基于特种材料频谱的文物构件无损复合感知装置的制作方法

本发明属于文物无损检测技术领域，具体涉及基于特种材料频谱的文物构件无损复合感知装置。

背景技术：

古旧建筑或土木、砖木、石木结构建造奇巧，一些老屋古宅的构件如鹊替、牛腿、门窗、家具等为或石质或木质，设计新颖、雕凿精美，具有较高的保护价值，构件的偷盗事件时有发生。但是由于文物构件数量多，仅依靠安装监控器来人工远程监控需要较大的人力和财力支撑，因此乡村老宅精美的文物构件多依赖于当地村民自行看管巡防，保护力度有待加强。

无损检测技术是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，利用物质中因有缺陷或组织结构上的差异存在而会使其某些物理性质的物理量发生变化的现象，以不使被检查物使用性能和形态受到损伤为前提，通过一定的检测手段来测试、显示和评估这些变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件等被测物的性质、状态或内部结构等所采用的检查方法。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供基于特种材料频谱的文物构件无损复合感知装置。

本发明的技术方案如下：

基于特种材料频谱的文物构件无损复合感知装置，包括：

实体探测模块，用于获得文物构件的位置信息；

特征采集模块，用于获得文物构件的特征频谱；

主控模块，包括用于控制实体探测模块和特征采集模块工作的控制模块和分析模块，所述分析模块包括第一分析模块和第二分析模块，所述第一分析模块用于将获得的文物构件位置信息与登记的位置信息作对比，若判断与先前位置信息不一致则输出第一报警信号；所述第二分析模块用于将获得的文物构件特征频谱与登记的特征频谱作对比，若判断与登记的特征频谱不一致则输出第二报警信号；

通信模块，与主控模块电连接，用于与后台模块进行通信、收发数据；

后台模块，接收第一报警信号和第二报警信号并向管理员发送报警信息。

进一步的，所述的基于特种材料频谱的文物构件无损复合感知装置还包括通过支架固定设置在文物构件一侧的检测头，所述实体探测模块和所述特征采集模块设置在支架上，所述实体探测模块包括可发射和接收超声波的超声波探头，所述特征采集模块包括红外摄像头和可发射、接收x射线的x射线头。

进一步的，所述的基于特种材料频谱的文物构件无损复合感知装置还包括设置在支架底部和检测头上的防拆结构，所述防拆结构包括与主控模块电连接的防拆开关，防拆开关一旦弹起，主控模块迅速通过通信模块向后台模块发出动作报警信号。

进一步的，所述的基于特种材料频谱的文物构件无损复合感知装置还包括本地存储模块，所述文物构件登记的位置信息、获得的文物构件位置信息、登记的特征频谱与得的文物构件特征频谱均存储在所述本地存储模块中，并通过通信模块定时向后台模块备份以及同步。

进一步的，文物构件登记的位置信息包括实体探测模块安装调试完成后，通过超声波采集的文物构件与实体探测模块之间的距离；文物构件登记的特征频谱包括特征采集模块安装调试完成后，通过红外摄像头采集文物构件的照片和通过x射线采集的文物构件的主量、微量和痕量元素含量。

进一步的，所述实体探测检测模块与特征采集模块可按照预设的路径以巡航模式采集文物构件的位置信息和特征频谱。

进一步的，每隔t1时间，实体探测模块获得文物构件的位置信息，每隔t2时间，特征采集模块采集文物构件的照片和特征频谱；主控模块控制第二分析模块和特征采集模块仅在实体探测模块以及第一分析模块做出与文物构件登记的位置信息一致的判断后投入工作。

进一步的，主控模块判断本次获取的文物构件的位置信息与登记的位置信息，若第一分析模块判断位置与文物构件先前的登记的位置信息，若不一致则发出第一报警信号；若第一分析模块判断位置与文物构件先前的登记的位置信息一致则第二分析模块比较红外摄像头采集的文物构件的照片；若本次采集的文物构件照片与先前登记的特征频谱中的照片不一致则发出第二报警信号，若一致则分析x射线采集的主量、微量和痕量元素含量与先前登记的特征频谱是否一致，若不一致时发出第三报警信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过超声波定位技术分析文物构件的位置是否变化或被盗，通过特征采集模块来采集外形以及测量文物不同构件的主量、微量和痕量元素含量，并通过主控模块判断是否被损坏或掉包；该装置探测灵敏度高，可实时监控并记录分析各构件频谱数据，异常频谱可精确的识别出构件坐标并报警，解决传统的古建筑构件检测方法，如目视鉴别、敲击、直尺测量、应力波、涡流热声技术等检测效率低，不能实现完全无损检测，更不能频谱检测分析，对于构件丢失、盗取、掉包等情况不能辨别报警的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的应用示意图。

图中，检测头-1、支架-2、文物构件-3。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

基于特种材料频谱的文物构件3无损复合感知装置，包括：

实体探测模块，用于获得文物构件3的位置信息；

特征采集模块，用于获得文物构件3的特征频谱；

主控模块，包括用于控制实体探测模块和特征采集模块工作的控制模块和分析模块，所述分析模块包括第一分析模块和第二分析模块，所述第一分析模块用于将获得的文物构件3位置信息与登记的位置信息作对比，若判断与先前位置信息不一致则输出第一报警信号；所述第二分析模块用于将获得的文物构件3特征频谱与登记的特征频谱作对比，若判断与登记的特征频谱不一致则输出第二报警信号；

通信模块，与主控模块电连接，用于与后台模块进行通信、收发数据；

后台模块，接收第一报警信号和第二报警信号并向管理员发送报警信息。

进一步的，如图1所示，所述的基于特种材料频谱的文物构件3无损复合感知装置还包括通过支架2固定设置在文物构件3一侧的检测头1，所述实体探测模块和所述特征采集模块设置在支架2上，所述实体探测模块包括可发射和接收超声波的超声波探头，所述特征采集模块包括红外摄像头和可发射、接收x射线的x射线头；红外摄像头定时拍照后经通信模块传送给后台模块备份，同时主控模块将本次红外摄像头拍照与上一次的拍照图像进行比对，x射线头定时采集的文物构件3的频谱，经通信模块传送给后台模块备份，同时主控模块将本次采集的文物构件3的频谱与上一次的频谱比较。图像的比对主要为获取文物构件3的外轮廓，通过比对外轮廓的残缺来判断文物构件3是否受损；通过x射线频谱能够分析出文物构件3的主量、微量和痕量元素含量，通过比较前后两次元素含量的是否变化来判断文物构件3是否被掉包；红外摄像头、x射线源和用于超声测距的超声波测距仪采用现有技术中的模块化元件即可，图像的轮廓识别和对比以及x射线频谱图中元素的类型和种类的判定均为现有技术；x射线检测相比于红外光谱检测元件更加的便宜，因此考虑到文物构件3的数量繁多，本申请中采用成本更低的x射线频谱技术来进行文物构件3元素含量和种类的分析。

需要说明的是，由于文物构件3包括安装在房屋建筑各处的构件，因此支架2要做出适应性的调整，使得检测头1能够适应墙面或地面的屋顶的安装；主控模块和通信模块也可以设置在检测头1中，或是另外的再在支架2上设置中控盒来进行安装。

进一步的，所述检测头1正对文物构件3设置，使得特征采集模块能够尽可能大面积的对文物构件3进行拍摄、更多的采集到文物构件3的特征。

进一步的，所述的基于特种材料频谱的文物构件3无损复合感知装置还包括设置本地声光报警器，可在接收到来自主控模块或后台模块的本地报警信号后发生闪光和声音提醒当地看护人员以及威慑盗窃人员。

进一步的，所述的基于特种材料频谱的文物构件3无损复合感知装置还包括设置在支架2底部和检测头1上的防拆结构，所述防拆结构包括与主控模块电连接的防拆开关，防拆开关安装在检测头1紧贴支架2的一侧以及支架2的安装面上，防拆开关一旦弹起，主控模块迅速通过通信模块向后台模块发出动作报警信号，后台通过无线向用户终端如手机发送信息或拨打电话，同时本地报警器也可在此时工作，提醒无损复合感知装置正在被拆除，看护人员需前往核实和查看。

进一步的，所述的基于特种材料频谱的文物构件3无损复合感知装置还包括本地存储模块，所述文物构件3登记的位置信息、获得的文物构件3位置信息、登记的特征频谱与得的文物构件3特征频谱均存储在所述本地存储模块中，并通过通信模块定时向后台模块备份以及同步；实体探测模块和特征采集模块可设置为每6小时或12小时进行一次特征的采集，也可设置为其他的采集频率；本地存储模块采用循环覆盖的存储模式，保证设置的长时间运行。

进一步的，文物构件3登记的位置信息包括实体探测模块安装调试完成后，通过超声波采集的文物构件3与实体探测模块之间的距离；文物构件3登记的特征频谱包括特征采集模块安装调试完成后，通过红外摄像头采集文物构件3的照片和通过x射线采集的文物构件3的主量、微量和痕量元素含量；在检测头1调试安装完成后，检测头1与文物构件3的相对位置已经固定，需要首先进行第一次采样来获得文物构件3的初始的位置信息以及特征频谱，作为后续文物构件3监控过程中获得的位置信息和特征频谱的对比参照数据。

进一步的，所述实体探测检测模块与特征采集模块可按照预设的路径以巡航模式采集文物构件3的位置信息和特征频谱。

进一步的，每隔t1时间，实体探测模块获得文物构件3的位置信息，每隔t2时间，特征采集模块采集文物构件3的照片和特征频谱；主控模块控制第二分析模块和特征采集模块仅在实体探测模块以及第一分析模块做出与文物构件3登记的位置信息一致的判断后投入工作；t1时间和t2的时间可以设置为3小时、6小时、12小时、18小时、24小时甚至更长的时间间隔，t1和t2的时间间隔可以相同或不同，但t1的采用间隔需小于t2的采样间隔，这是因为实体探测模块基于多点超声测距技术，该技术成熟且设备成本低，取得的数据仅为距离数值，便于计算对比。

进一步的，主控模块判断本次获取的文物构件3的位置信息与登记的位置信息，若第一分析模块判断位置与文物构件3先前的登记的位置信息，若不一致则发出第一报警信号；若第一分析模块判断位置与文物构件3先前的登记的位置信息一致则第二分析模块比较红外摄像头采集的文物构件3的照片；若本次采集的文物构件3照片与先前登记的特征频谱中的照片不一致则发出第二报警信号，若一致则分析x射线采集的主量、微量和痕量元素含量与先前登记的特征频谱是否一致，若不一致时发出第三报警信号。

本发明还提出了一种基于特种材料频谱的文物构件3无损复合感知方法，包括以下步骤：

s1测量文物构件3的位置信息并与上一次位置信息做比对，若与上次位置信息不一致且差距悬殊，则判定该文物构件3被盗、并报警；若与上次位置信息一致或变动较小则进入s2；

s2通过图像采集技术获得文物构件3的外形，基于图像分析技术判断文物构件3的外形变化，若与上次的图像信息不一致且差距较大则判定该文物构件3受损、并报警；若与上次图像信息一致则进入s3；

s3通过x射线获得文物构件3的特征频谱，并根据特征频谱获得文物构件3中包含的主量、微量和痕量元素含量；若与之前初始登记的特征频谱不一致则判定文物被掉包、并报警。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。