CN103630458A - 一种回弹值标准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种回弹值标准装置，测量准确度高。它基于重力作用，包括机架(1)、弹击杆(2)、回弹值测量机构(3)、弹击锤(4)、中心导杆(5)、导杆安装螺栓(6)和弹击锤定位释放机构(7)；导杆安装螺栓(6)安装在机架(1)的横梁上，导杆安装螺栓(6)与中心导杆(5)的上端相连，中心导杆(5)的下端与弹击杆(2)相连，中心导杆(5)的上下两端还分别设有缓冲压簧(9)，弹击锤(4)滑动套接在中心导杆(5)上，弹击锤定位释放机构(7)可移动地安装在机架(1)上，回弹值测量机构(3)安装在机架(1)上，为非接触式测量机构；弹击杆(2)下方设有平台，弹击杆(2)与平台之间的距离可调。

Description

一种回弹值标准装置
技术领域
本发明涉及测量回弹值的一种精密仪器，用于测量混凝土、砂浆试件和砖等材料试件的抗压强度，或者用于回弹仪标定装置的定度与检定，具体是指一种基于重力作用的自由落体式回弹值标准装置。
背景技术
回弹仪1948年由瑞士E.Schmidt发明，它作为检测工程结构或构件混凝土抗压强度的一种无损检测仪器。传统回弹仪分为机械式回弹仪、电阻式回弹仪与非接触式光电回弹仪，其原理是用弹簧驱动弹击锤并通过弹击杆撞击混凝土表面来测量混凝土表面硬度，即回弹值R用瞬时弹性变形恢复力使弹击锤带动指针显示出回弹距离X与弹击拉簧拉伸长度L的百分数反映弹击锤冲击过程中能量的损失，进而根据回弹值与混凝土抗压强度间的相关关系推定建筑结构或构件混凝土的抗压强度。由于回弹仪具有构造简单、易于掌握，操作简便迅速，对结构和构件无损坏等优点，因而在建设工程检测中被广泛应用。理论上通过测读弹击锤的最大冲击速度Vi与最大回弹速度Vr，并将Vr与Vi的比值
Figure BSA0000099192500000012
也当作回弹值，且位移法回弹值R与速度法回弹值Z两者等价，但速度法回弹值Z有效避开了位移法回弹值R检测中弹击锤冲击运动过程中弹击锤带动指针摩擦力以及回弹阶段回弹仪各构件间摩擦所消耗的能量等不足之处，从而读数重复性好、测量准确度更高。
总体而言，传统位移法回弹值
Figure BSA0000099192500000013
反映碰撞前、碰撞与回弹三个阶段总的能量损失，假若弹击杆质量为m，弹击锤质量M、弹簧抗压刚度K，弹簧工作(冲击)长度L，弹击锤回弹长度X，因而弹击锤具有的初始势能为
Figure BSA0000099192500000014
弹击锤冲击被检对象回弹后再具有的势能为
Figure BSA0000099192500000015
因而弹击锤势能损耗等于弹击杆贯入阻力功及弹击锤冲撞弹击杆产生振动所耗损能量与回弹仪各构件间发生摩擦所耗损能量之和，即碰撞前、碰撞与回弹三个阶段所消耗的能量为
Figure BSA0000099192500000021
而速度法回弹值它忽略了碰撞前与回弹两个阶段，仅表征碰撞阶段能量损失。仍假若弹击杆质量为m，弹击锤质量M、弹簧抗压刚度K，弹簧工作(冲击)长度L，弹击锤回弹长度X，设碰撞前阶段弹簧势能转换弹击锤动能效率系数ξ，根据能量守恒原理则
Figure BSA0000099192500000023
设回弹阶段弹击锤动能转换弹簧势能效率系数η，根据能量守恒原理则
Figure BSA0000099192500000024
由于弹击锤动能损耗为弹击杆贯入阻力功与弹击锤冲撞弹击杆产生振动所耗损能量之和，即弹击锤碰撞阶段所消耗的能量为 1 2 M ( V i 2 - V r 2 ) = 1 2 MV i 2 ( 1 - Z 2 ) , 进一步可得 R Z = ξη .
目前国内外均没有回弹仪的回弹值标准装置，其检定校准采用部件法，因而国内外回弹仪的量值不统一，国内不同企业生厂的回弹仪量值也不统一，有时甚至相差较大，导致现有的回弹仪无法进行统一的标定，给使用带来不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能提高测量准确度的回弹仪，用于测量混凝土、砂浆试件和砖等材料的抗压强度；或者用于回弹仪标定装置检定的回弹值标准装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种回弹值标准装置，它包括机架、弹击杆、回弹值测量机构、弹击锤、中心导杆、导杆安装螺栓和弹击锤定位释放机构；所述的导杆安装螺栓安装在机架的横梁上，导杆安装螺栓与中心导杆的上端相连，中心导杆的下端与弹击杆相连，中心导杆的上下两端还分别设有缓冲压簧，弹击锤滑动套接在中心导杆上，所述的弹击锤定位释放机构可移动地安装在机架上，用于调整弹击锤的初始势能和有测试过程中夹住和释放弹击锤，所述的回弹值测量机构安装在机架上用于测量弹击锤瞬时速度的电信号，所述的回弹值测量机构为非接触式测量机构；所述的弹击杆下方设有用于放置待测物的平台，弹击杆与所述的平台之间的距离可调。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：该结构弹击锤的初始势能不由弹簧的弹性势能
Figure BSA0000099192500000031
提供，而由弹击锤的重力势能MgH提供，式中：K-弹簧抗压刚度，L-弹簧工作(冲击)长度，M-弹击锤质量，g-重力加速度，H-弹击锤底面距弹击杆顶面的高度，从而弹击锤的初始势能便于测量，具有稳定、可靠、重复性好特点；该结构采用非接触式测量弹击锤回弹值，从而消除了回弹仪各构件间发生摩擦所耗损能量对回弹值测量结果的影响。其特点在于一次回弹测试过程分为下落、碰撞(冲击)、上升三个阶段。实际中由于弹击锤与弹击杆发生碰撞产生振动、声能、热能和变形能耗损以及回弹仪构件间发生摩擦所耗损能量是不能用部件检定法测量的，因而基于重力作用的速度法回弹值仅反映在弹击锤与弹击杆碰撞过程中能量的损失，从而用基于重力作用的速度法回弹值测量混凝土、砂浆试件和砖等材料试件的抗压强度影响因素要少，可提高其测量准确度和稳定性。还可建立回弹值标准装置，用于回弹仪标定装置的检定校准。
作为改进，所述的机架的支撑脚与平台面之间设置有隔振机构。该结构可以有效隔离装置本身的振动与地面或平台面传来的振动之间的互相影响，从而将振动对测量结果的影响降到最小，进一步提高了装置的准确度和稳定性。
作为优选，所述的回弹值测量机构为电磁感应式测速机构，它包括电磁感应线圈和电磁感应数据采集与处理机构，所述的电磁感应线圈安装在机架上距离弹击杆的上端面2.5mm的位置，所述的电磁感应数据采集与处理机构与电磁感应线圈电连接，用于将电磁感应线圈检测到的电信号换算成弹击锤的瞬时速度并计算回弹值Z。该结构采用电磁感应原理的非接触式测量方式，用感应线圈电压比值表征弹击锤回弹速度与冲击速度比例，经济适用，主要用于测量混凝土、砂浆试件和砖等材料的检测。
作为优选，所述的回弹值测量机构为光电式测速机构，它包括光电传感器和光电数据采集与处理器，所述的光电传感器包括发射器与接收器，所述的发射器与接收器安装在机架上距离弹击杆上端面2.5mm的位置，发射器与接收器分别位于弹击锤的两侧，弹击锤沿中心导杆上下运动时，穿过发射器与接收器之间的检测光束；所述的光电数据采集与处理器用于将光电传感器测到的电信号换算成弹击锤的瞬时速度并计算回弹值Z。该结构采用非接触式光电速度测试技术，根据测量通过光电开关的时间计算弹击锤回弹速度与冲击速度，进而计算速度法回弹值，还可根据运动方程计算位移法回弹值R，主要用于测量混凝土、砂浆试件和砖等材料的抗压强度，也用于回弹仪标定装置的定度与检定校准。
作为优选，所述的回弹值测量机构为激光测速机构，它包括增光膜、激光测速机构、激光测速数据采集处理器和镜头及移动机构，镜头及移动机构通过支架安装在机架上，增光膜安装在弹击锤的上端面，镜头及移动机构位于增光膜的正上方；激光测速机构安装在机架上，激光测速数据采集器将激光测速机构测到的电信号换算成弹击锤的瞬时速度并计算回弹值。该结构采用激光干涉法直接测量弹击锤下落过程中速度与回弹过程中速度，进而计算速度法回弹值Z，并根据运动方程计算位移法回弹值R，方法可靠，主要用于回弹仪标定装置的检定校准，还可用于建立国家回弹值基准，切实解决回弹值量值传递与溯源。
附图说明
图1是本发明回弹值标准装置的结构示意图。
图2是本发明回弹值标准装置实施例一的结构示意图。
图3是本发明回弹值标准装置实施例二的结构示意图。
图4是本发明回弹值标准装置实施例三的结构示意图。
如图所示：1、机架，2、弹击杆，3、回弹值测量机构，4、弹击锤，5、中心导杆，6、导杆安装螺栓，7、弹击锤定位释放机构，8、隔振机构，9、缓冲压簧，10、回弹仪回弹值标定器或试件，31、电磁感应线圈，32、电磁感应数据采集与处理机构，301、光电传感器，302、光电数据采集与处理器，311、增光膜，312、激光测速机构，313、激光测速数据采集器，314、镜头及移动机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1，一种回弹值标准装置，它包括机架1、弹击杆2、回弹值测量机构3、弹击锤4、中心导杆5、导杆安装螺栓6和弹击锤定位释放机构7；所述的导杆安装螺栓6安装在机架1的横梁上，导杆安装螺栓6与中心导杆5的上端相连，中心导杆5的下端与弹击杆2相连，中心导杆5的上下两端还分别设有缓冲压簧9，弹击锤4滑动套接在中心导杆5上，所述的弹击锤定位释放机构7可移动地安装在机架1上，用于调整弹击锤4的初始势能和有测试过程中夹住和释放弹击锤4，所述的回弹值测量机构3安装在机架1上用于测量弹击锤4的瞬时速度，所述的回弹值测量机构3为非接触式测量机构；所述的弹击杆2下方设有用于放置待测物的平台，弹击杆2与所述的平台之间的距离可调。所述的机架1的支撑脚与地面或平台面之间设置有隔振机构8。
具体实施例一
结合附图2，一种回弹值标准装置，它包括机架1、弹击杆2、回弹值测量机构3、弹击锤4、中心导杆5、导杆安装螺栓6和弹击锤定位释放机构7；所述的导杆安装螺栓6安装在机架1的横梁上，导杆安装螺栓6与中心导杆5的上端相连，中心导杆5的下端与弹击杆2相连，中心导杆5的上下两端还分别设有缓冲压簧9，弹击锤4滑动套接在中心导杆5上，所述的弹击锤定位释放机构7可移动地安装在机架1上，用于调整弹击锤4的初始势能和有测试过程中夹住和释放弹击锤4，所述的回弹值测量机构3安装在机架1上用于测量弹击锤4的瞬时速度，所述的回弹值测量机构3为非接触式测量机构；所述的弹击杆2下方设有用于放置待测物的平台，弹击杆2与所述的平台之间的距离可调。所述的机架1的支撑脚与地面或平台面之间设置有隔振机构8。所述的回弹值测量机构3为电磁感应式测速机构，它包括电磁感应线圈31和电磁感应数据采集与处理机构32，所述的电磁感应线圈31安装在机架1上距离弹击杆2的上端面2.5mm的位置，所述的电磁感应数据采集与处理机构32与电磁感应线圈31电连接，用于将电磁感应线圈检测到弹击锤下降速度和弹击锤上升速度的电信号换算成弹击锤4的回弹值。
上述结构的装置在具体使用时，根据具体材料不同所对应的弹性模量不同，按材料种类不同进行分类测试，包括如下步骤：通过重力作用驱动弹击锤撞击弹击杆，然后通过弹击杆冲撞待测的静止工作介质(如混凝土构件)表面；在距离弹击杆与弹击锤接触面2.5mm处利用电磁原理，弹击锤内部的永久磁铁在冲击装置的线圈中产生一个感应电压，由于感应信号的电压(U)与冲击体的速度(V)成比例，经过电子技术处理的信号提供回弹值，即速度法回弹值
Figure BSA0000099192500000061
读数供显示和储存，主要用于测量混凝土、砂浆试件和砖等材料的抗压强度。
具体实施例二
结合附图3，一种回弹值标准装置，它包括机架1、弹击杆2、回弹值测量机构3、弹击锤4、中心导杆5、导杆安装螺栓6和弹击锤定位释放机构7；所述的导杆安装螺栓6安装在机架1的横梁上，导杆安装螺栓6与中心导杆5的上端相连，中心导杆5的下端与弹击杆2相连，中心导杆5的上下两端还分别设有缓冲压簧9，弹击锤4滑动套接在中心导杆5上，所述的弹击锤定位释放机构7可移动地安装在机架1上，用于调整弹击锤4的初始势能及在测试过程中夹住和释放弹击锤4，所述的回弹值测量机构3安装在机架1上用于测量弹击锤4的瞬时速度，所述的回弹值测量机构3为非接触式测量机构；所述的弹击杆2下方设有用于放置待测物的平台，弹击杆2与所述的平台之间的距离可调。所述的机架1的支撑脚与平台面之间设置有隔振机构8。所述的回弹值测量机构3为光电式测速机构，它包括光电传感器301和光电数据采集与处理器302，所述的光电传感器301包括发射器与接收器，所述的发射器与接收器安装在机架1上距离弹击杆2上端面位置，发射器与接收器分别位于弹击锤4的两侧，弹击锤4沿中心导杆5上下运动时，穿过发射器与接收器之间的检测光束；所述的光电数据采集与处理器302用于将光电传感器301测到的电信号换算成弹击锤4的瞬时速度并计算回弹值。
上述结构的装置在具体使用时，根据被检材料不同所对应的弹性模量不同分类进行测试，包括如下步骤：
(1)重力作用驱动弹击锤并通过弹击杆冲撞静止的待测物(如混凝土构件)表面。即弹击锤以下降(冲击)速度Vi通过弹击杆向待测物表面运动，弹击杆与待测物表面冲撞后驱动弹击锤回弹，其上升(回弹)速度Vr。所述的弹击锤的冲击速度Vi为弹击杆在冲击待测物表面时弹击锤的最大瞬时速度，所述的弹击锤回弹速度Vr为弹击锤开始回弹的瞬时速度。
(2)通过测读弹击锤的最大冲击速度Vi与最大回弹速度Vr，并将Vr除以Vi得出的比值作为回弹仪的回弹值，它用速度传感器非接触测量。所述的速度传感器为非接触式光电速度传感器。
(3)经过电子技术处理可提供回弹值供显示和储存，即速度法回弹值
Figure BSA0000099192500000071
同时还可根据运动方程计算出位移法回弹值
Figure BSA0000099192500000072
主要用于测量混凝土、砂浆试件和砖等材料的抗压强度，或者用于回弹仪标定装置的检定校准。
具体实施例三
结合附图4，一种回弹值标准装置，它包括机架1、弹击杆2、回弹值测量机构3、弹击锤4、中心导杆5、导杆安装螺栓6和弹击锤定位释放机构7；所述的导杆安装螺栓6安装在机架1的横梁上，导杆安装螺栓6与中心导杆5的上端相连，中心导杆5的下端与弹击杆2相连，中心导杆5的上下两端还分别设有缓冲压簧9，弹击锤4滑动套接在中心导杆5上，所述的弹击锤定位释放机构7可移动地安装在机架1上，用于调整弹击锤4的初始势能和有测试过程中夹住和释放弹击锤4，所述的回弹值测量机构3安装在机架1上用于测量弹击锤4的瞬时速度，所述的回弹值测量机构3为非接触式测量机构；所述的弹击杆2下方设有用于放置待测物的平台，弹击杆2与所述的平台之间的距离可调。所述的机架1的支撑脚与地面或平台面之间设置有隔振机构8。所述的回弹值测量机构3为激光测速机构，它包括增光膜311、激光测速机构312、激光测速数据采集处理器313和镜头及移动机构314，镜头及移动机构314通过支架安装在机架1上，增光膜311安装在弹击锤4的上端面，镜头及移动机构314位于增光膜311的正上方；激光测速机构312安装在机架1上，激光测速数据采集器313将激光测速机构312测到的电信号换算成弹击锤4的瞬时速度并计算回弹值。
上述结构的装置在具体使用时，包括如下步骤：
(1)重力作用驱动弹击锤并通过弹击杆冲撞待测的静止工作对象(如回弹仪回弹值标定器)表面，即弹击锤以冲击初速度Vi通过弹击杆向工作对象表面运动，弹击杆与待测混凝土的工作对象表面冲撞后驱动弹击锤再以回弹速度Vr运动。所述的弹击锤冲击速度Vi为弹击杆在冲击待测对象表面的瞬间，弹击锤的最大瞬时速度。所述的弹击锤的回弹速度Vr为弹击锤在回弹时的最大瞬时速度。
(2)通过测读弹击锤的最大冲击速度Vi与最大回弹速度Vr，并将Vr除以Vi得出的值作为回弹仪的回弹值。所述的回弹值测量机构为非接触式激光测速机构。激光测速机构包括增光膜311、激光测速机构312、激光测速数据采集处理器313和镜头及移动机构314，所述的测速机构自带布拉格盒，由布拉格盒实现弹击锤速度方向的改变的判断。由于用绝对法跟踪测量弹击锤下落过程中速度Vi与回弹过程中速度Vr，提高了速度测量的准确度，具有分辨率高，动态响应快，测量速度灵敏性好等特点。
(3)经过电子技术处理提供回弹值读数供显示和储存，即根据原始多普勒信号，通过低通滤波、相位计算、速度计算等最终得到速度法回弹值同时还可根据运动方程计算位移法回弹值
Figure BSA0000099192500000082
主要用用于回弹仪标定装置的检定校准。
本发明上述的各个具体实施中，所述的弹击锤定位释放机构7包括升降部件、夹持部件和控制机构，所述的控制机构可以通过升降部件调节夹持部件的高度和夹持部件的松开与夹紧动作。所述的升降部件可以采用带电动机的循环链条，所述的夹持部件与升降部件上的一个链条环节相固定，所述的控制机构可以采用单片机芯片或PLC控制器实现。所述的机架上的横梁可以设置成高度可上、下调节并锁定的结构，以便用户通过调节横梁的高度来调整弹击杆与工作平台的距离，从而使得不同高度的待测对象都可以顺利放入到弹击杆与工作平台之间进行测量。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于重力作用的回弹值标准装置，其特征在于：它包括机架(1)、弹击杆(2)、回弹值测量机构(3)、弹击锤(4)、中心导杆(5)、导杆安装螺栓(6)和弹击锤定位释放机构(7)；所述的导杆安装螺栓(6)安装在机架(1)的横梁上，导杆安装螺栓(6)与中心导杆(5)的上端相连，中心导杆(5)的下端与弹击杆(2)相连，中心导杆(5)的上下两端还分别设有缓冲压簧(9)，弹击锤(4)滑动套接在中心导杆(5)上，所述的弹击锤定位释放机构(7)可移动地安装在机架(1)上，用于调整弹击锤(4)的初始势能及在测试过程中夹住和释放弹击锤(4)，所述的回弹值测量机构(3)安装在机架(1)上，为非接触式测量机构，用于测量弹击锤(4)的回弹值；所述的弹击杆(2)下方设有用于放置待测物的平台，弹击杆(2)与机架平台之间的距离可调。
2.根据权利要求1所述的回弹值标准装置，其特征在于：机架(1)中支撑脚与平台面之间设置有隔振机构(8)。
3.根据权利要求1所述的回弹值标准装置，其特征在于：所述的回弹值测量机构(3)为电磁感应式测速机构，它包括电磁感应线圈(31)和电磁感应数据采集与处理机构(32)，所述的电磁感应线圈(31)安装在机架(1)上距离弹击杆(2)的上端面2.5mm的位置，所述的电磁感应数据采集与处理机构(32)与电磁感应线圈(31)电连接，用于将电磁感应线圈检测到弹击锤(4)瞬时速度的电信号换算成弹击锤回弹值。
4.根据权利要求1所述的回弹值标准装置，其特征在于：所述的回弹值测量机构(3)为光电式测速机构，它包括光电传感器(301)和光电数据采集与处理器(302)，所述的光电传感器(301)包括发射器与接收器，所述的发射器与接收器安装在机架(1)上距离弹击杆(2)上端面，如距离弹击杆(2)的上端面2.5mm的位置，发射器与接收器分别位于弹击锤(4)的两侧，弹击锤(4)沿中心导杆(5)上下运动时，穿过发射器与接收器之间的检测光束；所述的光电数据采集与处理器(302)用于将光电传感器(301)测得的电信号换算成弹击锤(4)的瞬时速度，并计算弹击锤回弹值。
5.根据权利要求1所述的回弹值标准装置，其特征在于：所述的回弹值测量机构(3)为激光测速机构，它包括增光膜(311)、激光测速机构(312)、激光测速数据采集处理器(313)和镜头及移动机构(314)，镜头及移动机构(314)通过支架安装在机架(1)上，增光膜(311)安装在弹击锤(4)的上端面，镜头及移动机构(314)位于增光膜(311)的正上方；激光测速机构(312)安装在机架(1)上，激光测速数据采集器(313)将激光测速机构(312)测到的电信号换算成弹击锤(4)的瞬时速度，并计算弹击锤回弹值。
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