CN111060394A - 基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统 - Google Patents

基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，包括力传感器、位移传感器、数据采集模块、数据处理模块、SD卡、外接充电电源。数据处理模块与数据采集模块通过无线连接组成上下位机结构。在现场拉拔试验中，数据采集模块采集的荷载、位移数据无线传输到数据处理模块，并实时在TFT彩色显示屏上显示瞬时值、最大值、荷载‑位移关系曲线，这些数据和曲线可以保存到SD卡。经过调取SD卡保存相同规格型号锚栓和基层材料的样本荷载‑位移曲线与检测的荷载‑位移曲线比较，可确定锚栓的锚固性能。数据采集模块、数据处理模块由电池供电，不需要现场AC220V电源。本测试系统具有高的性价比，测试安全、便捷、准确。

Description

基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统
技术领域
本发明涉及建筑质量测试技术领域，尤其是基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统。
背景技术
随着我国城镇化建设的发展，建筑业处于快速发展阶段，各种建筑结构形式越来越多，锚栓作为一种主要的连接部件，其使用的范围和使用量迅速增加，广泛应用于建筑结构、外墙保温、玻璃幕墙、装饰装磺等多个方面的施工安装中。
锚栓做为建筑的一种重要结构件，其承载性能直接影响到工程质量，如达不到设计要求可能会造成安装部件损坏或脱落事故的发生，严重的不得不拆除重建，这些都关系着建筑的耐久性和人员安全性。锚栓质量、锚栓安装质量和基层墙体质量都会影响锚栓的承载性能，其中锚栓安装施工质量是决定锚栓承载性能的重要因素。由于施工人员素质责任心的差别，包括在实际工程中现场施工会出现各种不确定的情况，锚栓安装施工质量是不同的。为了严格控制施工质量，安装后施工单位、检验单位要对锚栓锚固性能进行测试，加强对施工质量的监督与验收。
目前检验锚栓锚固承载性能采用的是拉拔试验，分为非破损性试验和破损性试验，破损性试验只有在特殊的场合和情况下被指定采用，施工现场采用最多的还是非破损试验。无论是非破损试验还是破损性试验都采用抽样检验方式，非破损试验对一般结构构件、对重要结构构件及生命线工程检验的比例是不同的，应按其检验批次总数的1％～3％甚至20％，且不少于3到5件进行随机抽样。施工现场破损性检验的抽样，每一检验批次按总数的1‰，且不少于5件进行检验。非破损试验方法是将荷载逐渐加到锚固承载力设计值1.15～1.3倍，等待2分钟左右示值下降不超过5％，在此期间锚固件无滑移，基体无开裂或其它破损，可以判定为合格。破损性试验方法是将荷载逐渐增加直至锚栓或锚固失效破坏，一般要求破损荷载值超过设计值3倍，可以判定为合格。
目前锚栓锚固性能拉拔试验检验方式，一种是采用多功能强度检测仪，通过液压施加拉拔荷载，同时检测的荷载通过机械指针表或数显表指示，一般不能存储保存和自动记录数据，需要人工抄录，更不具备数据分析和处理功能。另一种是在拉拔仪基础上增加了位移计，将施加的荷载和检测的位移接入到计算机，计算机将采集的荷载和位移数据进行处理得到荷载-位移关系曲线，用于分析、保存和应用，主要缺点是非专用设备、价格较高，主要是在实验室应用，现场测试携带和移动不方便。以上检测方式由于锚栓施工安装位置多样性，也给测试带来了很多不便捷，同时也存在一定的安全问题，特别是针对破损性试验。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，通过拉拔试验对采集的荷载、位移数据分析能够安全、方便、准确、快捷的测试锚栓安装质量。本系统既可以在实验环境下，也可以在工程施工现场实现锚栓锚固性能测试。
本发明的技术方案是：基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统采用上下位机结构，上下位机之间通过无线连接传输数据。系统由力传感器、位移传感器和数据采集模块(下位机)、数据处理模块(上位机)、SD卡、外接充电电源组成，系统组成如图1所示。
进一步的，所述力传感器、位移传感器和数据采集模块安装固定在加载装置支架上，数据处理模块采用手持方式；所述测试功能是通过电动或手动液压装置匀速增加锚栓拉拔荷载，同时数据采集模块采集的荷载、位移数据通过无线传输到数据处理模块，经处理以瞬时值和荷载-位移曲线的形式在屏幕上显示，并可通过与样本曲线比较来确定锚栓锚固的性能。
进一步的，所述拉拔荷载检测采用力传感器将荷载转变为电阻应变片电阻的变化；所述相应位移检测采用的传感器将位移转换成电位器电阻变化；所述力和位移传感器的输出接入到数据采集测试模块。
进一步的，所述数据采集模块组成框图如图2所示，包括力传感器、位移传感器变换单元1、变换单元2、微处理器单元、天线匹配单元、电源单元、电池组、电量指示单元；所述变换单元1和变换单元2将力和位移传感器输出信号变换成标准的电压信号，经过微处理器内部AD转换器转换成数字量，并通过天线匹配单元无线传输到数据处理模块；所述数据采集模块采用低功耗设计，由电池组供电；所述电源单元给微处理器单元提供稳定电压；所述电量指示单元通过检测电池组电压，在亏电时点亮指示灯。
进一步的，所述数据处理模块组成框图如图3所示，包括微处理器单元、TFT彩色显示单元、数据存储单元、天线匹配单元、键盘单元、SD卡接口单元、电源单元、电池组；所述微处理器单元通过天线匹配单元无线接收到的荷载、位移数据存储到数据存储单元；所述荷载、位移数据瞬时值可实时在TFT彩色显示单元上显示，并可在TFT彩色显示单元显示采集的荷载-位移关系曲线；所述荷载、位移数据和荷载-位移曲线可以通过SD卡接口单元存储到SD卡中；所述调取SD卡中存储的相同型号规格锚栓和基层材料的荷载-位移样本曲线可以在TFT彩色显示单元上显示，并用作测量曲线的比较基准；所述键盘单元可以设置工作参量和控制工作方式；所述数据处理模块由电池组供电，检测的电量在TFT彩色显示单元上显示，亏电时可以通过外接充电电源对电池组充电。
进一步的，所述SD卡中存储的测量荷载、位移数据可以上传至计算机进行存储、处理和分析，也可由计算机下载样本曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明数据采集模块与数据处理模块之间采用无线数据传输，消除了传输线的共模和差模干扰，提高了信号的传输质量。
2.数据采集模块与数据处理模块之间采用无线连接，没有信号传输线的限制，适合施工现场各种环境，使得测试更加方便。
3.数据采集模块与数据处理模块之间采用无线连接，测试人员可以与测试点保持一定的距离，使得测试更加安全。
4.通过测试锚栓的荷载-位移曲线与相同规格型号锚栓和基层材料的样本荷载-位移相比较，来确定锚栓的锚固性能，使得测试更加准确、快捷。
5.系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、功能强等优点，适用于施工现场便携使用。
6.数据采集模块、数据处理模块采用电池组供电，不需要交流220伏电源，适合施工现场使用。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图；
图2为本发明的数据采集模块组成框图；
图3为本发明的数据处理模块组成框图；
图4为本发明的数据采集模块电路图；
图5为本发明的数据处理模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
本实施方式中，荷载检测采用应变轮辐式力传感器，量程可根据测量需要选择1T、2T、3T、5T、10T等，技术参数：灵敏度2.0±0.05mV/V、综合精度0.3％FS、输出电阻700±3Ω、非线性度≤±0.1％FS；位移检测采用拉杆自恢电位器位移传感器，量程可根据测量需要选择5mm、10mm、20mm等，技术参数：非线性度≤±0.1％FS、重复性误差≤0.005mm、电阻值1K、2K、5K。
本实施方式中，数据采集模块电路图如图4所示，其中力传感器的应变片全桥电路输出经过变换单元1电路变换成标准的电压信号，采用的是单电源微功耗精密仪表放大器INA333作为放大变换电路，采用电位器调零。位移传感器输出的电阻信号经过变换单元2电路转换为标准的电压信号，这里采用的是由单电源运放LM358组成的跟随阻抗变换电路。作为采集和控制的核心，微处理器采用TI公司开发的ZigBee的专用控制芯片CC2530，CC2530内部集成了8051内核单片机系统和2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee标准的无线射频收发系统，它是一款8位高性能的低功耗微处理器。CC2530内部集成8路输入可配置分辨率的12位ADC，转换精度对于采集的荷载和位移精度满足系统要求。其内部集成的超低功耗的SRAM、非易失性程序存储器，除了保存程序代码和常量以外，还可以存储应用程序所需的系统设置参数。CC2530通过天线匹配单元电路连接到无线射频天线，实现无线收发。由于数据采集模块采用低功耗设计，因此使用电池组供电，电池组通过开关连接到电源单元，电池组采用4只5号电池串联。电量指示单元由CC2530检测电池组电压，在亏电时点亮指示灯实现的。内部电源单元电路采用LM1117-3.3V低压差线性变换电路，将电池电压变换成+3.3V电压供数字电路使用。
本实施方式中，数据处理模块电路图如图5所示，微处理器采用TI公司开发的ZigBee的专用控制芯片CC2530，内部集成USARTO被配置为SPI总线，USART1被配置为串行异步通信接口。TFT彩色显示单元采用型号TJC8048X550_011N(无触摸)5寸显示模块，显示分辨率800×480像素；电器性能参数：工作电压典型值5V，5V工作电流240mA～170mA；接口性能参数：USART串行接口，最大波特率921600bps，接口电平3.3V/5V TTL电平；TFT彩色显示单元自定义Windows字库，支持基本的GUI指令(画点、画线、画矩形等)。TFT彩色显示模块通过串行异步通信接口与CC2530连接。数据存储单元采用的是1M×8位低功耗SRAM存储芯片SST25VF010，通过SPI总线与CC2530连接。SD卡通过卡座与SD卡接口单元相连接，SD卡接口采用SPI模式，通过SPI总线与CC2530连接。为适应施工现场较恶劣的环境，采用薄膜键盘用于参数设置和功能选择。数据处理模块使用电池组供电，电池组通过开关连接到电源单元，电池组采用四只IFR26650型3.2V磷酸铁锂电池，两节串联再并联，容量为6400mAH。电源单元包括5V电源电路和3.3V电源电路。5V电源电路采用MC34063构成的高效DC/DC变换器，将电池组电压变换为+5V电压供TFT彩色显示单元使用，输出电流可达1.5A。3.3V电源电路采用低压差线性变换电路LM1117-3.3V，将+5V电压变换成+3.3V电压供数字电路使用。CC2530检测电池组的电量在TFT彩色显示单元上显示，亏电时可以通过外接充电电源对电池组充电。
本实施方式中，数据采集模块数据采集功能：首先安装和调整加载装置及支架，并打开数据采集模块电源开关，数据采集模块接通电源即开始定时0.5秒采集一组荷载、位移数据，同时通过无线发送数据到数据处理模块。然后将液压加力装置施加一定预置荷载，通常是设计荷载的1/10到1/20。在测试阶段控制液压加力装置匀速增加锚栓荷载到需要的数值。
本实施方式中，数据处理模块数据处理功能分四个工作界面：1、调整界面：接通电源开关和复位之后处于此界面，此界面只无线接收荷载、位移数据，经处理在彩色显示单元显示。此时通过监测荷载、位移数据，控制液压加力装置预置荷载至需要值。2、测试界面：通过功能键进入此界面，首先无线接收荷载和位移数据并自动校零，然后进入测试阶段。在测试阶段控制液压加力装置匀速增加锚栓荷载到需要的数值，此时彩色显示单元实时显示无线接收的荷载、位移瞬时值和最大值，同时绘制出荷载-位移变化曲线，这个过程同时存储采集的荷载、位移数据到数据存储单元。3、分析判定界面：通过功能键进入此界面，在此界面可从SD卡调出相同规格型号和基层材料锚栓的样本荷载-位移曲线和当前测试曲线相比较，来确定锚栓的锚固性能。4、参数设置界面：通过功能键进入此界面，可以修改传感器的量程参数并可以保存相应的参数，通过功能键还可将数据存储单元中存储的荷载和位移数据导入SD卡中。
本实施方式中，SD卡中存储的测量荷载、位移数据可以上传计算机进行存储、处理和分析，也可由计算机下载样本曲线。
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。

Claims (9)

1.基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，包括力传感器、位移传感器、数据采集模块、数据处理模块、SD卡、外接充电电源；所述数据处理模块与数据采集模块通过无线连接组成上下位机结构；所述力传感器和位移传感器与数据采集模块连接；所述数据采集模块采集的荷载、位移数据通过无线传输到数据处理模块；所述数据处理模块与SD卡连接保存和调取数据；所述SD卡中保存的测量荷载、位移数据可以上传计算机；所述外接充电电源可对数据处理模块内置电池组充电。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述数据采集模块由变换单元1、变换单元2、微处理器单元、天线匹配单元、电源单元、电池组、电量指示单元构成；所述力传感器的输出端与变换电路1连接；所述位移传感器的输出端与变换电路2连接；所述变换电路1和变换电路2分别与微处理器单元连接；所述天线匹配单元与微处理器单元和射频天线连接；所述电源单元通过开关与电池组连接；所述电量指示单元与微处理器单元和电源开关连接。
3.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述数据处理模块由微处理器单元、TFT彩色显示单元、数据存储单元、SD卡接口单元、天线匹配单元、键盘单元、电源单元、电池组构成；所述TFT彩色显示单元与微处理器单元连接；所述数据存储单元、SD卡接口单元与微处理器单元连接；所述天线匹配单元与微处理器单元和射频天线连接；所述键盘单元的输出端与微处理器单元的输入端连接；所述电源单元通过开关与电池组连接。
4.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述变换单元电路1采用单电源集成仪用放大器INA333组成的放大电路。
5.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述变换单元电路2采用的是单电源运放LM358组成的跟随阻抗变换电路。
6.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述数据存储单元电路采用的是低功耗SRAM存储芯片SST25VF010，用于数据暂存。
7.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述数据采集模块与数据处理模块采用的微处理器是CC253O，用于控制数据采集、数据处理、数据显示和数据无线传输。
8.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述数据采集模块与数据处理模块采用采用电池组供电。
9.根据权利要求1所述的基于无线传输的锚栓锚固性能测试系统，其特征在于，所述SD卡可与数据处理模块连接保存荷载、位移数据和曲线并可调取SD卡保存的样本荷载-位移数据曲线；通过检测的锚栓荷载-位移曲线与相同规格型号锚栓和基层材料的样本荷载-位移曲线相比较，可确定锚栓的锚固性能；所述SD卡可与计算机连接上传或下载数据。
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