻射器的電源線使用耐高溫的導線。在爐架的底部安裝萬向輪5。
[0034]以上的實施例便于更好地理解本發明,但并不限定本發明。下述實施例中的實驗方法,如無特殊說明,均為常規方法。
[0035]檢測應按下列程序進行:
1.記錄日期、時間、氣候狀況(包括天氣、風力、氣溫、空氣濕度、日照等情況);
2.將檢測對象劃分為不同的檢測區域,按順序選擇適當位置安放加熱裝置,設定加熱溫度并使加熱裝置處于正常工作狀態,加熱時應注意下列安全要求:
1)采用光潔鋁板或不銹鋼反射板將加熱裝置四周遮罩:紅外輻射加熱系統爐架的主要構件由不銹鋼金屬材料制成,在陶瓷紅外輻射器連續加熱運行過程中,爐架不可避免會被輻射加熱升溫。采用高功率紅外輻射器加熱時,爐架外殼溫度可高達300°C左右。因此,應采取保護措施避免人體與高溫金屬爐架的直接接觸。建議采用光潔鋁板或不銹鋼反射板將加熱系統四周遮罩,這可防止爐架外側的物體被不必要的加熱,同時提高能源利用率;
2)使用石棉手套等防護工具;
3)盡量排除其他加熱源干擾。
[0036]3.關閉并移開加熱裝置,選擇適當位置安放紅外成像儀,并使紅外成像儀處于正常工作狀態;
4.拍攝紅外圖像并保存。
[0037]5.將加熱裝置移至下一檢測分區,重復步驟2~4。
[0038]爐架的主要部件采用光面不銹鋼制成。強度高,能支撐安裝在爐架內部的陶瓷紅外輻射器的重量負荷;在高溫狀況下的膨脹系數較低,光亮的不銹鋼表面反射了大部分的紅外射線,有效減少了紅外輻射加熱系統在加熱過程中的熱損耗。因此紅外輻射加熱系統爐架具有節能、結構穩固、熱變形小,以及高溫下耐腐蝕的特點。
[0039]將加熱系統分為若干個溫區,每個溫區可以獨立控制溫度,每個溫區包含一個帶熱電偶的陶瓷輻射器,其他陶瓷輻射器均不含熱電偶,電路線路如圖1所示,連接陶瓷紅外線輻射器的電源線使用耐高溫的導線。
[0040]為了方便實橋應用,裝置的支架包括了手動升降、旋轉、行走等功能,如圖2所示,通過搖把搖動相互咬合的齒條實現爐架的升降,通過軸承和轉盤實現爐架的全角度自由旋轉,同時在支架的底部安裝萬向輪以方便行走。
【權利要求】
1.一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,其特征是,該加熱裝置包括紅外輻射裝置、爐架、爐架旋轉裝置、爐架升降裝置;所述紅外輻射裝置包括若干陶瓷輻射器組成的輻射器陣列和與其電連接的溫度控制裝置;所述輻射器陣列被固定在爐架上,爐架的材料為光面不銹鋼,并通過爐架旋轉裝置與爐架升降裝置的動部件連接。
2.根據權利要求1所述一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,其特征是:紅外輻射裝置分為若干個溫區,每個溫區獨立控制溫度,每個溫區包含一個帶熱電偶的陶瓷輻射器,該溫區的其他陶瓷輻射器均不含熱電偶;連接陶瓷輻射器的電源線使用耐高溫的導線。
3.根據權利要求1所述的一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,其特征是,爐架升降裝置由兩側升降立柱和上、下加固鋼條連接形成的框架構成,在升降立柱上安裝有動部件;所述升降立柱是具有齒條的滑軌結構,所述動部件是安裝有齒輪的滑道結構,齒輪與齒條配合,齒輪上安裝有升降手柄。
4.根據權利要求1所述的一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,其特征是,旋轉裝置包括全角度自由旋轉的轉軸和轉軸鎖定裝置,轉軸對稱固定在爐架的兩側,并與升降裝置的對應動部件實現轉動連接;轉軸鎖定裝置由固定在轉軸上的,周邊有一組定位槽的轉盤、固定在轉盤周邊的與定位槽配合鎖定的定位銷組成。
5.根據權利要求1或3所述的一種混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置,其特征是,在爐架升降裝置的底部安裝萬向輪。
【文檔編號】G01N25/72GK103808760SQ201310671663
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】謝峻, 鄭曉華, 曾丁, 安寧, 高小妮 申請人:交通運輸部公路科學研究所, 北京公科固橋技術有限公司