CN115266575A - 振动检测式拱肋脱空检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁检测领域，具体公开了振动检测式拱肋脱空检测设备，包括外壳体、动力部和检测部，动力部包括第一电机、第一传动机构和两个第一滚轮；所述检测部包括振动发生器和振动检测器，振动发生器包括安装座、第一气缸和振动头，安装座的底部布置有若干第一钢筒和第一弹簧，振动头的顶部设置有若干第二塑料筒，第二塑料筒上设置有电磁铁，振动头的中心处设置有第一圆通槽，第一圆通槽的内壁上设置有按压开关，第一圆形通槽的内壁上还设置有矩形槽，所述第一气缸上设置有移动杆，移动杆的底部设置有延伸块，移动杆的外壁上竖直设置有楔块，振动检测器包括支架和振动传感器。本发明的目的在于解决通过检测振动的方式来确定检测脱空的技术问题。

Description

振动检测式拱肋脱空检测设备

技术领域

本发明涉及桥梁检测领域，具体公开了振动检测式拱肋脱空检测设备。

背景技术

钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁建设中发展起来的新型桥梁结构,具有自重轻,强度大,抗变形能力强,承载能力大的优点,并且用料省,安装重量轻,施工方便,工期短,养护工作量小,是大跨度拱桥的一种比较理想的结构形式，浇注后的管内混凝土则是隐蔽的,肉眼无法直接观察混凝土是否存在脱粘或脱空缺陷,因此对浇注后的拱肋进行检测是非常必要的。

现有的检测方法包括有超声波、红外成像等，其中超声波的效果较好，且检测对钢管混凝土无损伤，同时还能够检测出脱空区域的面积等，但是超声波设备使用时需要在钢管表面涂上偶合剂，操作麻烦，最主要的问题是需要在拱肋高空作业，危险性较高，有些还需要搭设施工作业平台，费用昂贵。另外，人工逐个检测效率非常低，时间长，人工成本高，也存在漏检的情况。热成像存在同样的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供振动检测式拱肋脱空检测设备，以解决通过检测振动的方式来确定检测脱空的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种振动检测式拱肋脱空检测设备，包括外壳体、动力部和检测部，所述动力部和检测部均设置在外壳体上，动力部包括第一电机、第一传动机构和两个第一滚轮，所述第一电机与第一传动机构连接，两个第一滚轮与第一传动机构连接，两个第一滚轮能够在拱肋的上部两侧滚动；所述检测部包括振动发生器和振动检测器，振动发生器包括安装座、第一气缸和振动头，所述第一气缸设置在安装座上，安装座的底部沿第一气缸的周向均匀布置有若干第一钢筒和第一弹簧，第一弹簧位于第一钢筒内，振动头的顶部设置有若干第二塑料筒，第二塑料筒上设置有电磁铁，电磁铁能够吸引到第一钢筒中，第一弹簧的下端与振动头连接并位于第二塑料筒中，振动头的中心处设置有第一圆通槽，第一圆通槽的内壁上设置有按压开关，按压开关能够控制电磁铁的启闭，第一圆形通槽的内壁上还设置有矩形槽，所述第一气缸的伸缩端上设置有移动杆，移动杆的底部设置有能够与矩形槽配合的延伸块，移动杆的外壁上竖直设置有能够挤压按压开关的楔块，振动检测器包括支架和振动传感器，所述支架设置在安装座上，所述振动传感器设置在支架上。

本方案中的设备能够在拱肋上移动，主要依靠动力部的第一电机和第一滚轮，第一滚轮能够带动设备沿着拱肋移动。振动发生器则能够通过第一弹簧产生冲击力使振动头冲击到拱肋上产生振动，具体方式为：第一气缸启动，伸缩端向下移动并带动移动杆向下移动，移动杆带动楔块向下移动并挤压按压开关，此时电磁铁关闭然后第一钢筒与第二塑料筒没有电磁铁的吸引则会瞬间分开，第一弹簧将振动头向下弹出，振动头冲击到拱肋上，由于第一弹簧的长度有限，振动头冲击一次后就与拱肋分离，不会继续再对拱肋发生接触。振动传感器则能够检测到拱肋上受到的振动，收集振动的信息后再加以处理，就能够分析出是否脱空和脱空区域的面积大小等参数。

可选地，第一圆通槽的下部设置有键槽，键槽中竖直滑动设置有柱状键，键槽的顶部设置有第二弹簧，第二弹簧与柱状键的顶部连接，移动杆的底部设置有顶杆，所述顶杆能够与柱状键的顶部相抵。采用本方案，移动杆向下移动时顶杆能够将柱状键向下推动，柱状键就能够被推出到振动头的外部，然后移动杆再向下移动就能够将振动头继续向下推动，并使柱状键抵紧在拱肋上，吸收拱肋振动能量，便于一下个工位进行检测。

可选地，柱状键的底部设置有橡胶垫。橡胶垫具有弹性，吸收振动能量的效果更好。

可选地，还包括导向部，所述导向部包括设置在外壳体两侧的导向臂，所述导向臂上靠近拱肋的一侧设置有转动盘，所述转动盘上设置滚轮架，所述滚轮架上设置有若干第二滚轮。采用本方案，导向部和动力部分别设置在外壳体的两端，动力部主要作用是驱动，导向部则能够对整个外壳体进行一个导向，使其能够沿着拱肋移动，同时也能够起到一个支撑导向的作用。

可选地，第一弹簧处于自然状态时，振动头与拱肋之间留间隙。采用本方案当振动头冲击拱肋一次后，由于第一弹簧在自然状态下的长度有限，所以振动头在往复移动过程中不会触碰到拱肋。

可选地，所述振动头上沿径向设置有水平通槽，水平通槽与第一圆形通槽连通，所述移动杆上设置有水平连杆；所述支架包括上架体和下架体，所述下架体滑动设置在上架体中，下架体包括固定部和弹性部，所述弹性部通过第三弹簧与固定部连接，所述振动传感器设置在弹性部的下端。采用本方案，移动杆在移动过程中能够带动支架随之移动，当其向下移动时，下架体具有一定的伸缩性，所以振动传感器能够抵紧在拱肋上，同时，移动杆继续向下移动也不会影响振动传感器的位置。

振动检测式拱肋脱空检测设备的检测方法，包括以下步骤：

S1，启动动力部，动力部带动检测设备在拱肋上移动；

S2，启动振动发生器，振动发生器敲击拱肋，给拱肋施加脉冲激励，拱肋上产生振动；

S3，启动振动检测器，振动检测器中的振动传感器贴在拱肋上就能够检测到拱肋表面的振动加速度信号，振动加速度参数与脱空区域面积、脱空区域形状以及拱肋钢管厚度有关

S4，振动发生器在不同位置对脱空区域施加脉冲激励后，拱肋表面的振动加速度不同，振动传感器收集拱肋表面的振动加速度数据。

S5，重复S2-S4步骤；

S6，根据振动加速度、速度的变化来计算拱肋中脱空区域的位置、面积和形状，计算公示如下：

其中M为脱空位置钢管壁的质量，C为脱空位置钢管壁的振动阻尼，K为脱空位置钢管壁的刚度，P(t)为振动发生器产生的外部激励，

为钢管壁在外部激励作用下的振动加速度，

为钢管壁在外部激励作用下的振动速度，x为钢管壁在外部激励作用下的振动位移。方程中

x，P(t)为本系统的目标测量值，系数M，C，K为反映脱空位置、面积和形状的参数，通过本检测装置前进时在多个激振点测量的加速度等值，可以解得脱空面积和形状参数。

本方案的工作原理及有益效果在于：

本方案的脱空检测原理是：通过振动头冲击、击打拱肋，拱肋的脱空区域和未脱空区域被击打后产生的振动是不同的，且脱空面积与振动频率也相关，所以，通过检测收集振动的参数就能够检测出击打区域的情况。

本方案中，通过电磁铁来将振动头吸引在安装座上，同时安装座和电磁铁之间设置有第一弹簧，第一弹簧处于压缩状态，当移动杆向下移动并触碰到按压开关时，按压开关能够控制电磁铁断电，然后第一弹簧将振动头推出，振动头冲击到拱肋上、拱肋发生振动。移动杆向下移动时能够带动振动传感器向下移动并抵紧在拱肋上以检测振动。由于振动头对拱肋的冲击较大，振动能量消散慢，如果直接做其他区域的检测则会受到影响，导致检测效率降低。本方案中的移动杆能够继续向下移动并将柱状键从振动头的底部顶出，然后带动振动头继续向下移动并抵紧在拱肋上，此时柱状键会吸收振动能量，使振动能量快速消散，同时，振动传感器在移动杆的带动下会更加紧密地抵靠在拱肋上，但其位置不会发生改变。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为导向部的部分结构示意图；

图3为调节部和检测部的部分结构示意图；

图4为检测部的部分结构纵剖视图；

图5为动力部的部分结构示意图。

附图中标记如下：拱肋1、外壳体2、导向臂3、支撑滚轮4、第一滚轮5、振动发生器6、振动检测器7、转动盘8、滚轮架9、第二滚轮10、第二电机11、第二齿轮12、第二齿条13、安装片14、安装座15、第一气缸16、第一钢筒17、第二塑料筒18、振动头19、滑动筒20、上架体21、固定部22、弹性部23、振动传感器24、第一弹簧25、电磁铁26、移动杆27、楔块28、按压开关29、第一圆通槽30、矩形槽31、水平连杆32、延伸块33、顶杆34、滑动筒35、第三弹簧36、柱状键37、第二弹簧38、键槽39、橡胶垫40、第一电机41、第一蜗轮42、蜗杆43、第二蜗轮44。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例

一种振动检测式拱肋脱空检测设备，如图1-图5所示，包括外壳体2、动力部、检测部和导向部。

外壳体2整体呈弧形，动力部和检测部均设置在外壳体2上。

动力部包括第一电机41、第一传动机构和两个第一滚轮5。第一电机41为双出轴电机，第一电机41固定设置在外壳体2的底部。第一传动机构包括第一蜗轮42、第二蜗轮44和蜗杆43，第一蜗轮42固定设置在第一电机41的输出端上，第一蜗轮42的两侧均设置有蜗杆43，蜗杆43的转动设置在外壳体2中，第一蜗轮42与蜗杆43啮合，第二蜗轮44位于第一蜗轮42的下方并与蜗杆43啮合，第二蜗轮44中设置有转轴，转轴转动设置在外壳体2中，两个第一滚轮5与转轴同轴固定连接。两个第一滚轮5能够在拱肋1的上部两侧滚动。

外壳体2中设置有安装腔，安装腔内设置有调节部，调节部包括第二电机11、第二齿轮12和第二齿条13，第二电机11固定设置在外壳体2中，第二电机11的输出端与第二齿轮12连接，第二齿条13呈弧形且滑动设置在安装腔内，安装腔的下部呈弧形且中间具有槽体，第二齿条13的下方固定设置有安装片14，安装片14能够穿过槽体与第二齿条13连接。

检测部包括振动发生器6和振动检测器7，振动发生器6包括安装座15、第一气缸16和振动头19。安装座15固定设置在安装片14的底部，第一气缸16竖直固定设置在安装座15的底部，安装座15的底部沿第一气缸16的周向均匀布置有若干第一钢筒17和第一弹簧25，第一弹簧25位于第一钢筒17内，第一弹簧25的顶部与安装座15的顶部固定连接。振动头19的顶部设置有若干第二塑料筒18，第二塑料筒18上设置有电磁铁26，电磁铁26能够吸引到第一钢筒17中，第一弹簧25的下端与振动头19连接并位于第二塑料筒18中。振动头19的中心处设置有第一圆通槽30，第一圆通槽30的内壁上设置有按压开关29，按压开关29能够控制电磁铁26的启闭，第一圆形通槽的内壁上还沿着周向均匀设置有若干矩形槽31。第一气缸16的伸缩端竖直朝下，伸缩端上固定设置有移动杆27，移动杆27的底部设置有能够与矩形槽31配合的延伸块33，移动杆27的外壁上竖直设置有能够挤压按压开关29的楔块28。第一弹簧25处于自然状态时，振动头19与拱肋1之间留有间隙。

第一圆通槽30的下部设置有键槽39，键槽39中竖直滑动设置有柱状键37，键槽39的顶部设置有第二弹簧38，第二弹簧38与柱状键37的顶部固定连接。移动杆27的底部设置有顶杆34，顶杆34能够与柱状键37的顶部相抵，柱状键37的底部固定设置有橡胶垫40。第二弹簧38在自然状态下，橡胶垫40的底部位于第一圆通槽30内。

振动头19上沿径向设置有水平通槽，水平通槽与第一圆形通槽的矩形槽31连通。移动杆27上设置有水平连杆32，水平连杆32水平固定设置在延伸块33上，水平连杆32的外侧端上固定设置有滑动筒20，滑动筒20竖直滑动设置在振动头19上。振动检测器7包括支架和振动传感器24，支架包括上架体21和下架体，下架体滑动设置在上架体21中，上架体21固定设置在安装座15的底部。下架体包括固定部22和弹性部23，弹性部23通过第三弹簧36与固定部22连接，振动传感器24设置在弹性部23的下端。

导向部包括设置在外壳体2两侧的导向臂3，导向臂3上靠近拱肋1的一侧设置有转动盘8，转动盘8上设置滚轮架9，滚轮架9上设置有若干第二滚轮10。

导向部还包括设置在外壳体2前端的支撑滚轮4，支撑滚轮4与拱肋1接触。

振动检测式拱肋脱空检测设备的检测方法，包括以下步骤：

S1，启动动力部，动力部带动检测设备在拱肋上移动；

S2，启动振动发生器，振动发生器敲击拱肋，给拱肋施加脉冲激励，拱肋上产生振动；

S3，启动振动检测器，振动检测器中的振动传感器贴在拱肋上就能够检测到拱肋表面的振动加速度信号，振动加速度参数与脱空区域面积、脱空区域形状以及拱肋钢管厚度有关

S4，振动发生器在不同位置对脱空区域施加脉冲激励后，拱肋表面的振动加速度不同，振动传感器收集拱肋表面的振动加速度数据。

S5，重复S2-S4步骤；

S6，根据振动加速度、速度的变化来计算拱肋中脱空区域的位置、面积和形状，计算公示如下：

其中M为脱空位置钢管壁的质量，C为脱空位置钢管壁的振动阻尼，K为脱空位置钢管壁的刚度，P(t)为振动发生器产生的外部激励，

为钢管壁在外部激励作用下的振动加速度，

为钢管壁在外部激励作用下的振动速度，x为钢管壁在外部激励作用下的振动位移。方程中

x，P(t)为本系统的目标测量值，系数M，C，K为反映脱空位置、面积和形状的参数，通过本检测装置前进时在多个激振点测量的加速度等值，可以解得脱空面积和形状参数。

具体实施时：

将设备安装到拱肋1的一侧，然后启动第一电机41，第一电机41带动第一传动机构运作，第一传动机构将动力传递到两个第一滚轮5上，第一滚轮5则能够带动整个设备在拱肋1上移动。拱肋1移动一段距离后，启动第一气缸16，第一气缸16带动移动杆27向下移动，移动杆27带动顶杆34和楔块28向下移动，楔块28与按压开关29接触时能够，按压开关29被按下、电磁铁26断电，在第一弹簧25的作用下、振动头19弹压到拱肋1上，拱肋1产生振动。同时，移动杆27带动支架中的弹性部23向下移动，振动传感器24与拱肋1接触，振动传感器24则能够收集拱肋1的振动信号。检测完成后，启动第一气缸16的伸缩端继续向下移动，此时顶杆34将柱状键37向下顶出，柱状键37底部的橡胶垫40伸出到振动头19的下方，同时移动杆27弹性部23继续向下移动，但是由于弹性部23内设置有第三弹簧36，所以振动传感器24只会压紧在拱肋1上，而不会继续向下移动。橡胶垫40抵在拱肋1上之后，能够吸收振动能量，帮助拱肋1快速消解振动。然后第一气缸16向上移动到原位，楔块28与按压开关29分离，电磁铁26启动并吸引在第一钢筒17上。再启动相邻的第一气缸16，检测相邻区域。检测完成后，启动第二电机11，第二电机11带动齿轮转动，齿轮带动第二齿条13移动，第二齿条13带动安装片14和下方的安装座15移动，振动头19就能够对其他区域进行检测。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。

Claims (7)

1.一种振动检测式拱肋脱空检测设备，其特征在于：包括外壳体、动力部和检测部，所述动力部和检测部均设置在外壳体上，动力部包括第一电机、第一传动机构和两个第一滚轮，所述第一电机与第一传动机构连接，两个第一滚轮与第一传动机构连接，两个第一滚轮能够在拱肋的上部两侧滚动；所述检测部包括振动发生器和振动检测器，振动发生器包括安装座、第一气缸和振动头，所述第一气缸设置在安装座上，安装座的底部沿第一气缸的周向均匀布置有若干第一钢筒和第一弹簧，第一弹簧位于第一钢筒内，振动头的顶部设置有若干第二塑料筒，第二塑料筒上设置有电磁铁，电磁铁能够吸引到第一钢筒中，第一弹簧的下端与振动头连接并位于第二塑料筒中，振动头的中心处设置有第一圆通槽，第一圆通槽的内壁上设置有按压开关，按压开关能够控制电磁铁的启闭，第一圆形通槽的内壁上还设置有矩形槽，所述第一气缸的伸缩端上设置有移动杆，移动杆的底部设置有能够与矩形槽配合的延伸块，移动杆的外壁上竖直设置有能够挤压按压开关的楔块，振动检测器包括支架和振动传感器，所述支架设置在安装座上，所述振动传感器设置在支架上。

2.根据权利要求1所述的振动检测式拱肋脱空检测设备，其特征在于：第一圆通槽的下部设置有键槽，键槽中竖直滑动设置有柱状键，键槽的顶部设置有第二弹簧，第二弹簧与柱状键的顶部连接，移动杆的底部设置有顶杆，所述顶杆能够与柱状键的顶部相抵。

3.根据权利要求2所述的振动检测式拱肋脱空检测设备，其特征在于：柱状键的底部设置有橡胶垫。

4.根据权利要求3所述的振动检测式拱肋脱空检测设备，其特征在于：还包括导向部，所述导向部包括设置在外壳体两侧的导向臂，所述导向臂上靠近拱肋的一侧设置有转动盘，所述转动盘上设置滚轮架，所述滚轮架上设置有若干第二滚轮。

5.根据权利要求4所述的振动检测式拱肋脱空检测设备，其特征在于：第一弹簧处于自然状态时，振动头与拱肋之间留有间隙。

6.根据权利要求5所述的振动检测式拱肋脱空检测设备，其特征在于：所述振动头上沿径向设置有水平通槽，水平通槽与第一圆形通槽连通，所述移动杆上设置有水平连杆；所述支架包括上架体和下架体，所述下架体滑动设置在上架体中，下架体包括固定部和弹性部，所述弹性部通过第三弹簧与固定部连接，所述振动传感器设置在弹性部的下端。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的振动检测式拱肋脱空检测设备的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，启动动力部，动力部带动检测设备在拱肋上移动；

S2，启动振动发生器，振动发生器敲击拱肋，给拱肋施加脉冲激励，拱肋上产生振动；

S3，启动振动检测器，振动检测器中的振动传感器贴在拱肋上就能够检测到拱肋表面的振动加速度信号，振动加速度参数与脱空区域面积、脱空区域形状以及拱肋钢管厚度有关

S4，振动发生器在不同位置对脱空区域施加脉冲激励后，拱肋表面的振动加速度不同，振动传感器收集拱肋表面的振动加速度数据。

S5，重复S2-S4步骤；

S6，根据振动加速度、速度的变化来计算拱肋中脱空区域的位置、面积和形状，计算公示如下：

其中M为脱空位置钢管壁的质量，C为脱空位置钢管壁的振动阻尼，K为脱空位置钢管壁的刚度，P(t)为振动发生器产生的外部激励，

为钢管壁在外部激励作用下的振动加速度，

为钢管壁在外部激励作用下的振动速度，x为钢管壁在外部激励作用下的振动位移。方程中

x，P(t)为本系统的目标测量值，系数M，C，K为反映脱空位置、面积和形状的参数，通过本检测装置前进时在多个激振点测量的加速度等值，可以解得脱空面积和形状参数。

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