CN110376219B - 一种基于裂缝真实状态的试验测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于裂缝真实状态的试验测试装置及其测试方法，属于混凝土无损检测及修补加固技术领域。主要包括混凝土块、位置调节元件、固定元件、裂缝测试元件、智能控制元件、电源装置；通过固定元件结构，使不用时裂缝拍摄相机收进，避免外部环境造成镜头划伤，影响拍摄效果；通过裂缝测试元件、智能控制元件得出超声波信号在测试裂缝过程中能量的减小幅度，从而计算出裂缝深度，并根据裂缝深度对被测结构的安全性进行评估，并得到补救措施，增加装置工作的可靠性；通过智能控制元件方便本发明的裂缝测试装置进行远程裂缝测试，并将测试的数据变化值及时的传输给外部控制器，让监测人员能够及时的掌握裂缝的相关情况，便于及时处理。

Description

一种基于裂缝真实状态的试验测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于混凝土无损检测及修补加固技术领域，具体涉及一种基于裂缝真实状态的试验测试装置及其测试方法。

背景技术

混凝土结构是最重要的土木、水工及建筑结构，在社会基础设施中占据举足轻重的地位。然而，由于各种原因(如干燥收缩、温度应力、外荷载、基础变形等)造成混凝土产生裂缝，裂缝是混凝土结构中最常见的缺陷或损伤现象。由于裂缝的成因、状态、发展以及在结构中的位置等的不同，对结构的危害性也有很大的区别。严重的裂缝可能危害结构的整体性和稳定性，对结构的安全运行产生很大影响。另一方面，也有些裂缝，如表面温度变化或干燥收缩引起的浅裂缝则无大的影响。而贯穿裂缝或深层裂缝切断或部分切断了结构断面，破坏了结构的整体性和稳定性，对结构产生的危害性十分严重，甚至可引起严重的渗漏，导致工程不能正常使用，影响工程寿命和经济效益，即使是一般的表面裂缝对混凝土耐久性也会造成不利影响。此外，对于裂缝的修补，如裂缝充填(往裂缝中注入水泥砂浆或者环氧树脂等充填材料，以防内部钢筋锈蚀)和裂缝补强(裂缝表面粘贴钢板等)都需要在明确裂缝的状态、成因的基础上才能合理、有效地进行。

目前工程检测中常用的裂缝深度检测方法有损方法和无损方法，有损方法是指钻孔取芯方法直观、有效，但取芯法检测裂缝深度对结构破坏较大，费时费力，且对于深层裂缝由于取样困难往往难以测试。无损方法有超声波法(包括平测法、斜测法及对测法)、表面波法(相位反转法、传播时间差法)，但是，由于裂缝面的接触、钢筋、水分以及信号衰减的影响，导致波会提前通过，测试的传播时间变短，使得标准测试方法得到的裂缝深度往往较实际值偏浅，特别是对于深裂缝，其测试误差更大。

然而，裂缝的成因、状态、发展以及在结构中的位置不同，对结构的危害性有很大区别。为了确定裂缝的状态、发展和成因，合理评价裂缝对结构物的影响，选择适当的修补方案和时机，准确检测其深度、长度、宽度是非常重要的。其中，准确检测确定裂缝深度是关键，它是裂缝处理前制定各类处理方案的重要依据，也是保证裂缝处理达到预期效果的前提。因此，掌握混凝土大坝深层裂缝检测技术，快速、准确的检测出裂缝深度，对正确处理裂缝、保证建筑物安全稳定运行具有重要意义。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种可靠性高、检测方便、智能一体化的基于裂缝真实状态的试验测试装置及其测试方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，主要包括混凝土块、位置调节元件、固定元件、裂缝测试元件、智能控制元件、电源装置；所述混凝土块上分布有待测量的裂缝；

所述位置调节元件包括固定于所述混凝土块上且侧面沿水平方向设有滑动槽的安装竖板、侧壁通过滑动块与所述滑动槽连接的滑槽移动板、驱动滑动块在滑动槽内移动的驱动电机一，所述滑槽移动板底端侧面设有由竖直槽和水平槽构成的网状槽；

所述固定元件包括上端通过所述滑动柱可在网状槽内滑动的固定连接板；

所述裂缝测试元件包括用于发射超声波的发射换能器、用于接收所述发射换能器发射的超声波信号的接收换能器、用于接收所述接收换能器发射的声学信号并将其转化为电信号的超声波仪、用于显示所述超声波仪发射的超声波电信号的显波屏；

所述智能控制元件包括集成盒、外部控制器，所述集成盒设在固定连接板上，集成盒包括MCU、运算分析模块、无线通信模块一，所述MCU用于接收各个电气元件的电信号并进行初步分析，并将结果发送至外部控制器，所述运算分析模块与MCU连接，对超声波仪发送来的信号进行分析，得出超声波信号经过裂缝到达接收换能器的过程中能量的减小幅度以及裂缝深度，从而根据该裂缝深度判断被测结构的安全性，所述无线通信模块一用于MCU与外部控制器之间的通信，所述电源装置为驱动电机一、发射换能器、接收换能器、超声波仪、显波屏提供电源。

进一步地，所述固定元件还包括两个宽度调节板、驱动调节机构，所述驱动调节机构包括水平设在固定连接板底面上的支杆、通过弹簧杆与所述支杆中心连接的连接扣、一端通过转动件与连接扣连接且另一端与对应宽度调节板的后侧面连接的两个连接杆、用于连接支杆和对应连接杆的两个伸缩杆、用于驱动所述伸缩杆的驱动电机二，通过伸缩杆的拉伸和压缩来调节两个连接杆之间的宽度，从而调节两个宽度调节板的分和，使固定连接板内的电气元件露出或收进，不仅便于使用，而且还节约空间。

进一步地，两个所述宽度调节板相背的一端分别对称设有安装板，所述安装板上分别垂直设有自动吸盘，所述自动吸盘包括凹槽壳体、吸盘圆盘、压缩活塞、微型抽气泵，所述凹槽壳体与安装板通过连接柱连接，所述吸盘圆盘水平设在凹槽壳体内，且前端面均匀设有多个透气吸嘴，所述压缩活塞水平设在吸盘圆盘内，所述微型抽气泵与压缩活塞连接，通过微型抽气泵驱动压缩活塞在吸盘圆盘内来回压缩，使透气吸嘴内形成真空对位置调节元件进行固定，进一步增加稳定性。

进一步地，所述外部控制器包括CPU、无线通信模块二，所述CPU将接收到的MCU的信号进行分析、比较、调整，所述无线通信模块二接收或发送无线通信模块一的信号。

进一步地，所述网状槽上竖直槽和水平槽相交处设有卡接圆孔，所述滑动柱底端设有滑动圆球，所述滑动圆球的直径大于卡接圆孔的直径，当滑动柱在网状槽内滑动时，滑动圆球在经过的不同卡接圆孔内卡接进行固定，保证对位置调节元件的固定的稳定性。

进一步地，所述裂缝测试元件还包括裂缝拍摄相机，裂缝拍摄相机设在固定连接板前端，用于拍摄测量的裂缝图片并通过显示装置进行显示，通过裂缝的拍摄图像，使工作人员从能更直观的了解裂缝的情况，对其安全性进行评估，并得到相应的补救措施。

进一步地，所述集成盒还包括定位模块，所述定位模块与MCU连接，对测试装置进行实时定位。

利用本发明的裂缝测试装置对裂缝进行测试时，具体包括以下步骤：

S1：将安装竖板水平安装至混凝土块上端，启动驱动电机一，通过滑动块在滑动槽内移动来调节移动滑槽移动板在安装竖板上的位置，调节滑动柱在网状槽的位置，直至固定元件正对混凝土块上裂缝的位置；

S2：启动微型抽气泵，微型抽气泵驱动压缩活塞在吸盘圆盘内来回压缩，使透气吸嘴内形成真空吸附混凝土块上端上对位置调节元件进行固定；

S3：启动本发明的裂缝检测装置的内部电气元件，通过发射换能器重复发射超声波，通过接收换能器接收发射换能器发射的超声波信号然后发送至超声波仪，超声波仪将接收到底超声学信号其转化为电信号发送至显波屏和MCU，显波屏将将超声波能量的变化情况进行显示，MCU接收到超声波仪的超声波能量变化信号后，发送信号至运算分析模块，运算分析模块分析计算得出裂缝的深度，同时，启动驱动电机二，驱动电机二驱动伸缩杆向上压缩，伸缩杆拉伸，从而拉动两个宽度调节板分离，使裂缝拍摄相机移出，拍摄裂缝的进行拍摄并通过显示装置进行显示；

S4：CPU对接收到的MCU的信号进行分析、比较、调整，确定得出裂缝数据无误后即可。

更进一步地，所述滑槽移动板内对应卡接圆孔的位置设有弹簧缓冲球，所述弹簧缓冲球的直径大于卡接圆孔的直径，且弹簧缓冲球与卡接圆孔抵接，滑动圆球经过卡接圆孔时，与弹簧缓冲球碰触，避免因卡接圆孔对滑动圆球卡接作用而增加固定连接板位置调整的时间。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于裂缝真实状态的试验测试装置及其测试方法，通过位置调节元件、驱动调节机构对裂缝检测装置的位置进行调节，使裂缝测试元件正对裂缝位置，增加裂缝相关参数的精确度；通过控制两个宽度调节板的开合，使裂缝拍摄相机使用时移出，不用时裂缝拍摄相机收进固定连接板与宽度调节板之间，避免外部环境造成镜头划伤，影响拍摄效果；通过发射换能器重复发射超声波，通过接收换能器接收发射换能器发射的超声波信号然后发送至超声波仪，超声波仪将接收到底超声学信号其转化为电信号发送至显波屏，显波屏将将超声波能量的变化情况进行显示，运算分析模块对超声波仪发送来的信号进行分析，得出超声波信号经过裂缝到达接收换能器的过程中能量的减小幅度以及裂缝深度，并根据裂缝深度对被测结构的安全性进行评估，并得到补救措施，增加装置工作的可靠性；通过智能控制元件方便本发明的裂缝测试装置进行远程裂缝测试，并将测试的数据变化值及时的传输给外部控制器，让监测人员能够及时的掌握裂缝的相关情况，便于及时处理；本发明具备可靠性高、检测方便、智能一体化的优点，适合大量推广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的滑槽移动板的仰视图；

图3为本发明的弹簧缓冲球的结构示意图；

图4为本发明的固定元件的结构示意图；

图5为本发明的自动吸盘结构示意图；

图6为本发明的驱动调节机构的结构示意图；

图7是本发明的电气连接图。

其中，1-混凝土块、2-位置调节元件、200-滑动槽、20-安装竖板、21-滑槽移动板、210-滑动块、211-网状槽、2110-卡接圆孔、212-弹簧缓冲球、22-驱动电机一、3-固定元件、30-固定连接板、300-滑动柱、301-滑动圆球、31-宽度调节板、310-安装板、311-自动吸盘、3110-凹槽壳体、3111-吸盘圆盘、3112-压缩活塞、3113-微型抽气泵、3114-透气吸嘴、32-驱动调节机构、320-支杆、321-连接扣、322-连接杆、323-伸缩杆、324-驱动电机二、4-裂缝测试元件、40-发射换能器、41-接收换能器、42-超声波仪、43-显波屏、44-裂缝拍摄相机、5-智能控制元件、50-集成盒、500-MCU、501-运算分析模块、502-无线通信模块一、503-定位模块、51-外部控制器、510-CPU、511-无线通信模块二。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例：如图1所示，一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，主要包括混凝土块1、位置调节元件2、固定元件3、裂缝测试元件4、智能控制元件5、电源装置；混凝土块1上分布有待测量的裂缝；

如图2所示，位置调节元件2包括固定于混凝土块1上且侧面沿水平方向设有滑动槽200的安装竖板20、侧壁通过滑动块210与滑动槽200连接的滑槽移动板21、驱动滑动块210在滑动槽200内移动的驱动电机一22，滑槽移动板21底端侧面设有由竖直槽和水平槽构成的网状槽211，网状槽211上竖直槽和水平槽相交处设有卡接圆孔2110，滑动柱300底端设有滑动圆球301，滑动圆球301的直径大于卡接圆孔201的直径，当滑动柱300在网状槽211内滑动时，滑动圆球301在经过的不同卡接圆孔201内卡接进行固定，保证对位置调节元件2的固定的稳定性，如图3所示，滑槽移动板21内对应卡接圆孔201的位置设有弹簧缓冲球212，弹簧缓冲球212的直径大于卡接圆孔201的直径，且弹簧缓冲球212与卡接圆孔201抵接，滑动圆球301经过卡接圆孔201时，与弹簧缓冲球212碰触，避免因卡接圆孔201对滑动圆球301卡接作用而增加固定连接板30位置调整的时间；

如图4所示，固定元件3包括上端通过滑动柱300可在网状槽211内滑动的固定连接板30、两个宽度调节板31、驱动调节机构32，如图6所示，驱动调节机构32包括水平设在固定连接板30底面上的支杆320、通过弹簧杆与支杆320中心连接的连接扣321、一端通过转动件与连接扣321连接且另一端与对应宽度调节板31的后侧面连接的两个连接杆322、用于连接支杆320和对应连接杆322的两个伸缩杆323、用于驱动伸缩杆323的驱动电机二324，通过伸缩杆323的拉伸和压缩来调节两个连接杆322之间的宽度，从而调节两个宽度调节板31的分和，使固定连接板30内的电气元件露出或收进，不仅便于使用，而且还节约空间，两个宽度调节板31相背的一端分别对称设有安装板310，如图5所示，安装板310上分别垂直设有自动吸盘311，自动吸盘311包括凹槽壳体3110、吸盘圆盘3111、压缩活塞3112、微型抽气泵3113，凹槽壳体3110与安装板310通过连接柱连接，吸盘圆盘3111水平设在凹槽壳体3110内，且前端面均匀设有5个透气吸嘴3114，压缩活塞3112水平设在吸盘圆盘3111内，微型抽气泵3113与压缩活塞3112连接，通过微型抽气泵3113驱动压缩活塞3112在吸盘圆盘3111内来回压缩，使透气吸嘴3114内形成真空对位置调节元件2进行固定，进一步增加稳定性；

裂缝测试元件4包括用于发射超声波的发射换能器40、用于接收发射换能器40发射的超声波信号的接收换能器41、用于接收接收换能器41发射的声学信号并将其转化为电信号的超声波仪42、用于显示超声波仪42发射的超声波电信号的显波屏43、裂缝拍摄相机44，发射换能器40、接收换能器41、超声波仪42、显波屏43设在两个宽度调节板31上，裂缝拍摄相机44设在固定连接板30前端，用于拍摄测量的裂缝图片并通过显示装置进行显示，通过裂缝的拍摄图像，使工作人员从能更直观的了解裂缝的情况，对其安全性进行评估，并得到相应的补救措施；

智能控制元件5包括集成盒50、外部控制器51，集成盒50设在固定连接板30上，集成盒50包括MCU500、运算分析模块501、无线通信模块一502、定位模块503，MCU500用于接收各个电气元件的电信号并进行初步分析，并将结果发送至外部控制器51，运算分析模块501与MCU500连接，对超声波仪42发送来的信号进行分析，得出超声波信号经过裂缝到达接收换能器41的过程中能量的减小幅度以及裂缝深度，从而根据该裂缝深度判断被测结构的安全性，无线通信模块一502用于MCU500与外部控制器51之间的通信，定位模块503与MCU500连接，对测试装置进行实时定位，外部控制器51包括CPU510、无线通信模块二511，CPU510将接收到的MCU500的信号进行分析、比较、调整，无线通信模块二511接收或发送无线通信模块一502的信号；电源装置为驱动电机一22、微型抽气泵3113、驱动电机二324、发射换能器40、接收换能器41、超声波仪42、显波屏43、裂缝拍摄相机44提供电源。

利用本装置进行裂缝的测试方法，具体包括以下步骤：

S1：将安装竖板20水平安装至混凝土块1上端，启动驱动电机一22，通过滑动块210在滑动槽200内移动来调节移动滑槽移动板21在安装竖板20上的位置，调节滑动柱300在网状槽200的位置，直至固定元件3正对混凝土块1上裂缝的位置；

S2：启动微型抽气泵3113，微型抽气泵3113驱动压缩活塞3112在吸盘圆盘3111内来回压缩，使透气吸嘴3114内形成真空吸附混凝土块1上端上对位置调节元件2进行固定；

S3：启动本发明的裂缝检测装置的内部电气元件，在混凝土块1上端裂缝附近选择长度为L的测点间距，将发射换能器40和接收换能器41分别放置在上述测点间距两端，使发射换能器40和接收换能器41距离裂缝距离均为

同时测出超声波脉冲经过测点间距两端的传播时间，设为Tc，并将无裂缝情况下相同测点间距超声波脉冲传播时间设为T，将裂缝深度设为H，利用运算分析模块501根据公式：

得出裂缝的深度值，并将计算结果发送至MCU500，同时，启动驱动电机二324，驱动电机二324驱动伸缩杆323向上压缩，伸缩杆323拉伸，从而拉动两个宽度调节板31分离，使裂缝拍摄相机44移出，拍摄裂缝的进行拍摄并通过显示装置进行显示；

S4：CPU510对接收到的MCU500的信号进行分析、比较、调整，确定得出裂缝数据无误后即可。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，其特征在于，主要包括混凝土块(1)、位置调节元件(2)、固定元件(3)、裂缝测试元件(4)、智能控制元件(5)、电源装置；所述混凝土块(1)上分布有待测量的裂缝；

所述位置调节元件(2)包括固定于所述混凝土块(1)上且侧面沿水平方向设有滑动槽(200)的安装竖板(20)、侧壁通过滑动块(210)与所述滑动槽(200)连接的滑槽移动板(21)、驱动滑动块(210)在滑动槽(200)内移动的驱动电机一(22)，所述滑槽移动板(21)底端侧面设有由竖直槽和水平槽构成的网状槽(211)；

所述固定元件(3)包括上端通过所述滑动柱(300)可在网状槽(211)内滑动的固定连接板(30)；

所述裂缝测试元件(4)包括用于发射超声波的发射换能器(40)、用于接收所述发射换能器(40)发射的超声波信号的接收换能器(41)、用于接收所述接收换能器(41)发射的声学信号并将其转化为电信号的超声波仪(42)、用于显示所述超声波仪(42)发射的超声波电信号的显波屏(43)；

所述智能控制元件(5)包括集成盒(50)、外部控制器(51)，所述集成盒(50)设在固定连接板(30)上，集成盒(50)包括MCU(500)、运算分析模块(501)、无线通信模块一(502)，所述MCU(500)用于接收各个电气元件的电信号并进行初步分析，并将结果发送至外部控制器(51)，所述运算分析模块(501)与MCU(500)连接，对超声波仪(42)发送来的信号进行分析，得出超声波信号经过裂缝到达接收换能器(41)的过程中能量的减小幅度以及裂缝深度，从而根据该裂缝深度判断被测结构的安全性，所述无线通信模块一(502)用于MCU(500)与外部控制器(51)之间的通信，所述电源装置为驱动电机一(22)、发射换能器(40)、接收换能器(41)、超声波仪(42)、显波屏(43)提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，其特征在于，所述固定元件(3)还包括两个宽度调节板(31)、驱动调节机构(32)，所述驱动调节机构(32)包括水平设在固定连接板(30)底面上的支杆(320)、通过弹簧杆与所述支杆(320)中心连接的连接扣(321)、一端通过转动件与连接扣(321)连接且另一端与对应宽度调节板(31)的后侧面连接的两个连接杆(322)、用于连接支杆(320)和对应连接杆(322)的两个伸缩杆(323)、用于驱动所述伸缩杆(323)的驱动电机二(324)。

3.根据权利要求2所述的一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，其特征在于，两个所述宽度调节板(31)相背的一端分别对称设有安装板(310)，所述安装板(310)上分别垂直设有自动吸盘(311)，所述自动吸盘(311)包括凹槽壳体(3110)、吸盘圆盘(3111)、压缩活塞(3112)、微型抽气泵(3113)，所述凹槽壳体(3110)与安装板(310)通过连接柱连接，所述吸盘圆盘(3111)水平设在凹槽壳体(3110)内，且前端面均匀设有多个透气吸嘴(3114)，所述压缩活塞(3112)水平设在吸盘圆盘(3111)内，所述微型抽气泵(3113)与压缩活塞(3112)连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，其特征在于，所述外部控制器(51)包括CPU(510)、无线通信模块二(511)，所述CPU(510)将接收到的MCU(500)的信号进行分析、比较、调整，所述无线通信模块二(511)接收或发送无线通信模块一(502)的信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，其特征在于，所述网状槽(211)上竖直槽和水平槽相交处设有卡接圆孔(2110)，所述滑动柱(300)底端设有滑动圆球(301)，所述滑动圆球(301)的直径大于卡接圆孔(201)的直径。

6.根据权利要求1所述的一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，其特征在于，所述裂缝测试元件(4)还包括裂缝拍摄相机(44)，裂缝拍摄相机(44)设在固定连接板(30)前端，用于拍摄测量的裂缝图片并通过显示装置进行显示。

7.根据权利要求1所述的一种基于裂缝真实状态的试验测试装置，其特征在于，所述集成盒(50)还包括定位模块(503)，所述定位模块(503)与MCU(500)连接，对测试装置进行实时定位。

8.一种权利要求1-7任一所述的基于裂缝真实状态的试验测试装置的测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：将安装竖板(20)水平安装至混凝土块(1)上端，启动驱动电机一(22)，通过滑动块(210)在滑动槽(200)内移动来调节移动滑槽移动板(21)在安装竖板(20)上的位置，调节滑动柱(300)在网状槽(211)的位置，直至固定元件(3)正对混凝土块(1)上裂缝的位置；

S2：启动微型抽气泵(3113)，微型抽气泵(3113)驱动压缩活塞(3112)在吸盘圆盘(3111)内来回压缩，使透气吸嘴(3114)内形成真空吸附混凝土块(1)上端上对位置调节元件(2)进行固定；

S3：启动本发明的裂缝检测装置的内部电气元件，通过发射换能器(40)重复发射超声波，通过接收换能器(41)接收发射换能器(40)发射的超声波信号然后发送至超声波仪(42)，超声波仪(42)将接收到底超声学信号其转化为电信号发送至显波屏(43)和MCU(500)，显波屏(43)将将超声波能量的变化情况进行显示，MCU(500)接收到超声波仪(42)的超声波能量变化信号后，发送信号至运算分析模块(501)，运算分析模块(501)分析计算得出裂缝的深度，同时，启动驱动电机二(324)，驱动电机二(324)驱动伸缩杆(323)向上压缩，伸缩杆(323)拉伸，从而拉动两个宽度调节板(31)分离，使裂缝拍摄相机(44)移出，拍摄裂缝的进行拍摄并通过显示装置进行显示；

S4：CPU(510)对接收到的MCU(500)的信号进行分析、比较、调整，确定得出裂缝数据无误后即可。

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