CN109342216B - 混凝土电杆力学性能检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混凝土电杆力学性能检测系统。其特点是：包括集成控制模块，该集成控制模块分别与载荷施加模块(12)、挠度测量模块(11)和裂纹测量模块(10)连接；其中集成控制模块包括带有显示器的主机，该主机通过第一控制器与所述的载荷施加模块(12)连接，并且该主机还通过无线模块分别与挠度测量模块(11)和裂纹测量模块(10)通过无线方式连接；其中载荷施加模块(12)包括基座，在该基座上安装有电机或者液压机构，该电机或者液压机构的输出端通过传动机构与待测电杆接触从而施加载荷。能够提高安全防护能力实现自动化检测，并且提高检测结果的精度和可靠性，显著提高效率。

Description

混凝土电杆力学性能检测系统
技术领域
本发明涉及一种混凝土电杆力学性能检测系统。
背景技术
环形混凝土电杆由砂、石、水泥、钢材等组成，它是电力架空线路、通信线路及照明线路上普遍采用的水泥预制构件，依据标准GB 4623-2014环形混凝土电杆，应对环形混凝土电杆抽样进行力学性能测试，以保证该批次产品质量符合标准要求。
常规的力学性能测试过程是将环形混凝土电杆的根部水平固定，由工作人员(1号工位)通过手拉倒链的方式对环形混凝土电杆的梢部施加载荷，施加的载荷大小和挠度值实时传输到显示器上，由一名工作人员(2号工位)对载荷大小进行监督，施加到开裂检验弯矩10％时(不同规格的电杆要求开裂检验弯矩不同)，2号工位的工作人员口头通知施加载荷的员工(1号工位)，此时1号工位停止加荷，静停3min后，1号工位继续加载，载荷达到开裂检验弯矩20％时，1号工位再次停止加荷，如此重复，载荷从开裂检验弯矩80％开始，工作人员(3号工位)需在静停期间到电杆受张力侧利用显微镜观察电杆表面的裂纹宽度，确定裂纹宽度是否超标，并将结果反馈至2号工位。实验结束后，2号工位需读取显示器上显示的挠度值，比对标准要求，确定电杆受力后的挠度是否超标。施加一定大小的力值后保持载荷三分钟，再次更大施加载荷，反复循环这一过程。
在目前的混凝土电杆力学性能检测过程中，存在以下问题：1、需要处于1号工位的工作人员手动拉倒链施加载荷，存在劳动强度大和施加载荷精度低的问题；2、处于2号工位的工作人员向处于1号工位的工作人员口头发布施加载荷和停止施加载荷的命令，试验的可靠性和严谨性存在问题；3、每次阶段性停止施加载荷期间，3号工位的工作人员需手持显微镜跪爬在受力电杆的受张力侧进行裂纹宽度的检测，劳动强度大，检测效率低，安全隐患大；4、循环反复进行加载、保载、观察裂纹的过程,检测过程不够紧凑，浪费时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土电杆力学性能检测系统，能够提高安全防护能力实现自动化检测，并且提高检测结果的精度和可靠性，显著提高效率。
一种混凝土电杆力学性能检测系统，其特别之处在于：包括集成控制模块，该集成控制模块分别与载荷施加模块、挠度测量模块和裂纹测量模块连接；其中集成控制模块包括带有显示器的主机，该主机通过第一控制器与所述的载荷施加模块连接，并且该主机还通过无线模块分别与挠度测量模块和裂纹测量模块通过无线方式连接；其中载荷施加模块包括基座，在该基座上安装有电机或者液压机构，该电机或者液压机构的输出端通过传动机构与待测电杆接触从而施加载荷；其中挠度测量模块包括底座，在该底座上安装有防水电器盒，在该防水电器盒内安装有第二控制器，该第二控制器分别与电池和无线通信模块连接，其中在底座上还安装有支撑杆，在该支撑杆顶端安装有夹块，在该夹块上可拆卸安装有位移测量节点传感器和挠度测量节点传感器，该位移测量节点传感器和挠度测量节点传感器分别与前述的第二控制器连接；
其中裂纹测量模块包括安装在待测电杆上的轨道，在该轨道上安装有能沿该轨道移动的小车，在该小车一侧安装有曲臂，在该曲臂上分别安装有裂纹识别系统和专用混凝土裂纹测量仪，该裂纹识别系统和专用混凝土裂纹测量仪分别与安装在前述小车上的第三控制器连接。
其中在小车两侧各自安装有圆弧形的弹簧支撑腿，在该弹簧支撑腿上安装有滑轮从而与待测电杆表面滚动接触。
其中轨道紧贴待测电杆表面并且该轨道与待测电杆的中轴线在同一平面上。
其中在小车上安装有电机，该电机与电源连接并且该电机通过驱动电路与第三控制器连接。
其中裂纹识别系统采用轮廓测量仪，专用混凝土裂纹测量仪采用裂纹宽度测量仪。
其中第三控制器分别与无线通信模块和外部存储器连接。
采用本发明设备对电杆在加载过程中的裂纹宽度进行检测，具备以下优点：
1、检测自动化，相较于原来工作人员在手工拉倒链加载，加载结束保载期间工作人员再手持显微镜检测裂纹宽度等工作程序，新系统中这些工作完全由系统程序控制，工作人员仅需在工作台处操作仪器即可一键式完成所有检测工作；
2、检测机械化，相较于原来工作中工作人员手动拉倒链加载，手动检测裂纹宽度等，新系统中这些工作完全由机械装置代替，大大降低工作人员的安全风险和劳动强度；
3、检测结果数据化，相较于原来工作中数据依赖工作人员的实地读取，并记录在记录纸上，工作人员之间口头下达加载或者停止加载的命令，新系统中所有参数均由集成控制模块下达，并最终反馈在集成控制模块中，在检测结束后一次性获取所有数据，大大减小人为测量的误差，提高了检测精度；
4、检测程序化，相较于原来工作中工作人员依据规程不断重复加载、保载、测量裂纹宽度等工作程序，新系统中电脑程序控制各个模块即可完成工作，上一项工作完成后下一项工作自动开始，无需工作人员干预检测过程，工作安排紧凑，可节约工作时间。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明中裂纹测量模块10的结构示意图；
附图3为本发明中裂纹测量模块10的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种混凝土电杆力学性能检测系统，包括集成控制模块(中控台)，该集成控制模块分别与载荷施加模块12、挠度测量模块11和裂纹测量模块10连接。
本发明提供了一种混凝土电杆力学性能检测系统，包括集成控制模块，该集成控制模块分别与载荷施加模块12、挠度测量模块11和裂纹测量模块10连接。
其中集成控制模块包括带有显示器的主机，该主机通过第一控制器与所述的载荷施加模块12连接，并且该主机还通过无线模块分别与挠度测量模块11和裂纹测量模块10通过无线方式连接。
其中载荷施加模块12包括基座，在该基座上安装有电机或者液压机构，该电机或者液压机构的输出端通过传动机构与待测电杆接触从而施加载荷。
其中挠度测量模块11包括底座，在该底座上安装有防水电器盒，在该防水电器盒内安装有第二控制器，该第二控制器分别与电池和无线通信模块连接，其中在底座上还安装有支撑杆，在该支撑杆顶端安装有夹块，在该夹块上可拆卸安装有位移测量节点传感器和挠度测量节点传感器，该位移测量节点传感器和挠度测量节点传感器分别与前述的第二控制器连接；
其中裂纹测量模块10包括安装在待测电杆上的轨道2，在该轨道2上安装有能沿该轨道2移动的小车3，在该小车3一侧安装有曲臂5，在该曲臂5上分别安装有裂纹识别系统6和专用混凝土裂纹测量仪7，该裂纹识别系统6和专用混凝土裂纹测量仪7分别与安装在前述小车3上的第三控制器4连接。
其中在小车3两侧各自安装有圆弧形的弹簧支撑腿1，在该弹簧支撑腿1上安装有滑轮从而与待测电杆表面滚动接触。其中轨道2紧贴待测电杆表面并且该轨道2与待测电杆的中轴线在同一平面上。其中在小车3上安装有电机，该电机与电源连接并且该电机通过驱动电路与第三控制器4连接。其中裂纹识别系统6采用轮廓测量仪，专用混凝土裂纹测量仪7采用裂纹宽度测量仪。另外第三控制器4分别与无线通信模块和外部存储器连接。
本发明的系统主要解决以下问题：1、提高安全防护能力；2、自动化检测；3、提高检测结果的精度和可靠性；4、提高效率。
整套系统由四个模块组成，分别为：集成控制模块、载荷施加模块12、挠度测量模块11、裂纹测量模块10，其中集成控制模块作为该系统的“指挥部”，负责对其他三个模块发布动作命令。
载荷施加模块12由基座和电机(或者液压机构)加上传动机构组成，代替现有的1号工位处人工施加载荷方式，与集成控制模块无线连接，可依据在集成控制模块中设置的参数精确控制施加载荷的大小，并将数据实时传输到集成控制模块处，当施加载荷大小达到程序预设的数值时，集成控制模块下达停止加载的命令，此时载荷施加模块12停止动作，等待下一个动作命令的下达。很明显，测试时需要将电杆底部固定，可使用现有常规固定方式。
挠度测量模块11也通过无线方式连接到集成控制模块，数据采集时间为每次停止施加载荷(即静停3min)期间，每次将测得到数据实时传输到集成控制模块处，由集成控制模块将收到的数据与系统预设数据做比对，进而判断该电杆挠度测量结果是否合格，合格则系统继续下面的步骤，不合格则系统声光报警。
裂纹测量模块10由行走器，视频采集装置和测宽装置组成，通过无线方式连接到集成控制模块，同样在每次静停3min期间收到集成控制模块的动作命令，收到动作命令后行走器从电杆根部出发，沿电杆轴向缓慢运动，发现裂纹后停止运动，由测宽装置进行裂纹宽度测量，测量结果实时无线传输至集成控制模块，由集成控制模块将测量结果与系统预设参数比对，分析测量结果是否合格，如果合格，则行走器继续行走，不合格则系统声光报警，行走距离根据不同规格电杆有所不同，达到行走距离后行走器携带视频采集装置和测宽装置返回起始位置，等待下次动作命令。
集成控制模块需对被检电杆进行规格选择，选定电杆规格后，系统后台开始按照预设程序向其他三个模块发布动作或者停止动作命令，并且接收挠度测量模块11和裂纹测量模块10的测量结果，进行合格与否的判断。集成控制模块显示器上，正在执行的程序显示深色，其他程序显示浅色，便于工作人员了解试验进程，实验结束后，在显示器上显示结果合格与否，挠度最大值和裂纹宽度最大值。
整套设备的应用可以大大提高电杆检测工作的安全可靠性、检测效率等。
如图2、3所示，本发明提供了一种电杆裂纹检测装置，包括安装在待测电杆上的轨道2，在该轨道2上安装有能沿该轨道2移动的小车3，在该小车3一侧安装有曲臂5(弧形杆)，在该曲臂5末端上分别安装有裂纹识别系统6和专用混凝土裂纹测量仪7，该裂纹识别系统6和专用混凝土裂纹测量仪7分别与安装在前述小车3上的控制器4(例如单片机)连接。
本发明采用单片机+(电机)驱动电路+电机的方式，从而控制小车3车轮运动，另外，控制器4可通过外接无线通信模块将检测结果照片实时传输到手机等通讯设备上或者直接存储在外部存储器上。其中在小车3两侧各自安装有圆弧形的弹簧支撑腿1，弹簧支撑腿1为厚2mm、宽10mm的不锈钢金属片，由弹簧钢制成，其一端固定连接在小车3下部，另一端安装有滑轮从而与待测电杆表面滚动接触。
实施例1：
本发明系统主机为windows系统，安装了定制试验控制软件，除常规的与试验机控制器进行通信，对试验过程进行控制外，还具有通过无线模块远程读取挠度测量结果的功能。
控制器使用伺服静载试验机专用控制器，具有控制模式多样、控制精度高、稳定性强的优点。
液压站为伺服液压站，噪音小、稳定性强、体积小、控制精度高。
无线模块选用兼容MODBUS高速传输的无线DTU，用于主机与挠度测量节点间的通信。
挠度测量模块11为定制设计的单片机系统，用于加载端挠度与支撑点位移的采集。
裂纹测量模块10为定制设计的单片机系统，用于在加载过程中电杆受张力侧混凝土开裂宽度的测量。
挠度测量模块11：
底座为铝合金结构，用于安装防水电气盒、承载传感器安装支架的作用，同时具有合理测重量，在保证结构稳定性的同时，不会过于沉重，从而降低设备整体的便携性能。安装支架主要由支撑杆和夹块构成，支撑杆固定在底座上，夹块通过螺丝锁紧在支撑杆上，松开螺丝可调节或拆卸夹块。位移测量节点传感器选用自复位推拉位移传感器，量程为0～50mm，用于测量电杆固定点的位移；挠度测量节点传感器选用拉绳式位移传感器，量程为0～1500mm，用于测量电杆加载点的变形，即挠度。
防水电气盒为远程测量节点的核心，其中主要配件包括防水外壳、锂电池、电路板。外壳选用铸铝防水外壳，在开孔后仍能防止溅起的水或小雨对采集系统的破坏；锂电池选用大容量三串18650电池，充满电的情况下能支撑采集系统工作40小时以上的工作；电路板采用工业级设计，选用飞思卡尔汽车级单片机作为主控，能支持系统在恶劣工况下的工作，采集芯片选用24位高精度AD转换芯片，保证系统采集精度，板载工业级高速433无线通信模块，接收来自控制台的数据读取命令，并且向控制软件反馈当前传感器采集到的数据。
裂纹测量模块10：
由轨道2，小车3，控制器4，裂纹识别系统6，自主开发的专用混凝土裂纹测量仪7五个主要部分组成。
如图1、2所示，轨道2为软质，可折卷，使用时水平铺设在电杆正上方，作为整个系统的导向；小车3由车身主体和弹簧片支撑腿组成，车身主体起承载控制器4，裂纹识别系统6采用品牌为基恩士的3D激光轮廓测量仪，和专用混凝土裂纹测量仪7采用宇通时代公司生产的型号为CW50裂纹宽度测量仪的作用，并可携带以上部件在轨道2上沿电杆轴向移动，其移动速度固定，启停受控制器4控制，弹簧片支撑腿起到帮助小车3车身抱箍在不同直径电杆的作用，小车3到达行程终点后自动改变运动方向，回到起始位置，回程中裂纹识别系统6和专用混凝土裂纹测量仪7不动作。
裂纹识别系统6以基恩士原装进口的机器视觉系统为核心，通过曲臂5固定在小车3上，鉴于水泥杆个体差异较大，常规的2D、2.5D图像识别技术易发生误触发以及不触发的情况，选用基恩士的3D激光轮廓测量仪对水泥杆进行扫描，实现裂纹的识别。镜头与电杆间距离保持一定，以识别电杆耐张侧混凝土是否有开裂，一旦发现开裂则立即将信号反馈至控制器4，控制器4接到信息后控制小车3停止移动，同时专用混凝土裂纹测量仪7启动，测量已发现裂纹的宽度，测量完成后将数据反馈至控制器4，控制器4将数据保存后再次控制小车3，此时小车3启动，继续向前移动。连接实现水泥杆开裂裂纹的自动判定。

Claims (1)

1.一种混凝土电杆力学性能检测系统，其特征在于：包括集成控制模块，该集成控制模块分别与载荷施加模块（12）、挠度测量模块（11）和裂纹测量模块（10）连接；
其中集成控制模块包括带有显示器的主机，该主机通过第一控制器与所述的载荷施加模块（12）连接，并且该主机还通过无线模块分别与挠度测量模块（11）和裂纹测量模块（10）通过无线方式连接；
其中载荷施加模块（12）包括基座，在该基座上安装有电机或者液压机构，该电机或者液压机构的输出端通过传动机构与待测电杆接触从而施加载荷；
其中挠度测量模块（11）包括底座，在该底座上安装有防水电器盒，在该防水电器盒内安装有第二控制器，该第二控制器分别与电池和无线通信模块连接，其中在底座上还安装有支撑杆，在该支撑杆顶端安装有夹块，在该夹块上可拆卸安装有位移测量节点传感器和挠度测量节点传感器，该位移测量节点传感器和挠度测量节点传感器分别与前述的第二控制器连接；
其中裂纹测量模块（10）包括安装在待测电杆上的轨道（2），在该轨道（2）上安装有能沿该轨道（2）移动的小车（3），在该小车（3）一侧安装有曲臂（5），在该曲臂（5）上分别安装有裂纹识别系统（6）和专用混凝土裂纹测量仪（7），该裂纹识别系统（6）和专用混凝土裂纹测量仪（7）分别与安装在前述小车（3）上的第三控制器（4）连接；
其中在小车（3）两侧各自安装有圆弧形的弹簧支撑腿（1），在该弹簧支撑腿（1）上安装有滑轮从而与待测电杆表面滚动接触；
其中轨道（2）紧贴待测电杆表面并且该轨道（2）与待测电杆的中轴线在同一平面上；
其中在小车（3）上安装有电机，该电机与电源连接并且该电机通过驱动电路与第三控制器（4）连接；
其中裂纹识别系统（6）采用轮廓测量仪，专用混凝土裂纹测量仪（7）采用裂纹宽度测量仪；
其中第三控制器（4）分别与无线通信模块和外部存储器连接。
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