CN101246146A

CN101246146A - 便携式墙体空鼓自动检测仪

Info

Publication number: CN101246146A
Application number: CNA2008100707163A
Authority: CN
Inventors: 童峰; 许肖梅; 颜国雄
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: CN100573136C

Abstract

便携式墙体空鼓自动检测仪，涉及一种墙体空鼓检测设备，尤其是涉及一种便携式墙体空鼓自动检测仪。提供一种准确性高、结构简单、使用方便、成本低的便携式墙体空鼓自动检测仪。设有自动敲击装置、麦克风、信号处理电路、按键输入电路、单片机、结果输出电路和电源，自动敲击装置设有敲击头、电磁铁、继电器，敲击头连杆套入电磁铁铁芯，电磁铁两端分别与继电器和电源一端连接，电源另一端接继电器，信号处理电路输入端接麦克风的音频信号输出端，信号处理电路输出端接单片机的脉冲宽度检测信号输入端，按键输入电路输出端接单片机输入端口，结果输出电路的输入端接单片机的脉冲宽度检测结果输出端。单片机的敲击头敲击控制信号输出端接继电器。

Description

便携式墙体空鼓自动检测仪

技术领域

本发明涉及一种墙体空鼓检测设备，尤其是涉及一种便携式墙体空鼓自动检测仪。

背景技术

建筑墙体中空鼓的存在将造成墙面/饰面与主墙体的粘合失效，严重影响墙体整体强度以及地面装修和饰面施工的质量，导致渗漏，甚至造成墙面/饰面瓷砖的脱落。因此，空鼓的检测是商品房质量检测与维护的重要环节(1、《建筑地面工程施工质量验收规范》(GB50209-2002)，建设部；2、《建筑装饰装修工程质量验收规范》(GB50210-2001)，建设部)，但由于目前检测墙体空鼓的主要方法普遍采用人工敲击法，因此存在主观随意性大和准确率低等问题(3、王庆泰，防止外墙镶贴面砖空鼓脱落的措施，施工技术，1995(1)，37；4、陆凯安，釉面砖饰面层空鼓与脱落的原因及防治，新型建筑材料，1999(12)，24-25)。

发明内容

本发明的目的在于针对现有检测墙体空鼓主要依靠人工敲击，缺乏检测设备等问题，提供一种准确性高、结构简单、使用方便、成本低的便携式墙体空鼓自动检测仪。

本发明的技术方案是利用敲击声信号进行空鼓自动检测。

本发明设有自动敲击装置、麦克风、信号处理电路、按键输入电路、单片机、结果输出电路和电源，自动敲击装置设有敲击头、电磁铁、继电器，敲击头连杆套入电磁铁铁芯，电磁铁两端分别与继电器和电源一端连接，电源另一端接继电器，信号处理电路输入端接麦克风的音频信号输出端，信号处理电路输出端接单片机的脉冲宽度检测信号输入端，按键输入电路输出端接单片机输入端口，结果输出电路的输入端接单片机的脉冲宽度检测结果输出端。单片机的敲击头敲击控制信号输出端接继电器。

信号处理电路可设有放大电路、带通滤波电路、包络检波电路和门限比较电路，放大电路输入端接麦克风的音频信号输出端，放大电路输出端经带通滤波电路接包络检波电路输入端，包络检波电路输出端接门限比较电路输入端，门限比较电路输出端接单片机的脉冲宽度检测信号输入端。

自动敲击装置上设有麦克风固定支架，用于固定麦克风。

本发明的空鼓检测原理是：敲击过程中激发的敲击声信号包含了敲击头和被敲击墙体振动发出的声音，墙体空鼓的存在将改变敲击声中不同部分的能量分布。对健康墙体，敲击能量绝大部分转化为敲击头的自由振动，产生强烈的以敲击头固有频率为中心频率的窄带信号；而被敲击墙体振动仅产生微弱的声音。对空鼓墙体，绝大部分敲击能量转化为空鼓墙体的弯曲模式振动，产生强烈的宽带声信号，敲击头自由振动产生的窄带声信号微弱。因此，本发明通过检测敲击声信号中具有窄带特性的敲击头自由振动信号的强度来判断墙体是否存在空鼓。

自动敲击装置的核心是单片机通过继电器控制电磁铁推动一个敲击头(例如钢球)，敲击装置为声信号处理提供重复性好、稳定的敲击声源。信号处理电路是本发明的关键，其特点在于采用简单可靠的电路设计进行声信号的特征提取，检测敲击过程中敲击头产生的自由振动信号的强度，具体工作原理为：固定在自动敲击装置上的有线麦克风采集敲击声信号，经过放大、带通滤波(滤波器中心频率设在敲击小球振动的固有频率上)后进行包络检波、门限检测(门限检测所得脉冲的宽度代表了敲击声信号中小球自由振动的强度)，门限检测的输出送入单片机进行脉宽检测，根据宽度检测结果判断是否存在空鼓并输出检测结果。因此本发明具有以下突出的优点：

1.自动检测，无需依赖操作者的主观判断；

2.结构简单、成本低；

3.便携式，使用方便、可靠。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的电磁铁与敲击头的结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为本发明实施例的电磁铁与敲击头的内部结构示意图。

图5为本发明实施例的自动敲击装置、麦克风固定支架和麦克风的结构示意图。

图6为本发明实施例的放大电路和带通滤波电路组成原理图。

图7为本发明实施例的包络检波电路组成原理图。

图8为本发明实施例的单片机脉宽检测电路和按键输入、报警输出电路组成原理图。

具体实施方式

参见图1～5，本发明设有自动敲击装置(自动敲击装置设有敲击头1、电磁铁2和继电器3)、麦克风4、信号处理电路(信号处理电路设有放大电路5、带通滤波电路6、包络检波电路7和门限比较电路8)、按键输入电路9、单片机10、结果输出电路11和电源12。敲击头1连杆套入电磁铁2铁芯，电磁铁2两端分别与继电器3和电源12一端连接，电源12另一端接继电器3，放大电路5输入端接麦克风4的音频信号输出端，放大电路5输出端经带通滤波电路6接包络检波电路7输入端，包络检波电路7输出端接门限比较电路8输入端，门限比较电路8输出端接单片机10的脉冲宽度检测信号输入端。按键输入电路9输出端接单片机10，结果输出电路11的输入端接单片机10的脉冲宽度检测结果输出端，单片机10的敲击头敲击控制信号输出端接继电器3。按键输入电路9由按键板(两端分别接地和+5v)直接接入单片机端口，作用在于通过操作人员按键触发单片机控制自动敲击装置动作。

自动敲击装置上设有用于固定麦克风4的麦克风固定支架19。

敲击头1可采用市场上普通的钢质小球，沿小球轴线上钻孔后套入电磁铁动铁芯并焊牢。小球的直径采用Φ6mm。

电磁铁2采用市场上普通的配复位弹簧电磁铁，由外壳13、定铁芯14、复位弹簧15、动铁芯16、线圈17及导线18等部分组成，线圈17通过导线18通电后，动铁芯16产生轴向直线运动，推动所连接的敲击小球1进行敲击，线圈17掉电后复位弹簧15作用将动铁芯16恢复回原始位置。

麦克风4采用市场上的普通有线麦克风，例如广州天拓麦克制造有限公司的动圈式有线麦克风系列MD-890型，频率范围：50-16kHz；灵敏度：-53dB±3dB；输出阻抗：600欧姆±30％；指向性：心型。

麦克风固定支架19的作用提供一个固定电磁铁敲击系统及麦克风的支架。在实施例中的麦克风固定支架19由4块铁质侧板焊接而成的口字型固定框架及用作支撑的4根铁杆组成，口字型固定框架用于固定电磁铁2及麦克风4，4根铁杆分别焊接在框架的4块侧板底部作为支撑脚，框架的一个侧板上钻2个螺栓固定孔，以便使用螺栓将电磁铁固定于框架内，钻孔和电磁铁固定的位置以使电磁铁通电驱动敲击小球1时，小球1恰好可以敲击到支架的支撑面为准；框架的另一面侧板上利用螺栓固定一个塑料环型麦克风固定套20，将麦克风4的话筒头21朝下套入固定套后用螺栓即可固定麦克风，并调整麦克风的固定位置使话筒头尽量靠近敲击小球的位置。

在实施例中，单片机选用型号为AT89C2051Flash的单片机，信号前置放大选用TL084集成运算放大器，带通滤波器选用TL084集成运算放大器构成的双二阶带通滤波器，比较器采用LM311，系统由电池供电。

参见图6，敲击声信号经麦克风(在图6中麦克风代号为MIC)后送入运放T1A构成的反向放大10倍电路，再经过由运放T1B、T1C、T1D构成的中心频率9KHZ，Q值为10的双二阶带通滤波器电路进行带通滤波。

参见图7，带通滤波后的信号经过运放T2C构成的跟随器电路后送入二极管D1、D2、D3及运放T2A、T2B、T2D组成的包络检波电路检出信号包络。

参见图8，单片机AT89C2051的p1.3接按键板S1，P1.4接固态继电器SSR，p1.5，p1.6，p1.7则分别接不同颜色的发光二级管D6(黄色)、D5(绿色)、D4(红色)表示检测结果对应的墙体空鼓状态。包络检波电路检出的信号包络送入比较器U1与通过可变电位器获取的可调门限电压做比较，比较器输出经过一级非门S1D进行整形后得到的脉冲送入单片机AT89C2051的p3.2进行脉冲宽度检测。

检测所得脉宽反应了敲击声信号中小球自由振动的强度，通过与设定的脉宽阈值进行比较可以进行墙体质量的检测和报警输出：若脉宽在3～9ms之间，则表明墙体无空鼓，单片机通过p1.6点亮绿色发光二极管D5；若脉宽小于3ms，则表明墙体中存在空鼓，单片机通过p1.7点亮红色发光二极管D4；若脉宽大于9ms，则表明敲击过程可能不正常，需重新检测，单片机通过p1.5点亮黄色发光二极管D6。

按键输入部分工作原理为：单片机检测到按键板S1按下后，p1.4脚送出一个脉宽0.2ms的脉冲使固态继电器SSR导通，电磁铁驱动敲击球进行一次敲击。

以下给出单片机程序：

STRAT：

MOV TMOD，#09H；设置计时器工作方式

MOVA，#08H；设置p1.3为输入口

MOV P1，A

L1：

JNB P1.3，L2；等待按键，消除抖动

SJMPL1

L2：

LCALL DELAY1；延时2ms

JB P1.3，L3

SJMPL1

L3：

SETB P1.4；输出0.2ms脉冲

LCALL DELAY2；

CPL P1.4

MOV TH0，#00H；T0置数

MOV TL0，#00H

MOV TH1，#0B1H；T1置数20ms溢出

MOV TL1，#0E0H

MOV R0，#70H

SETB TR1

L4：

JNB P3.2，L5；判断是否接收到

SETB TR0；计时脉冲宽度

JB P3.2，$

CLRTR0

MOV@R0，TH0；保存数据

INC R0

MOV@R0，TL0

MOV A，71H

CLR C

SUBB A，#28H；判断是否大于9ms

MOV A，70H

SUBB A，#23H

JNC REL1

CLR C

MOV A，71H

SUBB A，#B8H；判断是否大于3ms

MOV A，70H

SUBB A，#0BH

JNC REL2

SETB P1.7；小于3ms，红灯亮，说明墙体存在空鼓

DELAY3

CPL P1.7

AJMP START

REL2：

SETB P1.6；大于3ms，绿灯亮，说明墙体无空鼓

DELAY3

CPLP1.6

AJMP START

REL1：

SETB P1.5；大于9ms，黄灯亮，说明敲击不正常、需重新检测

DELAY3

CPL P1.5

AJMP START

L5：

JBC TF1，START；计时时间大于20ms，重新启动工作

SJMPL4

注：单片机工作时钟频率设置为12MHz

DELAY1：延时2ms子程序.

DELAY2：延时0.2ms子程序

DElAY3：延时10ms子程序。

Claims

1.便携式墙体空鼓自动检测仪，其特征在于设有自动敲击装置、麦克风、信号处理电路、按键输入电路、单片机、结果输出电路和电源，自动敲击装置设有敲击头、电磁铁、继电器，敲击头连杆套入电磁铁铁芯，电磁铁两端分别与继电器和电源一端连接，电源另一端接继电器，信号处理电路输入端接麦克风的音频信号输出端，信号处理电路输出端接单片机的脉冲宽度检测信号输入端，按键输入电路输出端接单片机，结果输出电路的输入端接单片机的脉冲宽度检测结果输出端，单片机的敲击头敲击控制信号输出端接继电器。

2.如权利要求1所述的便携式墙体空鼓自动检测仪，其特征在于信号处理电路设有放大电路、带通滤波电路、包络检波电路和门限比较电路，放大电路输入端接麦克风的音频信号输出端，放大电路输出端经带通滤波电路接包络检波电路输入端，包络检波电路输出端接门限比较电路输入端，门限比较电路输出端接单片机的脉冲宽度检测信号输入端。

3.如权利要求1所述的便携式墙体空鼓自动检测仪，其特征在于自动敲击装置上设有麦克风固定支架。