一种钻孔电视成像仪校准装置及方法

摘要

一种钻孔电视成像仪校准装置及方法。装置包括旋转台、倾斜台、标定桶支架、标定桶、陀螺仪、控制箱和笔记本电脑；倾斜台的下端固定在旋转台的上端；标定桶支架的下端固定在倾斜台的上端，标定桶支架的上端固定有标定桶；陀螺仪安装在标定桶支架的底部；控制箱分别与旋转台、倾斜台、陀螺仪及笔记本电脑电连接。本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置及方法具有如下有益效果：校准装置系统化集成度高，实现了钻孔电视成像仪倾角、方位角、线宽分辨力以及线宽示值误差的校准功能，试验过程中无须重复拆卸、连接测试设备，易于实现，具有良好的应用效果和推广价值。

说明书

技术领域

本发明属于交通水运工程计量校准技术领域，特别涉及一种钻孔电视成像仪校准装置及方法。

背景技术

桩基是一种常见的深基础，在水运工程领域中有着广泛的应用，是水工建筑物结构的主要承重部分，其质量直接关系到结构的适用安全性及长久性。然而桩基是隐蔽工程，其质量的评价、判定必须采用专业的检测手段。目前，桩身检测方法有静载试验法、声波透射法、钻芯法、高应变法、低应变法等，当前各种检测方法的检测数据存在争议，钻芯法是最有效的验证方法。钻孔电视成像仪常用于钻孔取芯验证，可用于观察混凝土内空洞、裂隙、离析等缺陷的位置及程度，观测预应力管桩桩内的各种异常和缺陷，查看接头情况，定量分析桩身质量。然而，长时间作业环境的变化以及仪器本身老化，将会导致该仪器计量性能发生变化，致使测量结果出现较大偏差。因此，定期对钻孔电视成像仪的计量性能进行校准尤为重要。目前我国尚未有专门针对钻孔电视成像仪的专用校准装置的相关技术报导，若未经准确计量的钻孔电视成像仪应用在桩身检测中，势必会给工程带来极大安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种钻孔电视成像仪校准装置及方法。

为了达到上述目的，本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置包括旋转台、倾斜台、标定桶支架、标定桶、陀螺仪、控制箱和笔记本电脑；其中，倾斜台的下端固定在旋转台的上端；标定桶支架的下端固定在倾斜台的上端，标定桶支架的上端固定有标定桶；陀螺仪安装在标定桶支架的底部；控制箱分别与旋转台、倾斜台、陀螺仪及笔记本电脑电连接；被测钻孔电视成像仪包括彼此相连的钻孔电视成像仪主机和钻孔电视成像仪探头，其中钻孔电视成像仪探头固定在标定桶上。

所述旋转台包括旋转控制电机、旋转盘、旋转台底座、第一蜗轮、第一蜗杆和第一联轴器；其中旋转台底座为上端呈开口状的盒体；旋转控制电机安装在旋转台底座的外侧面上，输出轴贯穿旋转台底座的侧面后通过第一联轴器与第一蜗杆的一端相连接；旋转盘以转动方式安装在旋转台底座的内部底面上，并且圆周面上设有第一蜗轮；第一蜗杆与第一蜗轮相啮合。

所述倾斜台包括倾斜控制电机、倾斜滑块、倾斜台底座、第二蜗轮、第二蜗杆、第二联轴器和弧形滚珠导轨；其中倾斜台底座固定在旋转台的旋转盘；倾斜控制电机安装在倾斜台底座的外侧面中部，输出轴贯穿倾斜台底座的侧面后通过第二联轴器与第二蜗杆的一端相连接；两个弧形滚珠导轨以平行的方式安装在第二蜗杆的两侧部位；倾斜滑块的顶面安装标定桶支架，底面呈弧面形，底面两侧部位分别安装在两个弧形滚珠导轨上，底面中部设有第二蜗轮，并且第二蜗轮与第一蜗轮相啮合。

所述标定桶包括探头夹具、螺丝、支撑架、圆桶和线宽标定板；其中，支撑架的下端固定在标定桶支架的上端；圆桶的底面呈封闭状，圆周面和顶面上分别形成有一个开口，底面中部固定在支撑架的上端；探头夹具的下端固定在圆桶顶面上的开口外侧部位，用于夹持钻孔电视成像仪探头，并利用螺丝紧固；钻孔电视成像仪探头的下端通过圆桶顶面上的开口插入到圆桶的内部；线宽标定板贴在圆桶的内圆周面上，并且表面上间隔设有多条具有不同宽度且具有线宽标准值的竖直刻度线。

利用权利要求所述钻孔电视成像仪校准装置对钻孔电视成像仪进行校准的方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将钻孔电视成像仪校准装置各部件依次连接，将钻孔电视成像仪探头竖直固定在探头夹具上，将钻孔电视成像仪校准装置通电预热，串口初始化，由笔记本电脑控制旋转台和倾斜台归零位；将钻孔电视成像仪主机通电开机，进行参数设置使倾角示值和倾向示值均为零；

2)将线宽标定板从圆桶圆周面上的开口贴于圆桶的内圆周面上，调整线宽标定板的位置使钻孔电视成像仪主机能够清晰地显示出线宽标定板的图像，观察图像中可识别的线宽标定板上最细竖直刻度线的线宽示值即为线宽分辨力；

3)将线宽标定板上每一条竖直刻度线作为一个线宽校准点，利用钻孔电视成像仪主机从粗到细依次读取线宽标定板上各线宽校准点处的线宽示值，然后结合线宽标准值按照式(1)计算出线宽示值误差，取所有线宽校准点处线宽示值误差中绝对值的最大值作为线宽示值误差校准结果；

ΔL

式中：

ΔL

L——被测钻孔电视成像仪主机在各个线宽校准点处的线宽示值，mm；

L

4)选取-180°，-135°，-90°，-45°，0°，45°，90°，135°和180°作为方位校准点，利用笔记本电脑控制旋转台依次旋转至上述每个方位校准点，分别读取并记录钻孔电视成像仪主机显示的各个校准点处的倾向示值，结合陀螺仪测得的倾向标准参考值按照式(2)计算出方位示值误差，取所有方位校准点处方位示值误差中绝对值的最大值作为方位示值误差校准结果；

Δθ

式中：

Δθ

θ——被测钻孔电视成像仪主机在各个方位校准点处的倾向示值，°；

θ

5)选取-30°，-20°，10°，0°，10°，20°和30°作为倾角校准点，利用笔记本电脑控制倾斜台依次倾斜至上述每个倾角校准点，分别读取并记录钻孔电视成像仪主机显示的各倾角校准点处的倾角示值，结合陀螺仪测得的倾角标准参考值按照式(3)计算出倾角示值误差，取所有倾角校准点处倾角示值误差中绝对值的最大值作为倾角示值误差校准结果；

Δλ

式中：

Δλ

λ——被测钻孔电视成像仪主机在各个倾角校准点处的倾角示值，°；

λ

本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置及方法具有如下有益效果：校准装置系统化集成度高，实现了钻孔电视成像仪倾角、方位角、线宽分辨力以及线宽示值误差的校准功能，试验过程中无须重复拆卸、连接测试设备，易于实现，具有良好的应用效果和推广价值。

附图说明

图1为本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置结构示意图；

图2为本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置中旋转台示意图；

图3为本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置中倾斜台示意图；

图4为本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置中标定桶结构示意图。

图5为本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置构成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置及方法进行详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1、图5所示，本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置包括旋转台10、倾斜台20、标定桶支架30、标定桶40、陀螺仪50、控制箱60和笔记本电脑70；其中，倾斜台20的下端固定在旋转台10的上端；标定桶支架30的下端固定在倾斜台20的上端，标定桶支架30的上端固定有标定桶40；陀螺仪50安装在标定桶支架30的底部；控制箱60分别与旋转台10、倾斜台20、陀螺仪50及笔记本电脑70电连接；被测钻孔电视成像仪包括彼此相连的钻孔电视成像仪主机80和钻孔电视成像仪探头90，其中钻孔电视成像仪探头90固定在标定桶40上。

如图2所示，所述旋转台10包括旋转控制电机101、旋转盘102、旋转台底座103、第一蜗轮104、第一蜗杆105和第一联轴器106；其中旋转台底座103为上端呈开口状的盒体；旋转控制电机101安装在旋转台底座103的外侧面上，输出轴贯穿旋转台底座103的侧面后通过第一联轴器106与第一蜗杆105的一端相连接；旋转盘102以转动方式安装在旋转台底座103的内部底面上，并且圆周面上设有第一蜗轮104；第一蜗杆105与第一蜗轮104相啮合；控制箱60发出指令使旋转控制电机101旋转，由此带动第一联轴器101及第一蜗杆105同步转动，继而第一蜗杆105带动第一蜗轮104旋转，最终使得旋转盘102发生旋转运动。

如图3所示，所述倾斜台20包括倾斜控制电机201、倾斜滑块202、倾斜台底座203、第二蜗轮204、第二蜗杆205、第二联轴器206和弧形滚珠导轨207；其中倾斜台底座203固定在旋转台10的旋转盘102上；倾斜控制电机201安装在倾斜台底座203的外侧面中部，输出轴贯穿倾斜台底座203的侧面后通过第二联轴器206与第二蜗杆205的一端相连接；两个弧形滚珠导轨207以平行的方式安装在第二蜗杆205的两侧部位；倾斜滑块202的顶面安装标定桶支架30，底面呈弧面形，底面两侧部位分别安装在两个弧形滚珠导轨207上，底面中部设有第二蜗轮204，并且第二蜗轮204与第一蜗轮104相啮合；控制箱60发出指令使倾斜控制电机201旋转，由此带动第二联轴器206与第二蜗杆205同步旋转，继而第二蜗杆205带动第二蜗轮204转动，最终使得倾斜滑块202沿弧形滚珠导轨207发生倾斜运动。

如图4所示，所述标定桶60包括探头夹具601、螺丝602、支撑架603、圆桶604和线宽标定板605；其中，支撑架603的下端固定在标定桶支架30的上端；圆桶604的底面呈封闭状，圆周面和顶面上分别形成有一个开口，底面中部固定在支撑架603的上端；探头夹具601的下端固定在圆桶604顶面上的开口外侧部位，用于夹持钻孔电视成像仪探头90，并利用螺丝602紧固；钻孔电视成像仪探头90的下端通过圆桶604顶面上的开口插入到圆桶604的内部；线宽标定板605贴在圆桶604的内圆周面上，并且表面上间隔设有多条具有不同宽度且具有线宽标准值的竖直刻度线。

所述陀螺仪70的倾角测量精度优于0.01°，倾向稳定度优于0.06°/h。

本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置的倾斜测量范围为±35°，倾斜测量精度优于0.01°，倾向测量范围为±180°，倾向测量精度优于0.1°，线宽测量范围0.02-10mm，线宽最大允许误差为±0.005mm。

现将本发明提供的钻孔电视成像仪校准装置的工作原理阐述如下：

工作时，将钻孔电视成像仪探头90与钻孔电视成像仪主机80连接，利用标定桶60上的探头夹具601夹持住钻孔电视成像仪探头90的中部并拧紧螺丝602，并使钻孔电视成像仪探头90垂直于地面，同时将钻孔电视成像仪探头90的下端通过圆桶604顶面上的开口插入到圆桶604的内部。将控制箱60与陀螺仪50、旋转台10、倾斜台20及笔记本电脑70连接。打开钻孔电视成像仪主机80，清零设置使钻孔电视成像仪探头90的倾角和倾向示值均为0°。控制箱60通电，打开笔记本电脑70，控制使旋转台10和倾斜台20归零位。读取钻孔电视成像仪主机80显示的图像中线宽标定板605上竖直刻度线的线宽示值，并与线宽标定板605上竖直刻度线的线宽标准值比较得到线宽示值误差。观察钻孔电视成像仪主机80显示的图像中线宽标定板605上最细竖直刻度线的线宽示值即为线宽分辨力。通过笔记本电脑70控制旋转台10旋转和倾斜台20按照一定角度值倾斜变化来分别模拟桩基础钻孔的倾向和倾角，将陀螺仪50测量的倾向值和倾角值作为标准参考值，将钻孔电视成像仪主机80显示的倾角示值和倾向示值分别与陀螺仪50测得的倾角、倾向标准参考值比较得到倾角示值误差和方位示值误差。

利用上述钻孔电视成像仪校准装置对钻孔电视成像仪进行校准的方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将钻孔电视成像仪校准装置各部件依次连接，将钻孔电视成像仪探头90竖直固定在探头夹具601上，将钻孔电视成像仪校准装置通电预热，串口初始化，由笔记本电脑70控制旋转台10和倾斜台20归零位；将钻孔电视成像仪主机80通电开机，进行参数设置使倾角示值和倾向示值均为零；

2)将线宽标定板605从圆桶604圆周面上的开口贴于圆桶604的内圆周面上，调整线宽标定板605的位置使钻孔电视成像仪主机80能够清晰地显示出线宽标定板605的图像，观察图像中可识别的线宽标定板605上最细竖直刻度线的线宽示值即为线宽分辨力；

3)将线宽标定板605上每一条竖直刻度线作为一个线宽校准点，利用钻孔电视成像仪主机80从粗到细依次读取线宽标定板605上各线宽校准点处的线宽示值，然后结合线宽标准值按照式(1)计算出线宽示值误差，取所有线宽校准点处线宽示值误差中绝对值的最大值作为线宽示值误差校准结果；

ΔL

式中：

ΔL

L——被测钻孔电视成像仪主机80在各个线宽校准点处的线宽示值，mm；

L

4)选取-180°，-135°，-90°，-45°，0°，45°，90°，135°和180°作为方位校准点，利用笔记本电脑70控制旋转台10依次旋转至上述每个方位校准点，分别读取并记录钻孔电视成像仪主机80显示的各个校准点处的倾向示值，结合陀螺仪50测得的倾向标准参考值按照式(2)计算出方位示值误差，取所有方位校准点处方位示值误差中绝对值的最大值作为方位示值误差校准结果；

Δθ

式中：

Δθ

θ——被测钻孔电视成像仪主机80在各个方位校准点处的倾向示值，°；

θ

5)选取-30°，-20°，10°，0°，10°，20°和30°作为倾角校准点，利用笔记本电脑70控制倾斜台20依次倾斜至上述每个倾角校准点，分别读取并记录钻孔电视成像仪主机80显示的各倾角校准点处的倾角示值，结合陀螺仪50测得的倾角标准参考值按照式(3)计算出倾角示值误差，取所有倾角校准点处倾角示值误差中绝对值的最大值作为倾角示值误差校准结果；

Δλ

式中：

Δλ

λ——被测钻孔电视成像仪主机80在各个倾角校准点处的倾角示值，°；

λ