CN112012214A - 一种被动感应式智能振捣棒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动感应式智能振捣棒，包括振捣棒头、被动式感应线圈、振捣棒管、智能手套、振捣状态判定装置和振捣棒驱动电机；其中，振捣棒管的一端与振捣棒头连接，振捣棒管的另一端与振捣棒驱动电机连接，振捣棒管的内部设置有被动式感应线圈，振捣状态判定装置设置于振捣棒驱动电机上，智能手套包括主动式感应线圈；当智能手套裹贴在振捣棒管的表面时，主动式感应线圈能自动读取被动式感应线圈的信息，通过对已标定的被动式感应线圈的信息进行识别，确定振捣棒管上的工人手握点的位置。避免出现欠振、过振及漏振现象，在施工现场提高施工效率、提升混凝土成型质量、显著消除质量缺陷等所形成的施工成本节约经济效益。

Description

一种被动感应式智能振捣棒

技术领域

本发明涉及智能振捣棒技术领域，具体涉及一种被动感应式智能振捣棒。

背景技术

随着工业信息化程度越来越普及，人们对施工质量监测与馈控手段的需求程度也越来越高。传统土木水利工程建设中，混凝土浇筑施工是最普遍工艺，主要靠振捣工人的经验和责任心来完成，受作业人员素质与施工环境影响很大。因此为提高施工监管水平，需要不断地发展信息化监测与馈控手段，以保证现场混凝土施工质量。而对新拌混凝土浇筑振捣效果的可靠测试与整体评价是混凝土质量控制重要环节之一。在混凝土施工质量监控系统中，振捣棒的工作状态的判定、插入深度及倾角等位置的有效量测、振捣棒位置的实时定位是必不可少的。传统测量或分析方法不能满足这类工艺技术要求。

目前施工现场振捣质量控制，一般是通过施工人员的经验来主观控制振捣棒的插入位置、插入深度、振捣间距和振捣时间等过程控制参数，从而经验性大体保证混凝土振捣密实。实践操作中，工人移动振捣棒插拔点时，无法做到位置、深度及振捣时间的精准把握，往往依据经验操作，随意性强，受人为因素与工作条件影响很大；一旦出现欠振、过振及漏振，振捣效果将不能满足施工质量要求、容易留下质量缺陷且振捣时无法及时获知，因此，急需一种装置来解决目前振捣施工依靠施工人员的经验来控制质量的弊端。

发明内容

为此，本发明提供一种被动感应式智能振捣棒，通过准确感知振捣棒的位置和插拔作业状态，结合其他参数评价技术，以解决目前振捣施工出现欠振、过振及漏振，振捣效果将不能满足施工质量要求、容易留下质量缺陷的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明，提供了一种被动感应式智能振捣棒，包括振捣棒头、被动式感应线圈、振捣棒管、智能手套、振捣状态判定装置和振捣棒驱动电机；其中，所述振捣棒管的一端与所述振捣棒头连接，所述振捣棒管的另一端与所述振捣棒驱动电机连接，所述振捣棒管的内部设置有所述被动式感应线圈，所述振捣状态判定装置设置于所述振捣棒驱动电机上，所述智能手套包括主动式感应线圈；

当所述智能手套裹贴在所述振捣棒管的表面时，所述主动式感应线圈能自动读取所述被动式感应线圈的信息，通过对已标定的所述被动式感应线圈的信息进行识别，确定所述振捣棒管上的工人手握点的位置。

进一步地，所述振捣棒管呈多层包裹的圆柱形，包括从内向外的传动轴、内层橡胶层、射频传感器线圈组、尼龙加固层和外层橡胶层，其中，所述传动轴设置于所述振捣棒管的轴向的中心位置。

进一步地，所述智能手套还包括第一微控制单元、无线发射模块、导线和电池，其中，所述导线连接所述电池和所述主动式感应线圈；所述第一微控制单元设置于电路上，并与所述无线发射模块电连接。

进一步地，所述第一微控制单元采用STM32F103芯片。

进一步地，所述无线发射模块采用WSN-31串口。

进一步地，所述主动式感应线圈的工作频率为13.56MHz。

进一步地，所述被动式感应线圈的数量为多个，多个所述被动式感应线圈等间隔分布。

进一步地，相邻两个所述被动式感应线圈的间距为5厘米。

进一步地，所述振捣状态判定装置包括电流互感器、A/D转换模块、第二微控制单元和射频无线模块，其中，所述电流互感器用于采集所述振捣棒驱动电机的工作电流，所述第二微控制单元将采集到的所述捣棒驱动电机的工作电流与预先整定的电流阈值进行比较与计算，判断振捣状态，并将所述振捣状态通过所述射频无线模块送出。

进一步地，所述振捣状态包括空载、有载和插入深度，其中，空载是指所述振捣棒管上电后未插入混凝土时的工作状态，有载是指所述振捣棒管上电后完全插入混凝土中的状态；插入深度是指所述振捣棒管插入混凝土后振捣棒头到混凝土表面的距离。

本发明具有如下优点：

本发明通过主动式感应线圈读取被动式感应线圈的信息，对已标定好握点距离的被动式感应线圈的信息进行识别，确定振捣棒管上的工人手握点的准确位置，可同时实现基于手部定位基础上对振捣棒头的位置、插入深度及振捣时间的精准测量，获取振捣棒头准确位置，克服了振捣棒插入和拔出混凝土振捣过程的定位和记录振捣时间的难题，进而通过准确模型计算分析得出振捣过的混凝土区域范围密实效果，可以避免出现欠振、过振及漏振现象，在施工现场提高施工效率、提升混凝土成型质量、显著消除质量缺陷等所形成的施工成本节约经济效益。此外本发明最大特点是振捣棒感应距离位置的方法为被动无源方式，有效避免了振捣棒设计主动式感应线圈的现场应用不可靠性，解决了工程复杂条件下长时间稳定使用难点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为根据一示范性实施例示出的一种被动感应式智能振捣棒的结构示意图；

图2为根据一示范性实施例示出的一种振捣棒管的横截面的结构示意图；

图3为根据一示范性实施例示出的一种智能手套的结构示意图；

图4为根据一示范性实施例示出的一种振捣棒头的深度计算示意图；

图5为根据一示范性实施例示出的一种振捣状态判定过程的框图；

图中：1、外层橡胶层；2、内层橡胶层；3、射频传感器线圈组；4、尼龙加固层；5、传动轴；6、振捣棒头；7、被动式感应线圈；8、振捣棒管；9、振捣状态判定装置；10、振捣棒驱动电机；11、主动式感应线圈；12、无线发射模块；13、电池；14、导线；15、电流互感器；16、A/D转换模块；17、第二微控制单元；18、射频无线模块；19、锂电池电源。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

根据本发明实施例，提供了一种被动感应式智能振捣棒，如图1所示，包括振捣棒头6、被动式感应线圈7、振捣棒管8、智能手套、振捣状态判定装置9和振捣棒驱动电机10；其中，所述振捣棒管8的一端与所述振捣棒头6连接，所述振捣棒管8的另一端与所述振捣棒驱动电机10连接，所述振捣棒管8的内部设置有所述被动式感应线圈7，所述振捣状态判定装置9设置于所述振捣棒驱动电机10上，如图2所示，所述智能手套包括主动式感应线圈11；

当所述智能手套裹贴在所述振捣棒管8的表面时，所述主动式感应线圈11能自动读取所述被动式感应线圈7的信息，通过对已标定的所述被动式感应线圈7的信息进行识别，确定所述振捣棒管8上的工人手握点的位置。

本发明通过主动式感应线圈11读取被动式感应线圈7的信息，对已标定的被动式感应线圈7的信息进行识别，确定振捣棒管8上的工人手握点的位置，可同时实现了对振捣棒头6的位置、插入深度及振捣时间的精准测量，避免出现欠振、过振及漏振现象，在施工现场提高施工效率、提升混凝土成型质量、显著消除质量缺陷等所形成的施工成本节约经济效益。

在一些可选实施例中，所述振捣棒管8呈多层包裹的圆柱形，包括从内向外的传动轴5、内层橡胶层2、射频传感器线圈组3、尼龙加固层4和外层橡胶层1，其中，所述传动轴5设置于所述振捣棒管的轴向的中心位置，其中，射频传感器线圈组3包括被动式感应线圈7，现场振捣施工时，射频传感器线圈组3可沿振捣棒管8的芯轴倾斜安装以利于增大接触感应面提高感应灵敏度。

在一些可选实施例中，如图2所示，所述智能手套还包括第一微控制单元、无线发射模块12、导线14和电池13，其中，所述导线14连接所述电池13和所述主动式感应线圈11；所述第一微控制单元设置于电路上，并与所述无线发射模块12电连接。所述第一微控制单元采用STM32F103芯片。所述无线发射模块采用WSN-31串口，可以为无线串口。所述主动式感应线圈11的工作频率为13.56MHz，采用Mifare1 S50芯片，电池13为纽扣电池。

其工作原理为：智能手套握裹贴敷于振捣棒管8时，智能手套内置的主动式感应线圈11和无线发射模块12，采用电池13通过导线14为主动式感应线圈11供电，主动式感应线圈11主动发射的无线电波，能自动读取振捣棒管8中被动式感应线圈7的信息，通过对已标定的振捣棒管8中的被动式感应线圈7信息的识别，能可靠确定振捣棒管8上工人手握点相对位置，经简单几何推算可以确定振捣棒头6的准确深度，通过无线发射模块12可以该准确深度的数据发送出去。

在一些可选实施例中，所述被动式感应线圈7的数量为多个，多个所述被动式感应线圈7等间隔分布。相邻两个所述被动式感应线圈的间距为5厘米。考虑正常人手掌握裹振捣棒管8时能覆盖两组线圈，且能准确有效识别范围为5cm-7cm，故预埋被动式感应线圈7时，设置相邻两个被动式感应线圈等值固定间距为5cm，均为无源独立内置形式，接受外部智能手套的贴敷感应后其内置定位信息被方便读取。

在一些可选实施例中，如图5所示，所述振捣状态判定装置9包括电流互感器15、A/D转换模块16、第二微控制单元17、射频无线模块18和锂电池电源19，其中，所述电流互感器15用于采集所述振捣棒驱动电机10的工作电流，所述第二微控制单元17将采集到的所述捣棒驱动电机10的工作电流与预先整定的电流阈值进行比较与计算，判断振捣状态，并将所述振捣状态通过所述射频无线模块18送出。所述振捣状态包括空载、有载和插入深度，其中，空载是指所述振捣棒管8上电后未插入混凝土时的工作状态，有载是指所述振捣棒管8上电后完全插入混凝土中的状态；插入深度是指所述振捣棒管8插入混凝土后振捣棒头6到混凝土表面的距离，插入深度的计算如图4所示，其中水平距离为L，垂直距离为H，手握点为D，振捣棒管为S，振捣点为E，θ为图中虚线与竖直线之间的夹角。

根据这些可以数据可以计算出插入深度，这里对其如何计算的公式不在进行赘述。

本发明可实现对振捣棒头6的位置、插入深度及振捣时间的精准测量，避免出现欠振、过振及漏振现象，在施工现场提高施工效率、提升混凝土成型质量、显著消除质量缺陷等所形成的施工成本节约经济效益。通过无线射频数据传输，极大简化了装置使用的复杂度，克服了信息采集不可靠问题，使用者容易掌握并能应用在混凝土施工振捣中，降低了人工操作成本、提高了使用可靠性。

另外，采用独立的无源感应线圈组，采集信息安全可靠，不易损坏，极大提高了设备的使用寿命，降低了由于振捣棒传输接线损坏带来的成本。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，包括振捣棒头、被动式感应线圈、振捣棒管、智能手套、振捣状态判定装置和振捣棒驱动电机；其中，所述振捣棒管的一端与所述振捣棒头连接，所述振捣棒管的另一端与所述振捣棒驱动电机连接，所述振捣棒管的内部设置有所述被动式感应线圈，所述振捣状态判定装置设置于所述振捣棒驱动电机上，所述智能手套包括主动式感应线圈；

当所述智能手套裹贴在所述振捣棒管的表面时，所述主动式感应线圈能自动读取所述被动式感应线圈的信息，通过对已标定的所述被动式感应线圈的信息进行识别，确定所述振捣棒管上的工人手握点的位置。

2.根据权利要求1所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述振捣棒管呈多层包裹的圆柱形，包括从内向外的传动轴、内层橡胶层、射频传感器线圈组、尼龙加固层和外层橡胶层，其中，所述传动轴设置于所述振捣棒管的轴向的中心位置。

3.根据权利要求1所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述智能手套还包括第一微控制单元、无线发射模块、导线和电池，其中，所述导线连接所述电池和所述主动式感应线圈；所述第一微控制单元设置于电路上，并与所述无线发射模块电连接。

4.根据权利要求3所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述第一微控制单元采用STM32F103芯片。

5.根据权利要求3所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述无线发射模块采用WSN-31串口。

6.根据权利要求3所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述主动式感应线圈的工作频率为13.56MHz。

7.根据权利要求1所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述被动式感应线圈的数量为多个，多个所述被动式感应线圈等间隔分布。

8.根据权利要求7所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，相邻两个所述被动式感应线圈的间距为5厘米。

9.根据权利要求1所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述振捣状态判定装置包括电流互感器、A/D转换模块、第二微控制单元和射频无线模块，其中，所述电流互感器用于采集所述振捣棒驱动电机的工作电流，所述第二微控制单元将采集到的所述振捣棒驱动电机的工作电流与预先整定的电流阈值进行比较与计算，判断振捣状态，并将所述振捣状态通过所述射频无线模块送出。

10.根据权利要求9所述的一种被动感应式智能振捣棒，其特征在于，所述振捣状态包括空载、有载和插入深度，其中，空载是指所述振捣棒管上电后未插入混凝土时的工作状态，有载是指所述振捣棒管上电后完全插入混凝土中的状态；插入深度是指所述振捣棒管插入混凝土后振捣棒头到混凝土浇筑表面的距离。

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