CN115015110A - 泡沫轻质土分层检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泡沫轻质土分层检测装置及检测方法，包括检测杆，检测杆的底端设有与泡沫轻质土接触的平面端头；还设有导向机构，用于引导检测杆竖直的插入到泡沫轻质土内；在检测杆上设有振动装置，还设有用于检测检测杆的加速度的加速度传感器。检测杆下落，加速度传感器采集加速度数据；通过傅里叶变换分离加速度曲线；通过加速度曲线的尖突位置判断泡沫轻质土是否存在分层。通过采用检测杆垂直穿透不同泡沫轻质土分层界面会导致加速度急剧变化的特性，根据加速度曲线准确检测泡沫轻质土是否存在分层缺陷，设置的振动装置能够辅助检测杆穿入泡沫轻质土，避免反复调节静压力的麻烦。

Description

泡沫轻质土分层检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及泡沫轻质土检测领域，特别是一种泡沫轻质土分层检测装置及检测方法。

背景技术

泡沫轻质土是一种由胶凝材料（主要是水泥）、水、泡沫和其它外掺材料，按一定比例经充分混合、搅拌、现浇成形的一种微孔类轻质材料。能有效解决强度和变形问题的新型轻质环保填筑材料，其强度远超于良好土体、强度和容重能根据工程需要进行调整，具有良好的材料性能和施工特性等，目前在桥背回填、工程快速抢险、地下结构减荷填筑、陡峭路堤填筑及沉管管顶减载回填中都得到了较广泛的应用。泡沫轻质土一般采用现浇施工，在特殊条件下也需采用预制浇筑。当预制施工时、且一次性浇筑高度超过40cm时，由于各种组成材料的密度不同泡沫土混凝土易出现分层，进而影响泡沫轻质土的匀质性，因此泡沫轻质土的匀质性是衡量其质量的重要指标，同时也是在预制施工中需要重点控制的参数泡沫轻质土内部匀质性不佳，会造成路堤失稳、表面出现裂缝及沉陷等问题，不但影响填筑及减载质量，同时也会造成较大的安全隐患。

专利文献CN1038990990A记载了一种预拌浆料流体泡沫混凝土施工工艺，记载了泡沫混凝土的制备工艺。CN 112906109 A记载一种利用泡沫混凝土快速填充深厚垫层的分层浇筑设计方法，在其背景技术中记载了厚度较大的泡沫混凝土垫层中容易出现分层的技术问题。现有技术中常规技术手段为采用筒体在泡沫轻质土初凝后取样，查看试样是否存在分层现象。但该措施在初凝后取样，即便填筑的泡沫轻质土出现分层问题，也难以补救，而且取样位置的回填泡沫轻质土难以确保与原始的泡沫轻质土特性保持一致，若存在多处取样的操作，则可能对填筑的泡沫轻质土的质量造成影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种泡沫轻质土分层检测装置及检测方法，能够在回填泡沫轻质土初凝前即判断是否存在分层现象，从而能够现场采取补救措施，减少施工损失，确保施工质量。而且操作简便，对浇筑的泡沫轻质土损害较小。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种泡沫轻质土分层检测装置，包括检测杆，检测杆的底端设有与泡沫轻质土接触的平面端头；

还设有导向机构，用于引导检测杆竖直的插入到泡沫轻质土内；

在检测杆上设有振动装置，还设有用于检测检测杆的加速度的加速度传感器。

优选的方案中，所述的加速度传感器为线加速传感器，检测方向为检测杆运动方向。

优选的方案中，所述的检测杆设有向径向延伸的翼缘；

或者，检测杆设有径向膨大的端头部。

优选的方案中，导向机构的结构为：导向筒底部设有底座，底座用于与横梁或支撑板固定连接；横梁用于与模板连接，支撑板用于直接放置在泡沫轻质土的表面；

检测杆与导向筒滑动连接，在导向筒设有夹紧机构，用于锁定检测杆。

优选的方案中，导向机构的结构为：导向筒底部设有底座，底座用于与横梁或支撑板固定连接；横梁用于与模板连接，支撑板用于直接放置在泡沫轻质土的表面；

检测杆设有向径向延伸的翼缘，导向筒上设有与检测杆形状相同的孔，在孔的周围设有润滑条，检测杆与导向筒滑动连接，在导向筒的顶部设有夹紧机构，夹紧机构用于锁紧检测杆的翼缘。

优选的方案中，检测杆的顶部设有壳体，振动装置、加速度传感器、主控系统和电池以检测杆的轴向互相平衡的结构安装在壳体内；

振动装置为振动电机，振动电机与偏心块连接，偏心块的转动轴线与检测杆的轴线交叉且互相垂直。

优选的方案中，检测杆的顶部设有壳体，振动装置、加速度传感器、主控系统和电池以检测杆的轴向互相平衡的结构安装在壳体内；

振动装置的结构为：滑动杆设置在检测杆顶部中间的位置，检测杆的轴线与滑动杆的轴线重合，在滑动杆的顶端设有第一电磁铁，在滑动杆的底端设有第二电磁铁，夯块与滑动杆滑动连接，夯块位于第一电磁铁与第二电磁铁之间，在夯块下方，与第二电磁铁之间设有弹簧。

优选的方案中，在导向筒内还设有光电传感器，光电传感器用于检测检测杆的行程。

一种采用上述的泡沫轻质土分层检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、在泡沫轻质土初凝前，将检测装置放置在泡沫轻质土上方；

S2、启动主控装置，启动振动装置；

S3、松开夹紧机构；

S4、检测杆下落，加速度传感器采集加速度数据；

S5、通过傅里叶变换分离加速度曲线；

S6、通过加速度曲线的尖突位置判断泡沫轻质土是否存在分层。

优选的方案中，步骤S3中，导向机构设有光电传感器，光电传感器采集检测杆下落时的行程数据和时间参数，将时间参数等分，与行程数据相对应；

在步骤S5中，将行程数据以时间参数为依据与加速度数据的时间参数对齐，根据尖突位置相应的行程数值，判断分层的深度位置。

本发明提供了一种泡沫轻质土分层检测装置及检测方法，通过采用检测杆垂直穿透不同泡沫轻质土分层界面会导致加速度急剧变化的特性，根据加速度曲线准确检测泡沫轻质土是否存在分层缺陷，设置的振动装置能够辅助检测杆穿入泡沫轻质土，避免反复调节静压力的麻烦。通过傅里叶变换的方式能够容易的剥离振动装置产生的振动曲线，从而准确分离出检测杆自身的加速度曲线。设置的光电传感器能够采集到检测杆的行程，结合时间参数对齐，能够较为准确的判断分层的具体位置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构位于模板上的主视示意图。

图2为图1的A-A剖视示意图。

图3为本发明的检测杆顶部的布置结构示意图。

图4位本发明的检测杆顶部的另一优选布置结构示意图。

图5为本发明中夹紧机构的结构示意图。

图6为本发明的整体结构位于泡沫轻质土表面上的主视示意图。

图7为本发明的工作流程示意图。

图8为本发明的分离后的振动装置的振动曲线示意图。

图9为本发明的分离后的检测杆加速度曲线图与对应行程位置时间线对齐后的示意图。

图中：检测杆1，夹紧机构2，摩擦块21，夹爪22，滑槽机构23，双螺纹螺杆24，夹紧机构25，导向筒3，底座4，横梁5，泡沫轻质土6，模板7，分层界面8，振动装置9，第一电磁铁91，滑动杆92，夯块93，弹簧94，第二电磁铁95，加速度传感器10，壳体11，可调配重12，润滑条13，偏心块14，主控装置15，电池16，光电传感器17，支撑板18。

具体实施方式

实施例1：

如1、6中，一种泡沫轻质土分层检测装置，包括检测杆1，本例中检测杆1的长度为70~100cm，主要用于厚度超过40cm的泡沫轻质土的分层检测中。检测杆1的底端设有与泡沫轻质土6接触的平面端头；

如图1、2中，还设有导向机构，用于引导检测杆1竖直的插入到泡沫轻质土6内；

如图3、4中，在检测杆1上设有振动装置9，还设有用于检测检测杆1的加速度的加速度传感器10。由此结构，通过采集加速度传感器10的数据，即可得出检测杆1的加速度曲线。由于泡沫轻质土6具有不同的密度值，而且初凝时间也存在较大差异，因此在每次检测之前调整静力值，即根据泡沫轻质土6的密度和初凝时间给检测杆1设置静力值，以使检测杆1的加速度曲线处于更容易反映出分层界面8的敏感区间。而设置的振动装置9使检测杆1更容易突破泡沫轻质土6的分层界面8。而采用傅里叶变换，且振动装置9的频率固定，很容易分离出检测杆1的加速度曲线，然后根据加速度曲线分析出泡沫轻质土6是否存在分层界面8。

优选的方案中，所述的加速度传感器10为线加速传感器，检测方向为检测杆1运动方向。例如，LC0751-2单轴加速度传感器。

优选的方案如图2中，所述的检测杆1设有向径向延伸的翼缘；

或者，检测杆设有径向膨大的端头部。图中未示出，通常膨大的端头部为一圆柱形，检测杆也为圆柱形。

优选的方案如图1、6中，导向机构的结构为：导向筒3底部设有底座4，底座4用于与横梁5或支撑板18固定连接；横梁5用于与模板7连接，支撑板18用于直接放置在泡沫轻质土6的表面；支撑板18优选采用轻质板材，例如硬质泡沫板。支撑板18的面积确保整个分层检测装置不会下沉。

检测杆1与导向筒3滑动连接，在导向筒3设有夹紧机构25，用于锁定检测杆1。夹紧机构25可以采用弹性的夹子，也可以采用如图2、5中所示的结构，如图2、5中，夹紧座25与导向筒3固定连接，两个夹爪22通过滑槽机构23，例如燕尾槽机构与夹紧座25滑动连接，两个夹爪22之间通过双螺纹螺杆24互相连接，在两个夹爪22相向的内侧设有摩擦块21，通过拧动双螺纹螺杆24，即可使夹爪22夹紧或松开检测杆1，从而起到固定或松开检测杆1的作用。

优选的方案如图2中，导向机构的结构为：导向筒3底部设有底座4，底座4用于与横梁5或支撑板18固定连接；横梁5用于与模板7连接，支撑板18用于直接放置在泡沫轻质土6的表面；

优选的，检测杆1设有向径向延伸的翼缘，导向筒3上设有与检测杆1形状相同的孔，在孔的周围设有润滑条13，检测杆1与导向筒3滑动连接，在导向筒3的顶部设有夹紧机构25，夹紧机构25用于锁紧检测杆1的翼缘。

优选的方案如图1、6中，检测杆1的顶部设有壳体11，振动装置9、加速度传感器10、主控系统15和电池16以检测杆1的轴向互相平衡的结构安装在壳体11内；

振动装置9为振动电机，振动电机与偏心块14连接，偏心块14的转动轴线与检测杆1的轴线交叉且互相垂直。由此方案，结构简单，大致能够实现检测杆1以轴线平衡。

优选的方案如图4中，检测杆1的顶部设有壳体11，振动装置9、加速度传感器10、主控系统15和电池16以检测杆1的轴向互相平衡的结构安装在壳体11内；

振动装置9的结构为：滑动杆92设置在检测杆1顶部中间的位置，检测杆1的轴线与滑动杆92的轴线重合，在滑动杆92的顶端设有第一电磁铁91，在滑动杆92的底端设有第二电磁铁95，夯块93与滑动杆92滑动连接，夯块93位于第一电磁铁91与第二电磁铁95之间，在夯块93下方，与第二电磁铁95之间设有弹簧94，第一电磁铁91和第二电磁铁95通常产生相反的磁力使夯块93反复振荡。由此方案，能够较为精确的实现检测杆1以轴线平衡，且振动装置9在激振过程中，不会产生径向分力。

优选的方案如图2中，在导向筒3内还设有光电传感器17，光电传感器17用于检测检测杆1的行程。本例中采用了双光电传感器17的设计，以提高冗余度。可选的，本例中的光电传感器17采用反射式光电位移传感器或光栅位移传感器。

实施例2：

如图7中，一种采用上述的泡沫轻质土分层检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、在泡沫轻质土6浇筑后初凝前，例如填筑30~120min后，将检测装置放置在泡沫轻质土6上方；

S2、启动主控装置15，启动振动装置；本例中的主控装置15优选采用单片机，该单片机的选型范围较大，只要能实现对电机或电磁铁的控制信号输出，能够具有至少两路传感器信号采集通道，以及能够进行傅里叶变换运算即可。优选的，还设有AI模块，AI模块用于智能识别加速度曲线的尖突位置。

S3、松开夹紧机构25；优选的，在松开前，先将检测杆1的端头靠近泡沫轻质土6的上表面，例如距离在1cm之内。

S3、在重力和振动装置9振动的作用下，检测杆1下落，加速度传感器10开始采集加速度数据；

优选的方案中，步骤S3中，导向机构设有光电传感器17，光电传感器17采集检测杆1下落时的行程数据和时间参数，将时间参数等分，与行程数据相对应；

S4、通过傅里叶变换分离加速度曲线；如图6、7中所示。优选的，采用快速傅里叶变换中的DIF，即频域抽取法进行计算，由于振动装置9频率，无论是采用振动电机激振或者采用第一电磁铁91和第二电磁铁95进行激振，其频率都是固定的，因此很容易将振动装置9的频率与加速度曲线进行分离。

S5、通过加速度曲线的尖突位置判断泡沫轻质土6是否存在分层。优选的，采用AI算法对是否存在尖突进行判断，具体步骤为：先以线段对加速度曲线进行拟合，线段的长度与拟合精度相关，线段的长度越长则拟合精度越低，但是运算速度则越快。因此需要合理选择线段的长度参数，检测相邻线段的夹角，各个夹角与预设的夹角进行比对，例如预设的夹角为150°，则相邻线段的夹角小于150°的则判断存在一处尖突的位置，即判断填筑的泡沫轻质土6存在分层界面8，存在分层现象。

优选的如图7中所示，将行程数据以时间参数为依据与加速度数据的时间参数对齐，由于可能存在分层界面8，相同时间段内，行程数值可能不同。根据尖突位置相应的行程数值，判断分层的深度位置。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：包括检测杆（1），检测杆（1）的底端设有与泡沫轻质土（6）接触的平面端头；

还设有导向机构，用于引导检测杆（1）竖直的插入到泡沫轻质土（6）内；

在检测杆（1）上设有振动装置（9），还设有用于检测检测杆（1）的加速度的加速度传感器（10）。

2.根据权利 要求1所述的一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：所述的加速度传感器（10）为线加速传感器，检测方向为检测杆（1）运动方向。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：所述的检测杆（1）设有向径向延伸的翼缘；

或者，检测杆设有径向膨大的端头部。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：导向机构的结构为：导向筒（3）底部设有底座（4），底座（4）用于与横梁（5）或支撑板（18）固定连接；横梁（5）用于与模板（7）连接，支撑板（18）用于直接放置在泡沫轻质土（6）的表面；

检测杆（1）与导向筒（3）滑动连接，在导向筒（3）设有夹紧机构（25），用于锁定检测杆（1）。

5.根据权利要求1所述的一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：导向机构的结构为：导向筒（3）底部设有底座（4），底座（4）用于与横梁（5）或支撑板（18）固定连接；横梁（5）用于与模板（7）连接，支撑板（18）用于直接放置在泡沫轻质土（6）的表面；

检测杆（1）设有向径向延伸的翼缘，导向筒（3）上设有与检测杆（1）形状相同的孔，在孔的周围设有润滑条（13），检测杆（1）与导向筒（3）滑动连接，在导向筒（3）的顶部设有夹紧机构（25），夹紧机构（25）用于锁紧检测杆（1）的翼缘。

6.根据权利要求5所述的一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：检测杆（1）的顶部设有壳体（11），振动装置（9）、加速度传感器（10）、主控系统（15）和电池（16）以检测杆（1）的轴向互相平衡的结构安装在壳体（11）内；

振动装置（9）为振动电机，振动电机与偏心块（14）连接，偏心块（14）的转动轴线与检测杆（1）的轴线交叉且互相垂直。

7.根据权利要求4或5所述的一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：检测杆（1）的顶部设有壳体（11），振动装置（9）、加速度传感器（10）、主控系统（15）和电池（16）以检测杆（1）的轴向互相平衡的结构安装在壳体（11）内；

振动装置（9）的结构为：滑动杆（92）设置在检测杆（1）顶部中间的位置，检测杆（1）的轴线与滑动杆（92）的轴线重合，在滑动杆（92）的顶端设有第一电磁铁（91），在滑动杆（92）的底端设有第二电磁铁（95），夯块（93）与滑动杆（92）滑动连接，夯块（93）位于第一电磁铁（91）与第二电磁铁（95）之间，在夯块（93）下方，与第二电磁铁（95）之间设有弹簧（94）。

8.根据权利要求7所述的一种泡沫轻质土分层检测装置，其特征是：在导向筒（3）内还设有光电传感器（17），光电传感器（17）用于检测检测杆（1）的行程。

9.一种采用权利要求1~8任一项泡沫轻质土分层检测装置的检测方法，其特征是包括以下步骤：

S1、在泡沫轻质土（6）初凝前，将检测装置放置在泡沫轻质土（6）上方；

S2、启动主控装置（15），启动振动装置；

S3、松开夹紧机构（25）；

S4、检测杆（1）下落，加速度传感器（10）采集加速度数据；

S5、通过傅里叶变换分离加速度曲线；

S6、通过加速度曲线的尖突位置判断泡沫轻质土（6）是否存在分层。

10.根据权利要求9所述的一种采用泡沫轻质土分层检测装置的检测方法，其特征是：

步骤S3中，导向机构设有光电传感器（17），光电传感器（17）采集检测杆（1）下落时的行程数据和时间参数，将时间参数等分，与行程数据相对应；

在步骤S5中，将行程数据以时间参数为依据与加速度数据的时间参数对齐，根据尖突位置相应的行程数值，判断分层的深度位置。

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