CN109079961A - 一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，包括加速度传感器、振捣参数监测模块、外接充电供电单元、计算机；所述振捣参数监测模块与加速度传感器连接；所述振捣参数监测模块通过USB可与计算机连接；所述振捣参数监测模块可电池组供电或外接充电供电单元供电。本发明通过对振捣振动参数监测，解决依靠人员经验对混凝土预制振捣过程判断差错而产生欠振、过振的问题，达到工厂化生产过程中提高产品质量的目地，还可以通过对上传到计算机的振捣振动加速度波形和振捣参数的处理、分析，实现振捣设备故障诊断。

Description

一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统

技术领域

本发明属于振捣参数监测处理技术领域，特别涉及一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统。

背景技术

在现代建筑中，混凝土结构得到了广泛的应用，混凝土按施工方法分为现浇混凝土和预制混凝土。预制混凝土指是先在预制厂由专门机械设备进行浇筑成混凝土构件，再运至施工现场实施安装的生产方法，其特点1、结构性能一致性好，采用工厂化制作能有效保证结构力学性，离散性小。2、施工速度快，产品质量好，表面光洁度高。3、工厂化生产节能，有利于环保，降低现场施工的噪音。预制混凝土构件一般常见的有混凝土墙板、楼梯、工业厂房用混凝土屋架梁、地基处理用混凝土桩、地铁管片、方涵、圆涵等。混凝土振捣是将布料完成的混凝土进行振捣，使其密实、无气泡的工艺环节。混凝土振捣机械就是利用机件的振动作用捣实混凝土的机具，混凝土振捣机械有表面振动器亦称平板振动器、外部振动器即附着式振动器、内部振动器、振动台等形式，工厂化生产预制混凝土通常采用高效的附着式振动器振捣或振动台振捣方式。附着式振动器振捣是将一台或多台振动器安装在钢模底部，振动台振捣是将一台或多台振动器安装在台面底部，台面放置混凝土模具。振动器分高速电机驱动和气动驱动两种形式，气动驱动振动器因结构简单、价格较低而使用较多。

浇筑质量是影响预制混凝土构件质量的主要因素之一，振捣又是混凝土浇筑的重要环节。混凝土浇注时，经过振捣机械振捣的混凝土充分液化促使内部滞留空气排逸，使骨料颗粒间结合更紧密，从而达到密实、坚固、耐久的效果，经过充分振捣保证了混凝土构件的质量。当振捣振动频率与骨料固有的自振频率相接近时，就能大大的促进混凝土的液化，获得良好的振捣效果，通常振捣振动频率在150Hz～195Hz之间。振捣效果还与振捣振动加速度强度、时间相关联，振捣不够时达不到滞留空气排出、混凝土密实结合的效果，振捣过程也不宜过度，否则会出现砂与水泥浆分离，石子下沉，并在混凝土表面形成砂层，影响混凝土质量。目前混凝土振捣程度完全依靠现场操作人员经验判断，根据混凝土内冒泡和泛浆等现象凭经验而决定是否继续振捣，这些经验操作随意性强，受人为和环境因素影响大。

根据振捣振动加速度幅值、有效值、频率和振捣时间等参量可以确定振捣质量，从而确定是否振捣合适、振捣不够、振捣过度，从而消除人为因素的影响，保证工厂化生产振捣的质量和预制混凝土构件质量及一致性。

振捣设备的故障可以通过对振动加速度信号及功率谱来分析诊断。功率谱上的每一个峰值都反映了相应频率上的能量大小。如功率谱上的全部或某些峰值发生了变化，就可断定振捣设备内部的结构发生了变化。当振捣设备出现故障后，其与故障相关的频率分量上诊断参数的能量必将产生变化，这样便可根据功率谱上峰值点的变化进行故障的判断及故障分类。

发明内容

本发明针对混凝土预制构件生产过程中振捣对产品质量影响的技术问题，主要是依靠人员经验对混凝土预制振捣过程判断差错而产生欠振、过振，难以保证混凝土预制构件质量和质量的一致性的问题，以及在预制振捣过程中振捣设备出现故障诊断的问题，提供一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，可达到提高产品质量，在工厂化生产过程对振捣参数进行采集、存储、监测和分析的有益效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，包括加速度传感器、振捣参数监测模块、外接充电供电单元、计算机；所述振捣参数监测模块与加速度传感器连接；所述振捣参数监测模块通过USB与计算机连接；所述振捣参数监测模块可电池组供电或连接外接充电供电单元供电，系统组成框图见图1。

作为优选，所述振捣参数监测模块由电荷放大单元、滤波放大单元、采样保持单元、整形单元、微处理器及辅助单元、LCD显示单元、按键单元、USB接口单元、数据存储单元、电源单元、电池组构成；

所述电荷放大单元的信号输出端与滤波放大单元的信号输入端连接；所述滤波放大单元的信号输出端分别与采样保持单元、整形单元的信号输入端连接；所述采样保持单元、按键单元、整形单元的信号输出端均与微处理器及辅助单元的信号输入端连接；所述微处理器及辅助单元分别与LCD显示单元、USB接口单元、数据存储单元信号连接，电源单元与电池组连接，振捣参数监测模块组成框图见图2。

作为优选，所述电源单元与电池组连接，且电池组可连接外接充电供电单元。

作为优选，所述加速度传感器的信号输出端与电荷放大单元的信号输入端连接。

作为优选，所述加速度传感器选用压电式加速度传感器CA-YD-103。

作为优选，所述电荷放大单元采用静电计级运算放大器OPA128。

作为优选，所述USB接口单元采用USB专用控制器FT4222H。

作为优选，所述振捣参数监测模块采用了低功耗设计，由电池组供电或由AC220V通过外接充电供电单元供电和对电池组充电。

作为优选，所述采样保持单元输出振捣振动加速度信号，经AD转换器高速采集录波存储到数据存储单元，并计算出有效值和峰值。

作为优选，所述采样保持单元采用LF398采样保持电路。

作为优选，所述整形单元采用比较器LM393构成滞回比较整形电路，将振动加速度变换成脉冲频率信号，该信号接入到微处理器进行周期和频率的测量。

作为优选，所述USB接口单元与计算机信号连接，采集的振捣振动参数和记录的加速度波形还可以通过USB接口上传到计算机进行存储、处理和分析。

作为优选，计算机应用软件由Lebview编制，接收振捣振动参数监测模块采集上传的振动加速度波形数据，振动加速度有效值、峰值、频率；在屏幕上直观显示振动加速度-时间变化曲线，通过对振捣振动加速度波形、频谱和功率谱分析实现振捣设备的故障诊断。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明优点是体积小、重量轻、成本低、可靠性高、耗电量小、功能强等，适用于生产现场使用。

本发明根据振捣振动加速度幅值、有效值、频率和振捣时间等参量可以确定是否振捣不够、振捣正常、振捣过度，从而消除人员依靠经验确定预制混凝土振捣过程的偏差，保证预制混凝土构件质量和质量的一致性。

本发明的振捣参数监测模块通过USB可以很方便的和计算机相连接，可将振捣数据上传并实现数据显示、数据存储、数据处理和分析，并可实现振捣设备的故障诊断。

本发明解决依靠人员经验对混凝土预制振捣过程判断差错而产生欠振、过振，难以保证混凝土预制构件浇筑质量和质量的一致性的问题，以及通过对振捣振动加速度波形、参数处理和分析，实现振捣设备的故障诊断。

附图说明

图1为本发明的系统组成框图；

图2为本发明的振捣参数监测模块组成框图；

图3为本发明的振捣参数监测模块电路图一；

图4为本发明的振捣参数监测模块电路图二。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本实施例中，振捣振动加速度的检测采用CA-YD-103型压电式加速度传感器，主要技术参数包括：轴向灵敏度20pC/g、冲击极限量程2000g、频率响应0.5-12kHz。加速度传感器安装时采用M5螺纹固定在金属模具适当位置上。

本实施例中，加速度传感器的输出接入到模块的电荷放大单元，将压电加速度传感器输出的电荷量初步放大变换成电压信号，这里采用静电计级运算放大器OPA128构成的前置电荷放大电路。电荷放大单元输出信号再经过滤波放大单元滤波放大后接入采样保持单元，采样保持单元输出接入到微处理器的AD转换器。这里采用的是由LF353构成的二阶有源低通滤波放大电路，采样保持单元采用的是LF398采样保持电路。同时滤波放大单元输出的电压信号还加到由比较器LM393构成的滞回比较整形电路，变换成脉冲频率信号，再接入到微处理器，利用其比较和捕捉功能进行振动频率的测量。微处理器作为采集和控制的核心元件采用的是PIC16F877A。PIC16F877A单片机是microchip公司的产品，工作电压范围2.0V-5.5V，它采用14位的RISC指令系统，内部集成了A/D转换器、EEPROM、模拟比较器、带比较和捕捉功能的定时器/计数器、PWM输出控制器、异步串行通信控制器、SPI和I2C串行数据通信控制器。LCD显示单元采用3.3VLCD12864显示模块，具有较低的功耗和较强的汉字图形显示功能，在没有背光时耗电电流仅为3mA。数据存储单元采用的是1M×8位低功耗SRAM存储芯片SST25VF010。USB接口单元采用的是USB专用控制器FT4222H，其作用是将PIC16F877A的四线制SPI接口转换成USB2.0接口用于与计算机连接。FT4222H支持全速操作，传输速率高达53.8MbPs。按键单元电路用于功能键和参数设置。由于振捣参数监测模块采用了低功耗设计，因此可使用电池组供电。电池组采用IFR26650型3.2V磷酸铁锂电池两节串联，容量为3200mAH。3.3V电源电路采用低压差线性变换电路LM1117-3.3V，将电池组电压变换成+3.3V电压供数字电路使用。负电源电路采用电荷泵负电压芯片LTC1144，将电池电压变换成负电压，电源转换效率可达93％。振捣参数监测模块电路图见图3、图4。

本实施例中，振捣参数监测模块按功能分四个工作界面：1、上电初始界面：不进行数据采集，也不进行数据处理和传输，开始上电和复位之后处于此状态。2、参数设置模式：通过功能键进入参数设置界面，可以修改系统各参数，在退出此模式时保存相应的参数。3、启动采集监测界面：通过功能键进入采集监测界面，该界面分两个画面用于显示振捣振动参数；首先进行采集加速度零点自动校准，然后进入数据采集监测状态，运行振捣设备后自动开始高速采集记录振动加速度波形，经处理计算后得到并显示振动加速度幅值的瞬时值、振动加速度有效值的瞬时值、振捣的时间值，显示测量振动频率的瞬时值，显示当前处在“欠振”、“正常”、“过振”状态，0.5秒显示刷新一次。4、停止采集界面：停止采集时进入此界面，停止采集界面分两个画面，显示振动频率的平均值、最大值、最小值，加速度幅值的平均值、最大值，加速度有效值的平均值、最大值，振捣的时间值以及振捣是“欠振”“正常”“过振”。在停止采集界面时可以连接USB到计算机上传加速度波形数据和加速度频率、幅值、有效值、振捣时间等参数。

本实施例中，计算机应用软件由Lebview编制，主要功能是接收振捣参数监测模块上传的振动加速度波形数据，振动加速度有效值、峰值、频率，可在屏幕上直观显示振动加速度一时间变化曲线。对振动加速度波形数据进行快速傅里叶变换得到相应的幅值谱、功率谱，并将相应的谱函数在屏幕上以图形的形式显示出来。可以通过分析振动加速度波形、频谱和功率谱来确定振捣设备运行状况，根据功率谱上峰值点的变化进行故障的判断及故障分类。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。应当注意，为了清楚的进行表述，本发明的说明中省略了部分与本发明的保护范围无直接明显的关联但本领域技术人员已知的部件和处理的表述。

Claims (10)

1.一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，包括加速度传感器、振捣参数监测模块、外接充电供电单元、计算机；所述振捣参数监测模块与加速度传感器连接；所述振捣参数监测模块可通过USB与计算机连接；所述振捣参数监测模块可电池组供电或连接外接充电供电单元供电。

2.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述振捣参数监测模块由电荷放大单元、滤波放大单元、采样保持单元、整形单元、微处理器及辅助单元、LCD显示单元、按键单元、USB接口单元、数据存储单元、电源单元、电池组构成；

所述电荷放大单元的信号输出端与滤波放大单元的信号输入端连接；所述滤波放大单元的信号输出端分别与采样保持单元、整形单元的信号输入端连接；所述按键单元、采样保持单元、整形单元的信号输出端均与微处理器及辅助单元的信号输入端连接；所述微处理器及辅助单元分别与LCD显示单元、USB接口单元、数据存储单元信号连接，电源单元与电池组连接。

3.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述振捣参数监测模块采用了低功耗设计，由电池组供电，或由AC220V通过外接充电供电单元供电，同时对电池组充电。

4.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述加速度传感器选用压电式加速度传感器CA-YD-103。

5.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述电荷放大单元采用静电计级运算放大器OPA128。

6.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述USB接口单元采用USB专用控制器FT4222H。

7.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述整形单元采用比较器LM393构成滞回比较整形电路。

8.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述采样保持单元采用LF398采样保持电路。

9.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，所述USB接口单元可与计算机连接，上传振捣振动波形和振捣参数。

10.根据权利要求1所述的一种预制混凝土振捣参数监测和处理系统，其特征在于，计算机应用软件由Lebview编制，接收振捣振动参数监测模块采集上传的振动加速度波形数据，振动加速度有效值、峰值、频率；在屏幕上直观显示振动加速度-时间变化曲线，通过对振捣振动加速度波形、频谱和功率谱分析，实现振捣设备的故障诊断。