本发明涉及一种引水隧道质量在线成像快速检测装置，它的检测器密封仓的外壁沿周向至少设置三个居中扶正杆，全景摄像机和频闪灯设置在透光腔内，超声发射接收换能器位于透声腔内，第一步进电机的输出转轴穿过检测器密封仓的壳体前端进入透声腔内并固定连接超声发射接收换能器，处理器的第一电机控制信号输出端连接第一步进电机的控制端，处理器的超声波控制及超声波接收通信端连接超声发射接收换能器的通信端，处理器的视频信号输入端连接全景摄像机的视频信号输出端，处理器的三维姿态信号输入端连接三维姿态传感器的信号输出端。本发明可在不中断引水隧道运行的情况下自动快速的对引水隧道进行检测。
1.一种利用引水隧道质量在线成像快速检测装置的引水隧道质量在线成像快速检测方法，所述引水隧道质量在线成像快速检测装置包括检测器密封仓(1)、处理器(2)、全景摄像机(3)、频闪灯(4)、透光腔(5)、超声发射接收换能器(6)、透声腔(7)、第一步进电机(9)、三维姿态传感器(10)、居中扶正杆(16)，其中，所述透声腔(7)设置在检测器密封仓(1)前端，透光腔(5)设置在检测器密封仓(1)的中部，所述处理器(2)、第一步进电机(9)和三维姿态传感器(10)均设置在检测器密封仓(1)内，所述检测器密封仓(1)的外壁沿周向至少设置三个居中扶正杆(16)，所述全景摄像机(3)和频闪灯(4)设置在透光腔(5)内，所述超声发射接收换能器(6)位于透声腔(7)内，透声腔(7)内设有变压器油(8)，第一步进电机(9)的输出转轴穿过检测器密封仓(1)的壳体前端进入透声腔(7)内并固定连接超声发射接收换能器(6)，所述处理器(2)的第一电机控制信号输出端连接第一步进电机(9)的控制端，处理器(2)的超声波控制及超声波接收通信端连接超声发射接收换能器(6)的通信端，处理器(2)的视频信号输入端连接全景摄像机(3)的视频信号输出端，处理器(2)的摄像机控制信号输出端连接全景摄像机(3)的控制信号输入端，处理器(2)频闪灯控制信号输出端连接频闪灯(4)的控制端，处理器(2)的三维姿态信号输入端连接三维姿态传感器(10)的信号输出端；
其特征在于，引水隧道质量在线成像快速检测方法，包括如下步骤：步骤1：将引水隧道质量在线成像快速检测装置放置于引水隧道(18)的进水口，调整重量平衡仓(15)的进水量，使检测器密封仓(1)的重量和排水重量相等，再根据引水隧道(18)直径的大小调整每个居中扶正杆(16)的长度，使检测器密封仓(1)装置居于引水隧道(18)的中轴线上；
步骤2：利用水(17)的流速推进检测器密封仓(1)由引水隧道(18)的进水口向出水口移动；
步骤3：在检测器密封仓(1)由引水隧道(18)的进水口向出水口移动的过程中，处理器(2)控制第一步进电机(9)旋转从而带动超声发射接收换能器(6)旋转，处理器(2)通过旋转的超声发射接收换能器(6)反馈的超声测距数据计算得到引水隧道(18)的直径，并将引水隧道(18)的直径数据存储到存储器(20)中；
处理器(2)控制全景摄像机(3)进行引水隧道(18)全景影像拍摄，同时处理器(2)接收全景摄像机(3)摄取的引水隧道(18)全景影像，并将全景影像数据存储到存储器(20)中；
处理器(2)从三维姿态传感器(10)中采集检测器密封仓(1)的三维姿态数据，并将三维姿态数据存储到存储器(20)中；
步骤4：处理器(2)通过无线通信模块(19)将引水隧道(18)的直径数据、引水隧道(18)全景影像数据、检测器密封仓(1)的三维姿态数据传输给上位机，上位机根据获取的引水隧道(18)的直径数据、引水隧道(18)全景影像数据、检测器密封仓(1)的三维姿态数据依据摄影测量学原理生成对应的引水隧道(18)三维结构图和引水隧道(18)三维成像图；
步骤5：对上述引水隧道(18)三维结构图和引水隧道(18)三维成像图进行肉眼识别，判断检测引水隧道(18)是否存在裂缝、渗水、漏水、剥落、脱空或形变形态。
2.根据权利要求1所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：它还包括第二步进电机(12)和旋转桨(14)，所述第二步进电机(12)的密封旋转轴(13)穿出检测器密封仓(1)的壳体后端，密封旋转轴(13)后端固定旋转桨(14)。
3.根据权利要求1所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：所述检测器密封仓(1)内的前段和后段均设有重量平衡仓(15)。
4.根据权利要求1所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：所述处理器(2)的远程通信端连接有无线通信模块(19)。
5.根据权利要求1所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：所述处理器(2)的数据存储端还连接有存储器(20)。
6.根据权利要求1所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：所述步骤
5后还包括步骤6：如果步骤5中检测到引水隧道(18)中存在裂缝、渗水、漏水、剥落、脱空或形变形态，则根据引水隧道(18)三维结构图、引水隧道(18)三维成像图的坐标判断裂缝、渗水、漏水、剥落、脱空或形变形态在引水隧道(18)中的具体位置。
7.根据权利要求1所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：所述步骤
2中处理器(2)向第二步进电机(12)发射控制信号，通过控制第二步进电机(12)带动旋转桨(14)转动，从而提供检测器密封仓(1)的前进动力。
8.根据权利要求1所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：所述权利要求3中全景摄像机(3)拍摄全景影像的同时，处理器(2)控制频闪灯(4)点亮。
9.根据权利要求7所述的引水隧道质量在线成像快速检测方法，其特征在于：所述旋转桨(14)转动使检测器密封仓(1)在引水隧道(18)中的航速为1.0m/s。
引水隧道质量在线成像快速检测装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及水利工程运用光学摄影、声呐成像对运行引水隧道进行检测的技术领域，具体涉及一种引水隧道质量在线成像快速检测装置及方法。
背景技术
[0002] 我国已是世界上引水隧道最多、发展速度最快的国家，由于地质条件、地形条件、气候条件和设计、施工、运营过程中各种因素的影响，引水隧道在长期的使用过程中比普通隧道更容易出现病害，如衬砌开裂、隧道渗漏水、衬砌腐蚀等。这些病害既影响了水利工程的安全运行，又严重危人民生活、工业用水的安全。
[0003] 水电工程引水隧洞在建设过程中由于施工或地质原因，可能存在混凝土衬砌与围岩脱空、开挖爆破松动以及隧洞开挖时围岩崩塌等问题，查明以上工程缺陷及地质条件是勘测工作者必须而对的课题。针对引水隧洞施工过程中常遇到的这些问题，传统的做法是放干引水隧道中的水，然后运用声波反射法、超声波法和钻孔地质雷达法对引水隧洞工程缺陷进行检测。但由于一些引水隧道的引水是用于城市生活和工业用水，一量中断引水就危害城市人民生活和工业运行，影响极大；一些引水隧道工程一旦运行就很难中断。因此，引水隧道工程在多年的运行情况下很少有进行研究检查的情况；这样，给引水隧道工程埋下危害的因素。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种引水隧道质量在线成像快速检测装置及方法，该装置及方法可在不中断引水隧道运行的情况下自动快速的对引水隧道是否存在衬砌裂缝、衬砌渗水、漏水、剥落、脱空、衬砌形变进行检测。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明公开的一种引水隧道质量在线成像快速检测装置，其特征在于：它包括检测器密封仓、处理器、全景摄像机、频闪灯、透光腔、超声发射接收换能器、透声腔、第一步进电机、三维姿态传感器、居中扶正杆，其中，所述透声腔设置在检测器密封仓前端，透光腔设置在检测器密封仓的中部，所述处理器、第一步进电机和三维姿态传感器均设置在检测器密封仓内，所述检测器密封仓的外壁沿周向至少设置三个居中扶正杆，所述全景摄像机和频闪灯设置在透光腔内，所述超声发射接收换能器位于透声腔内，透声腔内设有变压器油，第一步进电机的输出转轴穿过检测器密封仓的壳体前端进入透声腔内并固定连接超声发射接收换能器，所述处理器的第一电机控制信号输出端连接第一步进电机的控制端，处理器的超声波控制及超声波接收通信端连接超声发射接收换能器的通信端，处理器的视频信号输入端连接全景摄像机的视频信号输出端，处理器的摄像机控制信号输出端连接全景摄像机的控制信号输入端，处理器频闪灯控制信号输出端连接频闪灯的控制端，处理器的三维姿态信号输入端连接三维姿态传感器的信号输出端。
[0006] 一种上述装置的引水隧道质量在线成像快速检测方法：
[0007] 步骤1：将引水隧道质量在线成像快速检测装置放置于引水隧道的进水口，调整重量平衡仓的进水量，使检测器密封的重量和排水重量相等，再根据引水隧道直径的大小调整每个居中扶正杆的长度，使检测器密封仓装置居于引水隧道的中轴线上；
[0008] 步骤2：利用水的流速推进检测器密封仓由引水隧道的进水口向出水口移动；
[0009] 步骤3：在检测器密封仓由引水隧道的进水口向出水口移动的过程中，处理器控制第一步进电机旋转从而带动超声发射接收换能器旋转，处理器通过旋转的超声发射接收换能器反馈的超声测距数据计算得到引水隧道的直径，并将引水隧道的直径数据存储到存储器中；
[0010] 处理器控制全景摄像机进行引水隧道全景影像拍摄，同时处理器接收全景摄像机摄取的引水隧道全景影像，并将全景影像数据存储到存储器中；
[0011] 处理器从三维姿态传感器中采集检测器密封仓的三维姿态数据，并将三维姿态数据存储到存储器中；
[0012] 步骤4：处理器通过无线通信模块将引水隧道的直径数据、引水隧道全景影像数据、检测器密封仓的三维姿态数据传输给上位机，上位机根据获取的引水隧道的直径数据、引水隧道全景影像数据、检测器密封仓的三维姿态数据依据摄影测量学原理生成对应的引水隧道三维结构图和引水隧道三维成像图；
[0013] 步骤5：对上述引水隧道三维结构图和引水隧道三维成像图进行肉眼识别，判断检测引水隧道是否存在裂缝、渗水、漏水、剥落、脱空或形变形态。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] (1)本发明在检测装置运行过程中以快速拍照和超声发射接收换感谢器旋转测试引水隧道的直径，360度全景照相的图像拼接起来，把隧道表面的形变和缺陷都拍得非常清楚，超声测距的数据三维引水隧道尺寸再现，可以检测出引水隧道的变形。
[0016] (2)本发明对引水隧道检测，不存在任何检测人员安全，也不需要中断引水隧道的运行，把所了的引水隧道的隐患病害发现在萌芽中，可以减少人民财产的损失，带来社会的安全。避免了现有方法需要对引水隧道中断运行并放干水才能进行检测带来的殊多问题。
附图说明
[0017] 图1是本发明的工作状态结构示意图；
[0018] 图2是本发明中电控部分的结构框图；
[0019] 图3位本发明中检测器密封仓与居中扶正杆的结构示意图。
[0020] 其中，1—检测器密封仓、2—处理器、3—全景摄像机、4—频闪灯、5—透光腔、6—超声发射接收换能器、7—透声腔、8—变压器油、9—第一步进电机、10—三维姿态传感器、11—蓄电电池、12—第二步进电机、13—密封旋转轴、14—旋转桨、15—重量平衡仓、16—居中扶正杆、17—水、18—引水隧道、19—无线通信模块、20—存储器。
具体实施方式
[0021] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
[0022] 本发明的引水隧道质量在线成像快速检测装置，如图1～3所示，它包括检测器密封仓1、处理器2、全景摄像机3、频闪灯4、透光腔5、超声发射接收换能器6、透声腔7、第一步进电机9、三维姿态传感器10、居中扶正杆16，其中，所述透声腔7设置在检测器密封仓1前端，透光腔5设置在检测器密封仓1的中部，所述处理器2、第一步进电机9和三维姿态传感器10均设置在检测器密封仓1内，所述检测器密封仓1的外壁沿周向至少设置三个居中扶正杆
16，所述全景摄像机3和频闪灯4设置在透光腔5内，所述超声发射接收换能器6位于透声腔7内，透声腔7内设有变压器油8(变压器油的波阻抗(密度与波速的乘积)与水接近，有利于超声波全部透射)，第一步进电机9的输出转轴穿过检测器密封仓1的壳体前端进入透声腔7内并固定连接超声发射接收换能器6，所述处理器2的第一电机控制信号输出端连接第一步进电机9的控制端，处理器2的超声波控制及超声波接收通信端连接超声发射接收换能器6的通信端，处理器2的视频信号输入端连接全景摄像机3的视频信号输出端，处理器2的摄像机控制信号输出端连接全景摄像机3的控制信号输入端，处理器2频闪灯控制信号输出端连接频闪灯4的控制端，处理器2的三维姿态信号输入端连接三维姿态传感器10的信号输出端。
[0023] 上述技术方案中，它还包括第二步进电机12和旋转桨14，所述第二步进电机12的密封旋转轴13穿出检测器密封仓1的壳体后端，密封旋转轴13后端固定旋转桨14。
[0024] 上述技术方案中，所述检测器密封仓1内的前段和后段均设有重量平衡仓15。通过调整重量平衡仓15的进水量使检测器密封仓1的重量和排水重量相等，从而使检测器密封仓1置于引水隧道18的水17中。
[0025] 上述技术方案中，所述处理器2的远程通信端连接有无线通信模块19。
[0026] 上述技术方案中，所述处理器2的数据存储端还连接有存储器20。
[0027] 上述技术方案中，检测器密封仓1内的所有用电都由蓄电电池11提供。
[0028] 上述技术方案中，所述检测器密封仓1的居于引水隧道18的中轴线上是根据引水隧道18的直径大小来调整居中扶正杆16的长度实现。
[0029] 一种上述装置的引水隧道质量在线成像快速检测方法：
[0030] 步骤1：将引水隧道质量在线成像快速检测装置放置于引水隧道18的进水口，调整重量平衡仓15的进水量，使检测器密封仓1的重量和排水重量相等，再根据引水隧道18直径的大小调整每个居中扶正杆16的长度，使检测器密封仓1装置居于引水隧道18的中轴线上；
[0031] 步骤2：利用水17的流速推进检测器密封仓1由引水隧道18的进水口向出水口移动；
[0032] 步骤3：在检测器密封仓1由引水隧道18的进水口向出水口移动的过程中，处理器2控制第一步进电机9旋转从而带动超声发射接收换能器6旋转，处理器2通过旋转的超声发射接收换能器6反馈的超声测距数据计算得到引水隧道18的直径(采用回声原理，处理器2启动超声发射接收换能器6发射超声波信号，当超声波信号碰到隧道壁时反射回波并被超声发射接收换能器6接收，处理器2计算发射到接收回波的时间，根据回波时间与水中超声波速度相乘并除以2，得到超声发射接收换能器6至隧道壁的距离，根据这些测距，可以计算隧道直径)，并将引水隧道18的直径数据存储到存储器20中；
[0033] 处理器2控制全景摄像机3进行引水隧道18全景影像拍摄，同时处理器2接收全景摄像机3摄取的引水隧道18全景影像，并将全景影像数据存储到存储器20中；
[0034] 处理器2从三维姿态传感器10中采集检测器密封仓1的三维姿态数据，并将三维姿态数据存储到存储器20中；
[0035] 步骤4：处理器2通过无线通信模块19将引水隧道18的直径数据、引水隧道18全景影像数据、检测器密封仓1的三维姿态数据传输给上位机，上位机根据获取的引水隧道18的直径数据、引水隧道18全景影像数据、检测器密封仓1的三维姿态数据依据摄影测量学原理生成对应的引水隧道18三维结构图和引水隧道18三维成像图；
[0036] 步骤5：对上述引水隧道18三维结构图和引水隧道18三维成像图进行肉眼识别，判断检测引水隧道18是否存在裂缝、渗水、漏水、剥落、脱空或形变形态；
[0037] 步骤6：如果步骤5中检测到引水隧道18中存在裂缝、渗水、漏水、剥落、脱空或形变形态，则根据引水隧道18三维结构图、引水隧道18三维成像图的坐标判断裂缝、渗水、漏水、剥落、脱空或形变形态在引水隧道18中的具体位置。
[0038] 上述技术方案中，当引水隧道18中的水流过小无法带动检测器密封仓1移动时，步骤2中处理器2向第二步进电机12发射控制信号，通过控制第二步进电机12带动旋转桨14转动，从而提供检测器密封仓1的前进动力。所述旋转桨14转动使检测器密封仓1在引水隧道18中的航速为1.0m/s。保证1秒钟拍一张照片。
[0039] 上述技术方案中，所述权利要求3中全景摄像机3拍摄全景影像的同时，处理器2控制频闪灯4点亮。频闪灯4用于进行环境补光，提高引水隧道18全景影像的清晰度。
[0040] 本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
