CN106400851B - 超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，包括数字化升降控制系统、传感器系统和信号采集控制系统；所述数字化升降控制系统包括两个径向换能器、主电机、从电机、两个减速器、两个同步轮以及控制柜，所述传感器系统包括两个径向换能器，所述径向换能器底部装配有配重块，径向换能器下端外侧套设有橡胶垫片；所述信号采集控制系统为信号采集控制器。本发明采用超声波探测原理，在预埋的沉管中放入传感器，用数字化升降装置，控制传感器的升降，探测超声波回波，进行深度的精确检测。本发明设计合理，采用超声波传感器进行探测，并使用数字化升降装置进行升降控制，稳定性好，精确度高，探测结果非常精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测系统，具体是一种超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统。
背景技术
钻孔灌注桩用于工程桩时，往往桩顶标高与自然地面有一定的距离，即桩孔内有一个不灌注混凝土的空灌段。随着高层建筑的发展，我国基坑工程的规模也迅速扩大，基坑开挖深度越来越深，工程桩的空灌段也越来越深。
对于采用钢筋混凝土内支撑作为支撑体系、地下水位高等特点的项目，钻孔灌注工程桩施工通常都是从地面开始。由于桩孔的空灌段深达20米，灌注面上方有一定深度的沉渣和大量的泥浆水，给灌注面高度检测带来较大难度。
超声波在介质中的传播速度是表征声学特性的重要参数。超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和密度有关。对于特定的介质，弹性模量和密度为常数，故声速也是常数，不同的介质有不同的声速。混凝土桩和泥浆有着不同的密度和弹性模量，因此可以设计一种采用超声波探测原理，在预埋的沉管中放入传感器，用数字化升降装置，控制传感器的升降，探测超声波回波，进行深度的精确检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够精确检测的超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，包括数字化升降控制系统、传感器系统和信号采集控制系统；所述数字化升降控制系统包括两个径向换能器、主电机、从电机、两个减速器、两个同步轮以及控制柜，所述主电机和从电机各通过一个减速器驱动连接一个链轮，链轮安装在卷线轮的主轴一端，卷线轮一侧设有理线器，卷线轮上盘绕有电缆，电缆穿过理线器上的凹槽；卷线轮左侧上方设有同步轮，两个卷线轮上的电缆均穿过同步轮；同步轮左侧设有提升轮，电缆穿过提升轮；提升轮位于沉管上方，电缆位于提升轮下方的部分伸入沉管内，沉管内灌注有清水；电缆下端安装有径向换能器；所述沉管内含有沉渣；径向换能器上方连接有导线，沉管上方设有导轮，导轮安装在导轮支座上，导线绕过导轮；所述沉管共三个，均匀分布于桩内；桩外侧为桩孔壁，桩内部下端灌注有桩内混凝土，桩上端为桩孔口，桩孔壁内含有泥浆；桩内插有灌注管，灌注管上端设有灌注漏斗；所述控制柜内部两侧分别安装有主电机驱动器和从电机驱动器，主电机驱动器通过导线与主电机连接，从电机驱动器通过导线与从电机连接；控制柜内安装有24V直流电源和漏电保护器；控制柜上端安装有操作手柄，操作手柄通过导线与24V直流电源连接；控制柜的背板上设有主电机接口、操作手柄接口、从电机接口、AC电源接口和总电源按钮，主电机接口通过导线与主电机连接，操作手柄接口通过导线与操作手柄连接，从电机接口通过导线与从电机连接，AC电源接口通过导线与24V直流电源连接；所述传感器系统包括两个径向换能器，所述径向换能器底部装配有配重块，径向换能器下端外侧套设有橡胶垫片；其中一个径向换能器通过信号线与发射接头连接，另一个径向换能器通过信号线与接收接头连接；所述信号线每距离1m设有一个每米标记，每20cm设有一个20cm标记，信号线的长度为70m；所述信号采集控制系统为信号采集控制器，信号采集控制器包括外壳，所述外壳顶部设有液晶屏幕，液晶屏幕上端右侧设有光电旋钮，液晶屏幕右侧和下方均设有功能按键；液晶屏幕左端下方设有用于打开关系仪器电源的电源开关，电源开关上方设有指示灯；外壳右侧从左到右依次设有蜂鸣器、发射口、多功能口、接收口A和接收口B，发射口连接发射换能器，接收口A与接收换能器相连；外壳左侧从左到右依次设有用于传输数据或者仪器机内软件升级的USB接口、RS232转接口和电源口，所述电源口内置锂电池；RS232转接口连接RS232串口线。
作为本发明进一步的方案：所述指示灯包括电源指示灯和充电指示灯。
作为本发明再进一步的方案：所述主电机额定功率200w，额定转矩0.64，额定转速3000r/min，从电机额定功率100w，额定转矩0.32，额定转速3000r/min。
作为本发明再进一步的方案：所述操作手柄上设有启停按钮、单独控制选择按钮、上下控制选择按钮、无级调速旋钮、有级调速速度选择旋钮、有级调速/无极调速选择按钮、联动/单独控制选择按钮和手柄电源按钮。
作为本发明再进一步的方案：所述同步轮包括压轮、旋转编码器、主辊轮、导向柱和支撑架，所述主辊轮上开设有4个轮槽，压轮共有两个，分布在主辊轮两侧，压轮与主辊轮接触，旋转编码器直接与主辊轮相连，导向柱安装在支撑架左右两侧，压轮安装在支撑架顶端。
作为本发明再进一步的方案：所述卷线轮上设有集流环，卷线轮的直径为125mm，宽度为80mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计合理，采用超声波传感器进行探测，并使用数字化升降装置进行升降控制，稳定性好，精确度高，探测结果非常精确。
附图说明
图1为径向换能器工作状态的结构示意图。
图2为卷线轮工作状态的结构示意图。
图3为图2的侧视图。
图4为本发明中同步轮的结构示意图。
图5为本发明中控制柜内部结构示意图。
图6为本发明中控制柜的后视图。
图7为本发明中操作手柄的结构示意图。
图8为径向换能器的结构示意图一。
图9为径向换能器的结构示意图一二。
图10为信号采集控制器的俯视图。
图11为信号采集控制器的右视图。
图12为信号采集控制器的左视图。
图中：1-卷线轮，2-提升轮，3-清水，4-沉管，5-径向换能器，6-主电机，7-从电机，8-减速器，9-链轮，10-同步轮，11-电缆，12-导轮，13-导轮支座，14-导线，15-管内混凝土，16-沉渣，17-桩内混凝土，18-泥浆，19-桩孔壁，20-灌注管，21-桩孔口，22-灌注漏斗，23-压轮，24-旋转编码器，25-主辊轮，26-导向柱，27-支撑架，28-控制柜，29-主电机驱动器，30-操作手柄，301-启停按钮，302-单独控制选择按钮，303-上下控制选择按钮，304-无级调速旋钮，305-有级调速速度选择旋钮，306-有级调速/无极调速选择按钮，307-联动/单独控制选择按钮，308-手柄电源按钮，31-从电机驱动器，32-24V直流电源，33-漏电保护器，34-主电机接口，35-操作手柄接口，36-从电机接口，37-AC电源接口，38-总电源按钮，39-探测器，40-配重块，41-橡胶垫片，42-信号线，43-每米标记，44-20cm标记，45-发射接头，46-接收接头，47-外壳，48-液晶屏幕，49-光电旋钮，50-功能按键，51-电源开关，52-指示灯，53-蜂鸣器，54-发射口，55-多功能口，56-接收口A，57-接收口B，58-USB接口，59-RS232转接口，60-电源口。
具体实施方式
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。
请参阅图1～12，超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，包括数字化升降控制系统、传感器系统和信号采集控制系统；所述数字化升降控制系统包括两个径向换能器5、主电机6、从电机7、两个减速器8、两个同步轮10以及控制柜28，所述主电机6和从电机7各通过一个减速器8驱动连接一个链轮9，链轮9安装在卷线轮1的主轴一端，卷线轮1一侧设有理线器，卷线轮1上盘绕有电缆11，电缆11穿过理线器上的凹槽；卷线轮1左侧上方设有同步轮10，两个卷线轮1上的电缆11均穿过同步轮10；同步轮10左侧设有提升轮2，电缆11穿过提升轮2；提升轮2位于沉管4上方，电缆11位于提升轮2下方的部分伸入沉管4内，沉管4内灌注有清水3，减少沉管与外面混凝土或泥浆之间的压差；电缆11下端安装有径向换能器5；所述沉管4内含有沉渣16；径向换能器5上方连接有导线14，沉管4上方设有导轮12，导轮12安装在导轮支座13上，导线14绕过导轮12；所述沉管4共三个，均匀分布于桩内；桩外侧为桩孔壁19，桩内部下端灌注有桩内混凝土17，桩上端为桩孔口21，桩孔壁19内含有泥浆18；桩内插有灌注管20，灌注管20上端设有灌注漏斗22。检测时，由卷线轮1反转释放电缆11，依靠径向换能器5自重实现下放，下放至预定位置后，卷线轮1正转，拉动径向换能器5上升，完成检测。采用超声波装置进行探测时，需要将两个径向换能器5分别置于某两个沉管4中。由于测试过程中，两个径向换能器5之间的间距需保持不变，故应保证两个径向换能器5在运动过程中保持同步上升。将两个卷线轮1分为主卷线轮(发射超声波换能器)和从卷线轮(接受超声波换能器)。由主、从电机通过链轮分别带动卷线轮进行工作。卷线轮1与提升轮2之间设有同步轮10。径向换能器5需上升时，两根电缆11通过同步轮10，可实现两个径向换能器5以相同的速度上升；径向换能器5需下降时，电缆11不通经过同步轮10，两个电机以相同的速度反转，依靠换能器的自重，实现下降速度基本同步；所述控制柜28内部两侧分别安装有主电机驱动器29和从电机驱动器31，主电机驱动器29通过导线与主电机6连接，从电机驱动器31通过导线与从电机7连接；控制柜28内安装有24V直流电源32和漏电保护器33；控制柜28上端安装有操作手柄30，操作手柄30通过导线与24V直流电源32连接；控制柜32的背板上设有主电机接口34、操作手柄接口35、从电机接口36、AC电源接口37和总电源按钮38，主电机接口34通过导线与主电机6连接，操作手柄接口35通过导线与操作手柄30连接，从电机接口36通过导线与从电机7连接，AC电源接口37通过导线与24V直流电源32连接；所述传感器系统包括两个探测器39，所述探测器39底部装配有配重块40，探测器39下端外侧套设有橡胶垫片41；其中一个探测器39通过信号线42与发射接头45连接，另一个探测器39通过信号线42与接收接头46连接；所述信号线42每距离1m设有一个每米标记43，每20cm设有一个20cm标记44，信号线42的长度为70m；所述信号采集控制系统为信号采集控制器，信号采集控制器包括外壳47，所述外壳47顶部设有液晶屏幕48，液晶屏幕48用于显示工作参数和设备本身的参数；液晶屏幕48上端右侧设有光电旋钮49，液晶屏幕48右侧和下方均设有功能按键50；液晶屏幕48左端下方设有用于打开关系仪器电源的电源开关51，电源开关51上方设有指示灯52；外壳47右侧从左到右依次设有蜂鸣器53、发射口54、多功能口55、接收口A56和接收口B57，蜂鸣器53在操作仪器时作为报警或提示用；发射口54连接发射换能器，用于输出激励换能器的高压脉冲；多功能口55用于接收外部触发信号，在测桩时可连接接收探头；接收口A56与接收换能器相连，通过仪器接收通道A接收透过被测介质的超声波信号；外壳47左侧从左到右依次设有用于传输数据或者仪器机内软件升级的USB接口58、RS232转接口59和电源口60，所述电源口60内置锂电池，外接220V电源进行充电，每次充电可以连续使用7个小时；RS232转接口59连接RS232串口线，用于实时数据传输。
进一步的，本发明所述指示灯52包括电源指示灯和充电指示灯，其中电源指示灯亮绿灯表示供电电压正常。当指示灯由绿色变为橙色时，表示供电电压低且接近下限值，当指示灯变为红色时，表示电压低于下限值，应尽快进行数据存盘并及时充电或使用外接电源。仪器在充电状态时，随着点亮的逐渐增加，充电指示灯由红变暗直至熄灭。
进一步的，本发明所述主电机6额定功率200w，额定转矩0.64，额定转速3000r/min，从电机7额定功率100w，额定转矩0.32，额定转速3000r/min。
进一步的，本发明所述操作手柄30上设有启停按钮301、单独控制选择按钮302、上下控制选择按钮303、无级调速旋钮304、有级调速速度选择旋钮305、有级调速/无极调速选择按钮306、联动/单独控制选择按钮307和手柄电源按钮308。
进一步的，本发明所述同步轮10包括压轮23、旋转编码器24、主辊轮25、导向柱26和支撑架27，所述主辊轮25上开设有4个轮槽，可同时放置4根电缆11；压轮23共有两个，分布在主辊轮25两侧，其由弹簧控制，可进行上下调节，自然状态下，压轮23与主辊轮25接触，主辊轮25转动时，压轮23在摩擦力的作用下也随之转动，在测量过程中，压轮23的作用是将信号线限制在主辊轮25的轮槽内，使电缆11的包角尽可能大，电缆11与主辊轮25之间的摩擦力也尽可能大，从而主辊轮25以及多条电缆11之间达到同步；旋转编码器24直接与主辊轮25相连，由于主辊轮25的直径一定，检测主辊轮25旋转的角度即可获得信号线上升的高度，从来实现对径向换能器5高度的监控；导向柱26的作用是限制多条电缆11处于一定的范围，避免电缆11与主辊轮25的轮槽不同轴时，出现异常摩擦或挑槽的现象；支撑架27主要为以上各部分做支撑，其上端装有压轮23的部分可打开，放置电缆11后关闭，有卡扣进行锁紧，其下的有螺纹孔，用来将其固定在三脚架上。
进一步的，本发明所述卷线轮1上设有集流环，用集流环代替固定电缆接头，使几十米甚至百余米的电缆线直接接入主机，电缆线平滑的随测随放(收)，避免了电缆线绞缠在一起放置地上而影响现场检测速度的现象发生，大大提高了现场检测的速度和效率。卷线轮1的直径为125mm，宽度为80mm，可以至少放置70m的信号线，完全满足要求。
下面以检测20m左右的空灌段为例，说明检测装置的操作步骤。
1)需将各装置安装好，将两根径向换能器5分别放置于两个任意的沉管4内；
2)两个卷线轮1共同以0～50m/min的速度放线，径向换能器5下降30m左右后停止。
3)两个卷线轮1共同以0～30m/min的速度使径向换能器5上升到地下25m左右的位置后停止，观察电缆11上面的距离记号，若发现两个径向换能器5没有处于同一高度，则将两个卷线轮1分别进行单独控制，以0～5m/min的速度微调一根电缆11，使两个径向换能器5处于同一高度。
4)主两个卷线轮11共同以3m/min、4.5m/min或6m/min的速度提升径向换能器5，至主机不能检测出有效信号时停止。此时径向换能器5处于检测状态，故需很小的速度进行检测以确定精确的空灌段高度，理论检测精度为±5cm。
5)两个卷线轮1单独以0～50m/min的速度提升至地上并完成收线工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，包括数字化升降控制系统、传感器系统和信号采集控制系统；其特征在于：所述数字化升降控制系统包括两个径向换能器(5)、主电机(6)、从电机(7)、两个减速器(8)、两个同步轮(10)以及控制柜(28)，所述主电机(6)和从电机(7)各通过一个减速器(8)驱动连接一个链轮(9)，链轮(9)安装在卷线轮(1)的主轴一端，卷线轮(1)一侧设有理线器，卷线轮(1)上盘绕有电缆(11)，电缆(11)穿过理线器上的凹槽；卷线轮(1)左侧上方设有同步轮(10)，两个卷线轮(1)上的电缆(11)均穿过同步轮(10)；同步轮(10)左侧设有提升轮(2)，电缆(11)穿过提升轮(2)；提升轮(2)位于沉管(4)上方，电缆(11)位于提升轮(2)下方的部分伸入沉管(4)内，沉管(4)内灌注有清水(3)；电缆(11)下端安装有径向换能器(5)；所述沉管(4)内含有沉渣(16)；径向换能器(5)上方连接有导线(14)，沉管(4)上方设有导轮(12)，导轮(12)安装在导轮支座(13)上，导线(14)绕过导轮(12)；所述沉管(4)共三个，均匀分布于桩内；桩外侧为桩孔壁(19)，桩内部下端灌注有桩内混凝土(17)，桩上端为桩孔口(21)，桩孔壁(19)内含有泥浆(18)；桩内插有灌注管(20)，灌注管(20)上端设有灌注漏斗(22)；所述控制柜(28)内部两侧分别安装有主电机驱动器(29)和从电机驱动器(31)，主电机驱动器(29)通过导线与主电机(6)连接，从电机驱动器(31)通过导线与从电机(7)连接；控制柜(28)内安装有24V直流电源(32)和漏电保护器(33)；控制柜(28)上端安装有操作手柄(30)，操作手柄(30)通过导线与24V直流电源(32)连接；控制柜(32)的背板上设有主电机接口(34)、操作手柄接口(35)、从电机接口(36)、AC电源接口(37)和总电源按钮(38)，主电机接口(34)通过导线与主电机(6)连接，操作手柄接口(35)通过导线与操作手柄(30)连接，从电机接口(36)通过导线与从电机(7)连接，AC电源接口(37)通过导线与24V直流电源(32)连接；所述传感器系统包括两个探测器(39)，所述探测器(39)底部装配有配重块(40)，探测器(39)下端外侧套设有橡胶垫片(41)；其中一个探测器(39)通过信号线(42)与发射接头(45)连接，另一个探测器(39)通过信号线(42)与接收接头(46)连接；所述信号线(42)每距离1m设有一个每米标记(43)，每20cm设有一个20cm标记(44)，信号线(42)的长度为70m；所述信号采集控制系统为信号采集控制器，信号采集控制器包括外壳(47)，所述外壳(47)顶部设有液晶屏幕(48)，液晶屏幕(48)上端右侧设有光电旋钮(49)，液晶屏幕(48)右侧和下方均设有功能按键(50)；液晶屏幕(48)左端下方设有用于打开关系仪器电源的电源开关(51)，电源开关(51)上方设有指示灯(52)；外壳(47)右侧从左到右依次设有蜂鸣器(53)、发射口(54)、多功能口(55)、接收口A(56)和接收口B(57)，发射口(54)连接发射换能器，接收口A(56)与接收换能器相连；外壳(47)左侧从左到右依次设有用于传输数据或者仪器机内软件升级的USB接口(58)、RS232转接口(59)和电源口(60)，所述电源口(60)内置锂电池；RS232转接口(59)连接RS232串口线。
2.根据权利要求1所述的超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，其特征在于：所述指示灯(52)包括电源指示灯和充电指示灯。
3.根据权利要求1所述的超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，其特征在于：所述主电机(6)额定功率200w，额定转矩0.64，额定转速3000r/min，从电机(7)额定功率100w，额定转矩0.32，额定转速3000r/min。
4.根据权利要求1所述的超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，其特征在于：所述操作手柄(30)上设有启停按钮(301)、单独控制选择按钮(302)、上下控制选择按钮(303)、无级调速旋钮(304)、有级调速速度选择旋钮(305)、有级调速/无极调速选择按钮(306)、联动/单独控制选择按钮(307)和手柄电源按钮(308)。
5.根据权利要求1所述的超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，其特征在于：所述同步轮(10)包括压轮(23)、旋转编码器(24)、主辊轮(25)、导向柱(26)和支撑架(27)，所述主辊轮(25)上开设有4个轮槽，压轮(23)共有两个，分布在主辊轮(25)两侧，压轮(23)与主辊轮(25)接触，旋转编码器(24)直接与主辊轮(25)相连，导向柱(26)安装在支撑架(27)左右两侧，压轮(23)安装在支撑架(27)顶端。
6.根据权利要求1所述的超深桩孔混凝土灌注面高度检测系统，其特征在于：所述卷线轮(1)上设有集流环，卷线轮(1)的直径为125mm，宽度为80mm。
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