基于激光多普勒测振的外墙保温层空鼓检测方法及装置

本发明属于振动力学、损伤力学以及激光检测，尤其涉及基于激光多普勒测振的外墙保温层空鼓检测方法及装置。

背景技术：

1、随着城市化发展的不断推进，目前的既有建筑中，绝大部分房屋已经使用了外墙外保温系统，但是建筑外墙外保温层受不同地域气候环境、施工条件、材料质量等因素会导致保温层出现不同程度的空鼓、开裂、渗水甚至脱落等问题，致使建筑等结构达不到设计时的保温效果，严重时会造成大面积保温材料的脱落，导致人员伤亡以及财产损失。因此保温材料的定期健康检测引起环保行业高度重视。

2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中人工检测误差大，效率慢，高空作业危险，而且现有技术红外热成像检测易受检测环境和气候的影响，且较难做到保温材料空鼓的精确识别。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了基于激光多普勒测振的外墙保温层空鼓检测方法及装置。具体涉及一种通过激光多普勒测振系统的外墙保温层空鼓无损检测技术。

2、所述技术方案如下：基于激光多普勒测振的外墙保温层空鼓检测方法，包括以下步骤：

3、s1，按照相应尺寸对建筑墙壁涂抹的保温层表面模拟划分等间距的测量网格；

4、s2，基于划分的不同测量网格，将保温层背后划分成不同面积大小的未黏贴区域，模拟保温层不同空鼓构件；

5、s3，利用激光多普勒无损测振仪对不同空鼓构件进行矩阵式打点测量，检测不同空鼓构件的振动特性；

6、s4，通过采集系统在电脑上收集到数据，整理并分析检测数据，判定不同空鼓构件中空鼓的位置定位以及空鼓大小。

7、在步骤s1中，模拟划分等间距的测量网格包括：根据需要取δx,δy划分测量网格。

8、在步骤s2中，不同空鼓构件包括健康构件以及多个空鼓构件。

9、在步骤s3中，利用激光多普勒无损测振仪对不同空鼓构件进行矩阵式打点测量时还需进行：

10、旋转激光多普勒无损测振仪的光学遮光板，将氦氖激光束对准检测试样，根据信号强度指示条调节焦圈聚焦，选择速度量程和低通滤波器量程，在光电探测器产生高频载波信号；照在目标上，并同时收集反射光，通过解调基于激光多普勒效应的频移信号，得出目标的振动速度量。

11、在步骤s3中，对不同空鼓构件进行矩阵式打点测量包括：改变不同空鼓构件的空鼓大小，进行矩阵打点，对划分的不同测量网格中的每个网格进行测量，收集振动时程曲线。

12、在一个实施例中，收集振动时程曲线是将振动时程曲线进行快速傅里叶变换得到相应振动频谱曲线；具体包括：

13、任意外界激励力f(t)为周期t趋于无限大的外界激励力，相邻频率的间隔δω＝2π/t为无限小量，频率在区间(-∞，∞)上接近于连续分布；当δω→0时，离散变量ωn转变为连续改变的频率变量ω，频谱函数的表达式为：

14、

15、式中，f(t0为外界激励力，φ(ω)为外界激励力f(t)的连续频谱函数，ω为角频率变量，t为时间变量，i为复变函数中虚数单位，eiωt为以自然常数e为底的指数函数；

16、令上下限中的周期t趋于无限大，外界激励力f(t)的傅里叶变换式为：

17、

18、式中，φ(ω)为外界激励力f(t)的连续频谱函数；

19、将傅里叶变换嵌入vibsoft软件，通过vibsoft软件进行数据分析处理，将不同空鼓构件的振动基频值控制在50hz，记录不同空鼓构件的一阶、二阶、三阶频率。

20、在一个实施例中，通过vibsoft软件进行数据分析处理包括：通过健康构件、多个空鼓构件测得的一阶、二阶、三阶频率，分析空鼓大小对整体eps板振动频率的影响，进而分析保温层空鼓位置和空鼓面积大小。

21、在一个实施例中，所述健康构件每个单元网格为a0(i,j)，i为横坐标，j为纵坐标；不同工况下保温层的单元网格分别设成a1(i,j),a2(i,j),a3(i,j)，用健康构件a0(i,j)分别减去各自工况下保温层单元网格an(i,j),表达式为：a0(i,j)-an(i,j)；通过健康构件和不同空鼓大小中每个测量单元网格的一阶振动频率的差值分析确定空鼓位置。

22、本发明的另一目的在于提供一种基于激光多普勒测振的外墙保温层空鼓检测装置，实施所述的基于激光多普勒测振的建筑外墙保温层检测方法，该装置包括：

23、激光多普勒无损测振仪，用于对不同空鼓构件进行矩阵式打点测量，进行对比分析不同空鼓构件固有振动特性，检测判定不同空鼓构件中空鼓的位置定位以及空鼓大小。

24、所述激光多普勒无损测振仪安装在装配平台上，所述装配平台的下端安装有三脚架；所述激光多普勒无损测振仪通过数字音频电缆分别连接vib20数据采集仪和电源适配器，所述电源适配器还连接有锂电池电源。

25、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于激光多普勒测振的建筑外墙保温层的检测方法，选取一面建筑墙壁，用水泥砂浆将三张相同的聚苯乙烯泡沫塑料板粘贴在墙壁上，将保温层空鼓近似假设成不同面积大小的未黏贴区域，模拟外墙保温层不同空鼓的工况，用激光多普勒无损测振仪进行矩阵打点获取检测对象的振动特性，分析其检测位置的模态数据，分析脱空对结构模态数据的影响规律，进而通过检测对象模态数据的变化规律实现墙体保温层材料的脱空检测以及量化评估，可为实际工程中提供一种检测方便、实际有效、可行性强的保温层材料的无损检测技术。

26、相比于现有技术，激光多普勒测振系统的重量轻，方便携带，具有测量精度高、空间分辨力高、动态响应快、非接触测量等优点，适用于复杂环境中的振动测量。进行室内相似材料的保温层脱落模型试验，通过vibsoft软件进行数据分析处理，将收集到的试样的振动时程曲线，通过傅里叶变换得到试样的振动频谱曲线，通过频谱曲线可以看出试样处于低频振动状态下，各组试样的振动基频值全部控制在50hz以内，记录其一阶、二阶、三阶频率，通过健康构件(不含空鼓)与含空鼓构件进行对比分析其固有振动特性，进而初步检测判定保温层空鼓的位置定位以及空鼓大小的定量化分析。对照健康构件，发现含有空鼓的试样其振动频率呈现下降趋势，空鼓面积与其振动频率呈反比，如图8所示；本实验的分析成果能对外墙外保温层的质量进行快速有效的检测与评估，具有较大的社会意义。

27、作为本发明的积极效果，还体现在以下几个重要方面：

28、(1)激光多普勒测振是一种可获取最佳位移和速度分辨率的远程测振方法，易测量物体固有振动频率，具有非接触式、高精度检测、高空间分辨率、动作响应快、检测程序简便等优点。可大大减少人力，物力和时间。基于振动的损伤识别技术由于振动信号易于测量和采集，检测设备简便可携带，而且检测过程无需中断结构的正常运行或需要特定的激励设备，因此具有很高的应用价值；

29、(2)激光多普勒测振目前应用于梁结构、复合材料、石油管道等损伤检测、斜拉桥的索力测试、地基土划分、震害预测、边坡防护、机械领域以及危岩安全监测和滑坡的安全稳定性评价中等方面，但激光多普勒测振方法应用于保温层结构的无损检测还鲜有报道；

30、(3)当前，国内外常用传统的建筑外墙保温层检测方法包括拉拔法、人工敲击法和红外热像法，其中采用拉拔法检测时，破坏结构的整体性，对结构造成一定的损伤，为微损检测方式，且该方法检测效率低、检测困难；人工敲击法过多依赖检测人员的主观判断，检测时需要接触机械设备，检测程序复杂，且检测结果不全面有遗漏、危险性高；红外热像法可实现大面积的普查式保温材料的健康检测，但是该检测方法易受检测环境和气候的影响，且较难做到保温材料损伤的精确识别，故在实际应用中具有较大局限性；以上传统的保温层材料健康检测方法在一定程度上只能检测一些表面损伤或者易于发现的损伤，导致保温层材料背后空鼓损伤难以检测。根据损伤力学、振动力学，工程结构可被认为由刚度、质量、阻尼等物理参数组成的力学系统，当结构出现损伤时，结构刚度特性随之发生变化。激光多普勒测振可根据固有振动频率的变化，来检测保温层背后的损伤状态，初步实现保温层材料空鼓的位置定位以及空鼓大小的定量化分析与评价。