CN114688961B - 脚手架变形检测系统装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及脚手架变形检测系统装置，包括带隙基准信号电路、检测电路、输出稳定电路。本次设计的脚手架变形检测系统装置，其中，带隙基准信号电路主要是由无源比较器构成，为柔性电路板可以贴在需要监控的脚手架上，带有监控应变的器件；检测电路，能够读取贴片电路上的数据，获取脚手架关键位置的变形量数据；最后，利用输出稳定电路，提供一个稳定的缓慢升高的电压输出，读取贴片电路上应变器件的读数，并在后台分析信号波动是否超出安全范围，从而发出警报信号。
Description
技术领域
本申请涉及手脚架与电路检测领域，具体涉及一种脚手架变形检测系统装置。
背景技术
脚手架是在施工现场为安全防护、工人操作和解决楼层水平运输而搭设的建筑施工工具，其具有装拆方便，搭设灵活，通用性强，比较经济等优点，已成为当前建筑工程中使用量最多、应用最普遍的设施。随着我国建筑业的发展，脚手架坍塌事故时有发生，造成巨大人员伤亡和经济损失。因此，对钢管脚手架施工安全控制措施进行研究是十分必要的。对这些扣件式脚手架倒塌事故的原因进行分析后发现，除了一些突发性的偶然因素以外，几乎都能从程序性的安全管理方面找到原因。钢管脚手架使用周期一般包括设计、脚手架搭建、使用、拆卸及材料设备检修保养等贯穿主体施工的各个环节。在使用周期内每一环节的控制措施都能够影响到扣件式钢管脚手架结构的安全性，如果脚手架结构的控制措施失效将会影响到施工项目进度目标的顺利实现，也会造成人员的伤亡和经济上的巨大损失，不利于工程造价的控制。
并且脚手架在不断使用过程中，其会缓慢地变形，因为构件较多，比较难监控哪些发生了变形，其安全性有较大的隐患，通过脚手架变形检测系统，在脚手架容易变形的关键位置安装贴片检测电路，然后定期使用检测电路装置巡查各贴片电路点，获得变形量，进行变形检测，提前预警，保证脚手架的整体安全性能。
如图1所示，为现有技术的带隙基准信号电路，采用CMOS结构，其功耗较低，但结构复杂，灵敏度较低。
如图2所示，为现有技术的信号运算电路，其结构简单，分析功能较窄，运算能力较弱，准确性较差。
发明内容
（一）技术问题
1.现有技术的手脚架变形传感装置，信号传感端，结构复杂，灵敏度差。
2.现有技术的手脚架变形检测装置，信号分析结构简单，准确性较低。
（二）技术方案
针对上述技术问题，本申请提出的脚手架变形检测系统装置，包括依次连接的带隙基准信号电路、检测电路、输出稳定电路。
带隙基准信号电路，由P型MOS 管Q19、Q20、Q21形成了两个电流镜结构，MOS 管Q19、MOS 管Q21相同，其中MOS 管Q20为MOS 管Q19和MOS 管Q21的 M 倍，这样就可以在输出端得到一个M倍的输出电流，三极管 Q22和三极管Q23形成正系数的基准信号采集，设定流经三极管 Q23的电流和通过电阻R10的电流可得带隙基准输出信号，通过控制 电阻R10和电阻R8的比值来改变输出参考电压的系数，通过调整MOS 管Q20与MOS 管Q19 的比例MOS管Q20和电阻R11 的值来改变输出电压幅度，然后通过运算放大器U1A处理信号，通过MOS管Q20和电阻R11后输出。
检测电路，信号输入时主体电路初始电位为低电平，此时 MOS 管Q13截止，QMOS管8导通，所以MOS 管Q9电位会被提升，MOS 管Q13导通，从电流镜抽取电流到主体电路部分，加快上电速度，随着上电过程的进行，MOS 管Q13的栅极电位升高，导致MOS 管Q13开启，当MOS 管Q13开启时，导致MOS 管Q9关断，从而将输入电路和后面的核心电路隔离开来。带隙基准电压源检测电路的主体结构是电流求和结构，在电路中使用PMOS管搭建电流镜（MOS管Q7、MOS 管Q3、MOS 管Q4）和 NMOS 管搭建的电流镜（MOS 管Q10、MOS 管Q11）来实现三极管Q16和 三极管Q18所在支路的电流相等并为它们的集电极提供大小一致电压。为了保证三极管具有完全不相同的电流密度，与呈现温度变化正相关的压差，通过三极管 Q16和三极管Q18，并使用电阻 R4来完成电流到电压地转换过程，电阻R5 和电阻R6相等。通过右半部分为检测信号增强电路，稳压电路是一个由反馈网络和放大器组成的负反馈回路，主要负责为主体电路提供稳定的电压。其中反馈网络的主体是检测核心电路，。放大器主要由PMOS 管（MOS 管Q5、MOS 管Q6）和 NMOS 管（MOS 管Q17、MOS 管Q14和MOS 管Q12）构成，电容C1的作用是对电路进行补偿。最后通过MOS 管Q1和MOS 管Q15后输出检测信号。
输出稳定电路，提供一个稳定的缓慢升高的电压输出，保证电路稳定输出，保证器件安全。当输入信号是高电平时，MOS 管Q31导通，三极管Q24截止，输出是低电平，当输入为低电平时，MOS 管Q31关闭，三极管Q25对三极管Q26充电，使三极管Q26电位缓慢上升，三极管Q24和MOS 管Q28构成电平移位，作用是避开 MOS 管的弱反型区。设计核心就是在正常通电过程的情况下会产生一个缓慢上升的参考电压 VRMP，保证信号稳定输出。
（三）有益效果
本申请的脚手架变形检测系统装置，脚手架变形检测系统通过带隙基准信号电路加检测电路的监控方案，监测脚手架上容易变形的位置，然后定期使用检测电路巡查各个点，获得变形量，进行变形检测，从而实现脚手架安全预警。具体而言，首先，选择承载柔性材料的无源传感器，能够灵敏的检测压变信号，简化了传统信号接收电路的结构，提高了检测灵敏度。其次，引入多级运算的检测电路，能够保证数据分析的准确性，确保了装置的可靠性。
附图说明
图1为现有技术的带隙基准电路。
图2为现有技术的信号分析电路。
图3为本申请的带隙基准信号电路原理图。
图4为本申请的检测电路原理图。
图5为本申请的输出稳定电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如图3、4、5所示，为本申请提出的脚手架变形检测系统装置，包括依次连接的带隙基准信号电路、检测电路、输出稳定电路。
带隙基准信号电路，由P型MOS 管Q19、Q20、Q21形成了两个电流镜结构，MOS 管Q19、MOS 管Q21相同，其中MOS 管Q20为MOS 管Q19和MOS 管Q21的 M 倍，这样就可以在输出端得到一个M倍的输出电流，三极管 Q22和三极管Q23形成正系数的基准信号采集，设定流经三极管 Q23的电流和通过电阻R10的电流可得带隙基准输出信号，通过控制 电阻R10和电阻R8的比值来改变输出参考电压的系数，通过调整MOS 管Q20与MOS 管Q19 的比例MOS管Q20和电阻R11的值来改变输出电压幅度，然后通过运算放大器U1A处理信号，通过MOS 管Q20和电阻R11后输出。
具体而言，所述带隙基准信号电路包括输入端口INPUT，电阻R10，三极管Q22，MOS管Q21，放大器U1A，所述带隙基准信号电路中输入端口INPUT分别与电阻R10的一端、三极管Q22的发射极、MOS管Q21的漏端、放大器U1A的2号接口连接，电阻R10的另一端接地，三极管Q22的基极接地，三极管Q22的集电极接地，MOS管Q21的源端与高电平VCC连接，MOS管Q21的栅极与放大器U1A的1号接口连接。所述带隙基准信号电路包括输出端口Va,MOS管Q19、Q20，三极管Q23，电阻R8、R9、R11，放大器U1A，所述带隙基准信号电路中放大器U1A的1号接口分别与MOS管Q19的栅极、MOS管Q20的栅极连接，放大器U1A的3号接口分别与电阻R8的一端、三极管Q23的发射极连接，电阻R8的另一端分别与MOS管Q19的漏端、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接地，MOS管Q19的源端与高电平VCC连接，三极管Q23的集电极接地。三极管Q23的基极接地，MOS管Q20的源端与高电平VCC连接，MOS管Q20的漏端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，输出端口Va与MOS管Q20的漏端连接。
检测电路，信号输入时主体电路初始电位为低电平，此时 MOS 管Q13截止，QMOS管8导通，所以MOS 管Q9电位会被提升，MOS 管Q13导通，从电流镜抽取电流到主体电路部分，加快上电速度，随着上电过程的进行，MOS 管Q13的栅极电位升高，导致MOS 管Q13开启，当MOS 管Q13开启时，导致MOS 管Q9关断，从而将输入电路和后面的核心电路隔离开来。带隙基准电压源检测电路的主体结构是电流求和结构，在电路中使用PMOS管搭建电流镜（MOS管Q7、MOS 管Q3、MOS 管Q4）和 NMOS 管搭建的电流镜（MOS 管Q10、MOS 管Q11）来实现三极管Q16和 三极管Q18所在支路的电流相等并为它们的集电极提供大小一致电压。为了保证三极管具有完全不相同的电流密度，与呈现温度变化正相关的压差，通过三极管 Q16和三极管Q18，并使用电阻 R4来完成电流到电压地转换过程，电阻R5 和电阻R6相等。通过右半部分为检测信号增强电路，稳压电路是一个由反馈网络和放大器组成的负反馈回路，主要负责为主体电路提供稳定的电压。其中反馈网络的主体是检测核心电路，。放大器主要由PMOS 管（MOS 管Q5、MOS 管Q6）和 NMOS 管（MOS 管Q17、MOS 管Q14和MOS 管Q12）构成，电容C1的作用是对电路进行补偿。最后通过MOS 管Q1和MOS 管Q15后输出检测信号。
具体而言，所述检测电路包括输出端口Va，MOS管Q8、MOS管Q13、MOS管Q9、MOS管Q7、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q11、MOS管Q10，三极管Q18、MOS管Q16，电阻R6、电阻R5、电阻R7、电阻R4，所述检测电路中输入端口Va分别与MOS管Q8的漏端、MOS管Q13的漏端、MOS管Q9的栅极连接，MOS管Q8的源端与电阻R1的一端连接，电阻R1的与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与MOS管Q9的源端连接，MOS管Q7的栅极分别与MOS管Q3的栅极、MOS管Q3的漏端、MOS管Q10的漏端、MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极连接，MOS管Q7的源端与高电平VCC连接，MOS管Q3的源端与高电平VCC连接，MOS管Q4的源端与高电平VCC连接，MOS管Q5的源端与高电平VCC连接，MOS管Q4的漏端分别与电阻R7的一端、MOS管Q13的栅极连接，电阻R7的另一端接地，MOS管Q7的漏端与MOS管Q11的漏端连接，MOS管Q11的栅极分别与MOS管Q10的栅极、MOS管Q9的漏端连接，MOS管Q11的源端分别与电阻R5的一端、三极管Q18的发射极连接，电阻R5的另一端接地，三极管Q18的集电极接地，MOS管Q10的源端分别与电阻R4的一端、电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地，电阻R4的另一端与三极管Q16的发射极连接，三极管Q16的集电极接地，三极管Q16的基极与三极管Q18的基极连接，三极管Q16的集电极，MOS管Q13的源端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地，MOS管Q8的栅极接地。所述检测包括电路输出端口Vout，MOS管Q9、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q17、MOS管Q14、MOS管Q12、MOS管Q15、MOS管Q2、MOS管Q1，电容C1，所述检测电路中MOS管Q6的栅极与MOS管Q9的漏端连接，MOS管Q6的源端与高电平VCC连接，MOS管Q6的漏端分别与电容C1的一端、MOS管Q12的栅极、MOS管Q14的漏端连接，MOS管Q14的源端接地，MOS管Q14的栅极分别与MOS管Q17的栅极、MOS管Q17的漏端、MOS管Q15的栅连接，MOS管Q17的源端接地，MOS管Q12的源端接地，MOS管Q12的漏端分别与电容C1的另一端、MOS管Q2的漏端、高电平VCC连接，MOS管Q2的源端与MOS管Q1的源端连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q1的漏端与MOS管Q15的漏端连接，MOS管Q15的源端接地，输出端口Vout与MOS管Q15的漏端。
输出稳定电路，提供一个稳定的缓慢升高的电压输出，保证电路稳定输出，保证器件安全。当输入信号是高电平时，MOS 管Q31导通，三极管Q24截止，输出是低电平，当输入为低电平时，MOS 管Q31关闭，三极管Q25对三极管Q26充电，使三极管Q26电位缓慢上升，三极管Q24和MOS 管Q28构成电平移位，作用是避开 MOS 管的弱反型区。设计核心就是在正常通电过程的情况下会产生一个缓慢上升的参考电压 VRMP，保证信号稳定输出。
具体而言，所述输出稳定电路包括输入端口Vc，输出端口Vout，MOS管Q31，三极管Q24、Q30，所述输出稳定电路中输入端口Vc分别与MOS管Q31的栅极、三极管Q30的的基极连接，MOS管Q31的漏端与三极管Q24的基极连接，三极管Q24的集电极与高电平VCC连接，三极管Q24的发射极与输出端口Vout连接，MOS管Q31的源端接地，三极管Q30的发射极接地，三极管Q30的集电极与输出端口Vout连接。所述输出稳定电路包括输出端口Vout，MOS管Q27、MOS管Q29、MOS管Q28，二极管D1，三极管Q25、Q26，电阻R12，电容C2，所述输出稳定电路中MOS管Q27的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q27的栅极分别与MOS管Q29的栅极、MOS管Q28的栅极、二极管D1的负极连接，MOS管Q27的源端接地，二极管D1的正极与高电平VCC连接，MOS管Q29的漏端与三极管Q26的集电极连接，MOS管Q29的源端接地，MOS管Q26的发射极与高电平VCC连接，三极管Q26的基极与三极管Q25的基极连接，三极管Q25的集电极与高电平VCC连接，三极管Q25的集电极分别与电阻R12的一端、电容C2的一端连接，电阻R12的另一端接地，电容C12的另一端接地，MOS管Q28的漏端与输出端口Vout连接，MOS管Q28的源端接地。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明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范围之内。
Claims (4)
1.脚手架变形检测系统装置，包括依次连接的带隙基准信号电路、检测电路、输出稳定电路，
其特征在于：所述带隙基准信号电路包括输入端口INPUT，电阻R10，三极管Q22，MOS管Q21，放大器U1A，所述带隙基准信号电路中输入端口INPUT分别与电阻R10的一端、三极管Q22的发射极、MOS管Q21的漏端、放大器U1A的2号接口连接，电阻R10的另一端接地，三极管Q22的基极接地，三极管Q22的集电极接地，MOS管Q21的源端与高电平VCC连接，MOS管Q21的栅极与放大器U1A的1号接口连接；
所述检测电路包括输入端口Va，MOS管Q8、MOS管Q13、MOS管Q9、MOS管Q7、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q11、MOS管Q10，三极管Q18、MOS管Q16，电阻R6、电阻R5、电阻R7、电阻R4，所述检测电路中输入端口Va分别与MOS管Q8的漏端、MOS管Q13的漏端、MOS管Q9的栅极连接，MOS管Q8的源端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与MOS管Q9的源端连接，MOS管Q7的栅极分别与MOS管Q3的栅极、MOS管Q3的漏端、MOS管Q10的漏端、MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极连接，MOS管Q7的源端与高电平VCC连接，MOS管Q3的源端与高电平VCC连接，MOS管Q4的源端与高电平VCC连接，MOS管Q5的源端与高电平VCC连接，MOS管Q4的漏端分别与电阻R7的一端、MOS管Q13的栅极连接，电阻R7的另一端接地，MOS管Q7的漏端与MOS管Q11的漏端连接，MOS管Q11的栅极分别与MOS管Q10的栅极、MOS管Q9的漏端连接，MOS管Q11的源端分别与电阻R5的一端、三极管Q18的发射极连接，电阻R5的另一端接地，三极管Q18的集电极接地，MOS管Q10的源端分别与电阻R4的一端、电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地，电阻R4的另一端与三极管Q16的发射极连接，三极管Q16的集电极接地，三极管Q16的基极与三极管Q18的基极连接，MOS管Q13的源端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地，MOS管Q8的栅极接地；所述输出稳定电路包括输出端口Vout，MOS管Q27、MOS管Q29、MOS管Q28，二极管D1，三极管Q25、Q26，电阻R12，电容C2，所述输出稳定电路中MOS管Q27的漏端与高电平VCC连接，MOS管Q27的栅极分别与MOS管Q29的栅极、MOS管Q28的栅极、二极管D1的负极连接，MOS管Q27的源端接地，二极管D1的正极与高电平VCC连接，MOS管Q29的漏端与三极管Q26的集电极连接，MOS管Q29的源端接地，MOS管Q26的发射极与高电平VCC连接，三极管Q26的基极与三极管Q25的基极连接，三极管Q25的集电极与高电平VCC连接，三极管Q25的集电极分别与电阻R12的一端、电容C2的一端连接，电阻R12的另一端接地，电容C12的另一端接地，MOS管Q28的漏端与输出端口Vout连接，MOS管Q28的源端接地。
2.根据权利要求1所述的脚手架变形检测系统装置，其特征在于：所述带隙基准信号电路包括输出端口Va,MOS管Q19、Q20，三极管Q23，电阻R8、R9，所述带隙基准信号电路中放大器U1A的1号接口分别与MOS管Q19的栅极、MOS管Q20的栅极连接，放大器U1A的3号接口分别与电阻R8的一端、三极管Q23的发射极连接，电阻R8的另一端分别与MOS管Q19的漏端、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接地，MOS管Q19的源端与高电平VCC连接，三极管Q23的集电极接地，三极管Q23的基极接地，MOS管Q20的源端与高电平VCC连接，MOS管Q20的漏端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，输出端口Va与MOS管Q20的漏端连接。
3.根据权利要求1所述的脚手架变形检测系统装置，其特征在于：所述检测电路包括输出端口Vout，MOS管Q6、MOS管Q17、MOS管Q14、MOS管Q12、MOS管Q15、MOS管Q2、MOS管Q1，电容C1，所述检测电路中MOS管Q6的栅极与MOS管Q9的漏端连接，MOS管Q6的源端与高电平VCC连接，MOS管Q6的漏端分别与电容C1的一端、MOS管Q12的栅极、MOS管Q14的漏端连接，MOS管Q14的源端接地，MOS管Q14的栅极分别与MOS管Q17的栅极、MOS管Q17的漏端、MOS管Q15的栅极、MOS管Q5的漏端连接，MOS管Q17的源端接地，MOS管Q12的源端接地，MOS管Q12的漏端分别与电容C1的另一端、MOS管Q2的漏端、高电平VCC连接，MOS管Q2的源端与MOS管Q1的源端连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q1的漏端与MOS管Q15的漏端连接，MOS管Q15的源端接地，输出端口Vout与MOS管Q15的漏端。
4.根据权利要求1所述的脚手架变形检测系统装置，其特征在于：所述输出稳定电路包括输入端口Vc，输出端口Vout，MOS管Q31，三极管Q24、Q30，所述输出稳定电路中输入端口Vc分别与MOS管Q31的栅极、三极管Q30的的基极连接，MOS管Q31的漏端与三极管Q24的基极连接，三极管Q24的集电极与高电平VCC连接，三极管Q24的发射极与输出端口Vout连接，MOS管Q31的源端接地，三极管Q30的发射极接地，三极管Q30的集电极与输出端口Vout连接。
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