一种采用无人机的外墙平均传热系数检测装置及检测方法

1.本发明涉及涉及外墙传热系数检测领域，具体为一种采用无人机的外墙平均传热系数检测装置及检测方法。


背景技术：

2.既有建筑的节能改造有利于建筑舒适性的提高，其中既有建筑的外墙传热系数是节能改造中的重要部分。外墙的传热系数是建筑节能工程施工质量验收的一项重要技术指标，外墙的保温隔热性能主要是由其传热系数决定的，墙体传热系数在检测时通常采用热流计法和热箱法。红外热像仪能够准确且快速地测量物体表面温度，是无接触测量的一种，因此它在测量物体表面温度时不会引起物体温度的改变，具有安全、快速、可靠、方便等优势，广泛应用于电力、石油、化工、建筑、医疗等领域。然而，现有的外墙传热系数测量装置存在一些问题，例如：
3.1.无法对高大墙体进行测量，例如对高层建筑外墙或整面高大墙体的传热系数的测量；
4.2.粘贴热流计会造成墙体损坏，并且测量时间较长，在实际应用中有诸多不便；
5.3.热流计法和热箱法的检测以点带面，无法反映外墙实际传热系数情况。
6.因此，针对上述问题，我们提出一种便于携带的采用无人机的外墙平均传热系数检测装置。


技术实现要素：

7.针对上述情况，为弥补上述现有缺陷，本发明提供了一种使用无人机搭载红外热成像仪，可以测量外墙平均传热系数的装置，能够测量高大墙体的平均传热系数，并且在较短时间内完成测量工作，较准确的反映墙体实际传热系数情况的外墙平均传热系数检测装置及检测方法。
8.本发明提供如下的技术方案：本方案提供的一种采用无人机主体的外墙平均传热系数检测装置，包括无人机主体、红外热成像仪、数据处理装置和激光测距传感器，所述和数据处理装置安装于无人机主体上端，所述无人机主体下端安装有吊舱，所述红外热成像仪通过吊舱安装于无人机主体上，所述激光测距传感器安装于无人机主体下部，所述无人机主体适配有无人机遥控器，所述无人机遥控器上设有显示屏、操作按钮和发射器，所述无人机主体上安装有与发射器相适配的接收器，所述无人机遥控器用于控制无人机主体的飞行动作，同时接受任务指令并回传数据，所述数据处理装置内设有计算模块、输入模块和输出模块。
9.其中，所述无人机主体上安装有gps模块定位系统、通信系统和控制系统，所述gps模块定位系统用于控制无人机主体悬停在预设的房屋外墙的中心点处。
10.其中，所述红外热成像仪配备有红外镜头、红外探测器组件、数据传输设备和判断模块，通过红外镜头能够将外墙的红外辐射集聚到红外探测器上，使红外探测组件的在短
时间内完成外墙各点温度的测量，而后通过数据传输设备测得的温度传输至数据处理装置，并通过数据处理装置将测量数据和接受输入的数据并进行计算，得到墙体的平均传热系数。
11.其中，所述激光测距传感器设有两组，两组所述激光测距传感器分别设于无人机主体下底部的前后两端，通过前后布置的激光测距传感器，可以测量无人机主体悬停后距地距离，以确保无人机主体与待测墙面垂直继而保证红外热成像仪与待测墙面水平同时对无人机主体的飞行路径进行检测。
12.进一步地，通过所述接收器还能够接收墙面平均传热系数的计算结果。
13.进一步地，所述显示屏用于显示最终测量外墙平均传热系数的结果，和无人机主体的飞行数据与红外热成像仪拍摄的图形数据。
14.其中，所述吊舱上端设有缓冲组件，所述吊舱通过缓冲组件与无人机主体安装，所述吊舱下端设有安装架，所述红外热成像仪通过安装架与吊舱安装，所述红外热成像仪上设有红外摄像头。
15.一种采用无人机的外墙平均传热系数检测装置的检测方法，具体包括下列步骤：
16.步骤一：根据现场实测墙体高度和宽度数据设定无人机主体飞行高度和水平位置，现场实测室内外空气温度和查询到的围护结构外面表热阻在数据处理设备中输入室内空气温度ti、室外空气温度t
wo
和围护结构外面表热阻rw；
17.步骤二：通过无人机遥控器遥控发出飞行指令传输至无人机主体安装的gps模块定位系统中，由无人机主体安装的gps模块定位系统控制无人机主体悬停至所设定的位置，以确保红外成像仪位置居中且拍摄完整；
18.步骤三：通过后布置的激光测距传感器进行测距得到距离a、b，并根据结果控制无人机主体悬停角度，以确保红外热成像仪与待测墙面水平；
19.步骤四：由无人机遥控器控制红外热成像仪对既有建筑外墙面进行连续拍摄，设定红外热成像仪自动划分网格并得到各网格的平均温度；
20.步骤五：温度传入判断模块中，与外墙主体部分温度相差20％及以上部分网格认定为热桥所在区域如图3中b1、b2、b3等，其他区域为外墙主体区域p，热桥区域部分温度分别选取多次连续拍摄的平均值，外墙主体部分温度选取主体部分多次连续拍摄的平均值；
21.步骤六：由红外热成像仪中的数据传输设备输出热桥b1、b2、b3面积所占网格数以及对应的温度t
wo
、外墙主体p所占网格数和对应的温度t
wo
，数据处理设备根据已有的设定数据进行数据处理，根据式(1)得到外墙主体部分的传热系数k
p
及热桥各部分传热系数k
b1
、k
b2
和k
b3
；
[0022][0023]rw
——围护结构外表面换热阻，(m2·
℃)/w，按照《民用建筑热工设计规范》的规定取值；
[0024]
ti——室内空气温度为，℃；
[0025]
to——室外空气温度，℃；
[0026]
t
wo
——围护结构外表面温度，℃；
[0027]
步骤七：根据外墙的实测数据室内空气温度ti、室外空气温度to及网格划分个数和
各部分所占比例，得到外墙主体面积fp、热桥b1面积fb1、热桥b2面积fb2、热桥b3面积fb3，经数据处理装置3使用步骤6中计算得到的k
p
、k
b1
、k
b2
和k
b3
，通过式(2)计算得到外墙平均传热系数，并输出外墙平均传热系数至无人机遥控器的显示屏上；
[0028][0029]kp
——外墙主体墙的传热系数，w/(m2·
k)；
[0030]fp
——外墙主体墙部位的面积，m2；
[0031]kb1
、k
b2
、k
b3
——外墙各周边热桥的传热系数w/(m2·
k)
[0032]fb1
、f
b2
、f
b3
——外墙各周边热桥部位的面积，m2；
[0033]
步骤八：对于超高层建筑，红外热成像仪无法在有效距离内一次性囊括所以外墙墙面，按照1-30m、31-60m、61-90m等方式分段测量。
[0034]
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明一种采用无人机的外墙平均传热系数检测装置及检测方法，其优点在于：通过无人机，可以完成测量已有高大建筑外墙平均传热系数的任务；通过两个前后布置的激光测距传感器，可以确保红外热像仪拍摄时与待测墙面水平；通过在无人机上安装gps定位模块，可以使无人机具有定点悬停的能力，从而保证红外热像仪在拍摄时处于外墙的中心，进而保证测量结果的准确性；通过在无人机上安装数据处理装置，可以完成收集红外热像仪测量数据，并根据输入的室内温度进行数据处理，得到外墙平均传热系数。
附图说明
[0035]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0036]
图1为本发明的无人机整体结构示意图；
[0037]
图2为本发明的无人机测量示意图；
[0038]
图3为本发明的网格划分示意图；
[0039]
图4为本发明的吊舱结构意图；
[0040]
图5为本发明的激光测距传感器的位置示意图；
[0041]
图6为本发明的测量流程示意图；
[0042]
图7为本发明的测量外墙平均传热系数的控制流程图；
[0043]
图8为本发明的数据处理装置的控制原理示意图。
[0044]
其中，1、无人机主体，2、红外热成像仪，3、数据处理装置，4、gps模块定位系统，5、显示屏，6、操作按钮，7、激光测距传感器，8、吊舱，9、发射器，10、缓冲组件，11、安装架，12、红外摄像头。
具体实施方式
[0045]
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。
[0046]
需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0047]
如图1～8所示，本发明提供如下的技术方案：本方案提供的一种采用无人机的外墙平均传热系数检测装置及检测方法，包括无人机主体1、红外热成像仪2、数据处理装置3和激光测距传感器7，和数据处理装置3安装于无人机主体1上端，无人机主体1下端安装有吊舱8，红外热成像仪2通过吊舱8安装于无人机主体1上，激光测距传感器7安装于无人机主体1下部，无人机主体1适配有无人机遥控器，无人机遥控器上设有显示屏5、操作按钮6和发射器9，无人机主体1上安装有与发射器9相适配的接收器，无人机遥控器用于控制无人机主体1的飞行动作，同时接受任务指令并回传数据，数据处理装置3内设有计算模块、输入模块和输出模块。
[0048]
其中，无人机主体1上安装有gps模块定位系统4、通信系统和控制系统，gps模块定位系统4用于控制无人机主体1悬停在预设的房屋外墙的中心点处。
[0049]
其中，红外热成像仪2配备有红外镜头、红外探测器组件、数据传输设备和判断模块，通过红外镜头能够将外墙的红外辐射集聚到红外探测器上，使红外探测组件的在短时间内完成外墙各点温度的测量，而后通过数据传输设备测得的温度传输至数据处理装置3，并通过数据处理装置3将测量数据和接受输入的数据并进行计算，得到墙体的平均传热系数，
[0050]
其中，激光测距传感器7设有两组，两组激光测距传感器7分别设于无人机主体1下底部的前后两端，通过前后布置的激光测距传感器7，可以测量无人机主体1悬停后距地距离，以确保无人机主体1与待测墙面垂直继而保证红外热成像仪2与待测墙面水平同时对无人机主体1的飞行路径进行检测。
[0051]
其中，通过接收器还能够接收墙面平均传热系数的计算结果。
[0052]
其中，显示屏5用于显示最终测量外墙平均传热系数的结果，和无人机主体1的飞行数据与红外热成像仪2拍摄的图形数据。
[0053]
其中，吊舱8上端设有缓冲组件10，吊舱8通过缓冲组件10与无人机主体1安装，吊舱8下端设有安装架11，红外热成像仪2通过安装架11与吊舱8安装，红外热成像仪2上设有红外摄像头12。
[0054]
具体使用时，根据现场实测墙体高度和宽度数据设定无人机主体1飞行高度和水平位置，现场实测室内外空气温度和查询到的围护结构外面表热阻在数据处理设备中输入室内空气温度ti、室外空气温度t
wo
和围护结构外面表热阻rw；通过无人机遥控器遥控发出飞行指令传输至无人机主体1安装的gps模块定位系统4中，由无人机主体1安装的gps模块定位系统4控制无人机主体1悬停至所设定的位置，以确保红外成像仪2位置居中且拍摄完整；通过后布置的激光测距传感器7进行测距得到距离a、b，并根据结果控制无人机主体1悬停角度，以确保红外热成像仪2与待测墙面水平；由无人机遥控器控制红外热成像仪2对既有建筑外墙面进行连续拍摄，设定红外热成像仪2自动划分网格并得到各网格的平均温度；温度传入判断模块中，与外墙主体部分温度相差20％及以上部分网格认定为热桥所在区域如图3中b1、b2、b3等，其他区域为外墙主体区域p，热桥区域部分温度分别选取多次连续拍摄的平均值，外墙主体部分温度选取主体部分多次连续拍摄的平均值；由红外热成像仪2中的数据传输设备输出热桥b1、b2、b3面积所占网格数以及对应的温度t
wo
、外墙主体p所占网
格数和对应的温度t
wo
，数据处理设备根据已有的设定数据进行数据处理，根据式(1)得到外墙主体部分的传热系数k
p
及热桥各部分传热系数k
b1
、k
b2
和k
b3
；
[0055][0056]rw
——围护结构外表面换热阻，(m2·
℃)/w，按照《民用建筑热工设计规范》的规定取值；
[0057]
ti——室内空气温度为，℃；
[0058]
to——室外空气温度，℃；
[0059]
t
wo
——围护结构外表面温度，℃；
[0060]
根据外墙的实测数据室内空气温度ti、室外空气温度to及网格划分个数和各部分所占比例，得到外墙主体面积fp、热桥b1面积fb1、热桥b2面积fb2、热桥b3面积fb3，经数据处理装置3使用步骤6中计算得到的k
p
、k
b1
、k
b2
和k
b3
，通过式(2)计算得到外墙平均传热系数，并输出外墙平均传热系数至无人机遥控器的显示屏5上；
[0061][0062]kp
——外墙主体墙的传热系数，w/(m2·
k)；
[0063]fp
——外墙主体墙部位的面积，m2；
[0064]kb1
、k
b2
、k
b3
——外墙各周边热桥的传热系数w/(m2·
k)
[0065]fb1
、f
b2
、f
b3
——外墙各周边热桥部位的面积，m2；
[0066]
对于超高层建筑，红外热成像仪2无法在有效距离内一次性囊括所以外墙墙面，按照1-30m、31-60m、61-90m等方式分段测量。
[0067]
要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物料或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物料或者设备所固有的要素。
[0068]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种采用无人机主体的外墙平均传热系数检测装置，其特征在于，包括无人机主体、红外热成像仪、数据处理装置和激光测距传感器，所述和数据处理装置安装于无人机主体上端，所述无人机主体下端安装有吊舱，所述红外热成像仪通过吊舱安装于无人机主体上，所述激光测距传感器安装于无人机主体下部，所述无人机主体适配有无人机遥控器，所述无人机遥控器上设有显示屏、操作按钮和发射器，所述无人机主体上安装有与发射器相适配的接收器，所述数据处理装置内设有计算模块、输入模块和输出模块。2.根据权利要求1所述的一种采用无人机主体的外墙平均传热系数检测装置，其特征在于，所述无人机主体上安装有gps模块定位系统、通信系统和控制系统。3.根据权利要求2所述的一种采用无人机主体的外墙平均传热系数检测装置，其特征在于，所述红外热成像仪配备有红外镜头、红外探测器组件、数据传输设备和判断模块。4.根据权利要求3所述的一种采用无人机主体的外墙平均传热系数检测装置，其特征在于，所述激光测距传感器设有两组，两组所述激光测距传感器分别设于无人机主体下底部的前后两端。5.根据权利要求4所述的一种采用无人机主体的外墙平均传热系数检测装置，其特征在于，所述吊舱上端设有缓冲组件，所述吊舱通过缓冲组件与无人机主体安装，所述吊舱下端设有安装架，所述红外热成像仪通过安装架与吊舱安装，所述红外热成像仪上设有红外摄像头。6.一种根据权利要求1～5任一项所述的一种采用无人机的外墙平均传热系数检测方法，其特征在于，具体包括下列步骤：步骤一：根据现场实测墙体高度和宽度数据设定无人机主体飞行高度和水平位置，现场实测室内外空气温度和查询到的围护结构外面表热阻在数据处理设备中输入室内空气温度t
i
、室外空气温度t
wo
和围护结构外面表热阻r
w
；步骤二：通过无人机遥控器遥控发出飞行指令传输至无人机主体安装的gps模块定位系统中，由无人机主体安装的gps模块定位系统控制无人机主体悬停至所设定的位置，以确保红外成像仪位置居中且拍摄完整；步骤三：通过后布置的激光测距传感器进行测距得到距离a、b，并根据结果控制无人机主体悬停角度，以确保红外热成像仪与待测墙面水平；步骤四：由无人机遥控器控制红外热成像仪对既有建筑外墙面进行连续拍摄，设定红外热成像仪自动划分网格并得到各网格的平均温度；步骤五：温度传入判断模块中，与外墙主体部分温度相差20％及以上部分网格认定为热桥所在区域如图3中b1、b2、b3等，其他区域为外墙主体区域p，热桥区域部分温度分别选取多次连续拍摄的平均值，外墙主体部分温度选取主体部分多次连续拍摄的平均值；步骤六：由红外热成像仪中的数据传输设备输出热桥b1、b2、b3面积所占网格数以及对应的温度t
wo
、外墙主体p所占网格数和对应的温度t
wo
，数据处理设备根据已有的设定数据进行数据处理，根据式(1)得到外墙主体部分的传热系数k
p
及热桥各部分传热系数k
b1
、k
b2
和k
b3
；r
w
——围护结构外表面换热阻，(m2·
℃)/w，按照《民用建筑热工设计规范》的规定取
值；t
i
——室内空气温度为，℃；t
o
——室外空气温度，℃；t
wo
——围护结构外表面温度，℃；步骤七：根据外墙的实测数据室内空气温度t
i
、室外空气温度t
o
及网格划分个数和各部分所占比例，得到外墙主体面积fp、热桥b1面积fb1、热桥b2面积fb2、热桥b3面积fb3，经数据处理装置3使用步骤6中计算得到的k
p
、k
b1
、k
b2
和k
b3
，通过式(2)计算得到外墙平均传热系数，并输出外墙平均传热系数至无人机遥控器的显示屏上；k
p
——外墙主体墙的传热系数，w/(m2·
k)；f
p
——外墙主体墙部位的面积，m2；k
b1
、k
b2
、k
b3
——外墙各周边热桥的传热系数w/(m2·
k)f
b1
、f
b2
、f
b3
——外墙各周边热桥部位的面积，m2；步骤八：对于超高层建筑，红外热成像仪无法在有效距离内一次性囊括所以外墙墙面，按照1-30m、31-60m、61-90m等方式分段测量。

技术总结
本发明公开了一种采用无人机的外墙平均传热系数检测装置及检测方法，包括无人机主体、红外热成像仪、数据处理装置和激光测距传感器，和数据处理装置安装于无人机主体上端，无人机主体下端安装有吊舱，红外热成像仪通过吊舱安装于无人机主体上，激光测距传感器安装于无人机主体下部，无人机主体适配有无人机遥控器，无人机主体上安装有与发射器相适配的接收器。本发明涉及外墙传热系数检测领域，具体为一种使用无人机搭载红外热成像仪，可以测量外墙平均传热系数的装置，能够测量高大墙体的平均传热系数，并且在较短时间内完成测量工作，较准确的反映墙体实际传热系数情况的外墙平均传热系数检测装置及检测方法。平均传热系数检测装置及检测方法。平均传热系数检测装置及检测方法。


技术研发人员：陈义波 杨建中 郭敏 潘朋航 梁二 吴孟坤 石智艟
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/14