CN115712265A - 一种混凝土人工振捣参数实时监测装置及工作方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土施工应用技术领域，具体公开了一种混凝土人工振捣参数实时监测装置，由振捣施工数据感知终端和振捣施工数据监控终端组成；所述振捣施工数据感知终端通过以太网和/或服务器与振捣施工数据监控终端实时互联。本发明的有益效果在于：在人工振捣棒上设有激光测距传感器及角度传感器装置，激光测距传感器将振捣深度参数传给单片机模块进行判断是否在标准值范围，如振捣深度超出设定范围或者振捣时间超出设定范围，系统将超限报警，数据处理终端将实时提醒施工人员进行纠偏，确保振捣施工质量；采用激光测距传感器测距方案，人工智能技术及数字信号处理技术，对振捣深度及振捣时间实时监测及语音报警功能，指导施工人员优质施工。

Description

一种混凝土人工振捣参数实时监测装置及工作方法和系统

技术领域

本发明属于混凝土施工应用技术领域，具体涉及一种混凝土人工振捣参数实时监测装置及工作方法和系统。

背景技术

在混凝土施工中，振捣是混凝土浇筑过程中的关键工艺，振捣质量直接影响混凝土的强度、抗渗及抗冻等性能，振捣质量的监测与控制是施工质量控制中的重要环节，因而对振捣质量的智能监测与评估有非常重要意义。

传统振捣质量管控通常是通过施工员的经验判断、仓面施工监理现场检测，并将异常信息及时反馈给设备操作手来保证振捣质量。因而施工中不可避免地存在以下局限性：1）振捣时间主要依靠施工人员主观判断，不能保证有效时间的准确性；2）有限数量的取样点无法反映出全仓面的振捣质量；3）钻芯取样结果无法实时获得，在出现振捣有效时间不能及时补救，且目前对现场振捣的监管还基本处于定性评价阶段，振捣施工过程无法进行精确控制与评价。

现有技术中也无法实现混凝土振捣过程的即时分析，因此有必要研究出一种实时的混凝土振捣质量智能监控方法，以实现振捣参数的准确采集和全仓面混凝土振捣质量的动态分析及精细化控制，这对于实现工程建设的智能化管理、确保混凝土工程施工质量具有十分重要的意义。

因此，基于上述问题，本发明提供一种混凝土人工振捣参数实时监测装置及工作方法和系统。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种混凝土人工振捣参数实时监测装置及工作方法和系统，其结构设计合理，解决当前混凝土振捣所存在的问题。

技术方案：本发明的第一方面提供一种混凝土人工振捣参数实时监测装置，由振捣施工数据感知终端和振捣施工数据监控终端组成；所述振捣施工数据感知终端通过以太网和/或服务器与振捣施工数据监控终端实时互联；所述振捣施工数据感知终端，包括激光测距传感器、角度传感器、MCU模块和WiFi模块，激光测距传感器、角度传感器安装在振捣棒棒头用于采集振捣棒施工深度以及与振捣仓面角度参数，采集的参数经过WiFi模块、以太网反馈至振捣施工数据感知终端，其中，MCU根据预设时间控制激光测距传感器、角度传感器开始和结束；所述振捣施工数据监控终端，包括动态监测模块、数据分析模块、语音报警模块、远程控制客户端和振捣信息处理终端，传感器采集的参数通过数据分析模块分析处理，若测量参数超出设定准备范围，则振捣信息处理终端产生语音报警信号，并通过语音报警模块发出报警信息，其中，通过远程控制客户端反馈至现场施工人员。

本技术方案的，所述振捣施工数据感知终端，还包括电源模块，电源模块为激光测距传感器、角度传感器、MCU模块和WiFi模块供电。

本技术方案的，所述MCU模块包括但不限于Arduino Mega2560平台，其中若选用Arduino Mega2560平台，则在Arduino Mega2560上使用Pycharm语言开发程序，实现逻辑控制。

本技术方案的，所述振捣施工数据感知终端部署在现场工控机电脑上，并设置可视化窗口运行可视化分析和综合管理界面。

本发明的第二方面提供一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作方法，应用于所述的振捣参数实时监测系统包括以下具体步骤：

S1、施工人员随身携带WiFi模块移动控制装置，并发出工作命令，开始振捣。S2、激光测距传感器与角度传感器实时监测施工深度参数、振捣棒与振捣仓面角度参数并实时传给振捣信息处理终端。S3、振捣信息处理终端解析处理数据获得振捣棒棒头的定位轨迹坐标，并测量出每次振捣深度和振捣时间。S4、将振捣棒棒头距离仓面位置跟设定标准数值进行比较，获得比较结果。S5、当振捣深度或振捣时间不在标准范围内立即产生报警信号，振捣信息处理终端立即以语音反馈给施工人员，施工人员通过耳机中语音报警提醒进行实时调整。

本技术方案的，所述步骤S3中振捣信息处理终端中的动态监测模块根据采集到的信息实时定位振捣棒棒头的轨迹坐标曲线，并在可视化窗口上展示。

本技术方案的，所述步骤S4中根据获得的比对结果对振捣位置、振捣次数、振捣时间、插入深度和角度信息在可视化窗口上实时展示。

本技术方案的，所述步骤S5中振捣信息处理终端中的远程控制客户端对采集到的信息进行记录保存、并保留查询端口。

本发明的第三方面提供一种系统，包含所述的混凝土人工振捣参数实时监测装置，其采用上述的工作方法。

与现有技术相比，本发明的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置及工作方法和系统的有益效果在于：1、在人工振捣棒上设有激光测距传感器及角度传感器装置，激光测距传感器将振捣深度参数传给单片机模块进行判断是否在标准值范围，如深度在合理区间，则开始计算振捣时长，并将振捣时间控制在有效范围内，如振捣深度超出设定范围或者振捣时间超出设定范围，系统将超限报警，数据处理终端将实时提醒施工人员进行纠偏，从而很好地确保振捣施工质量；2、本发明系统操作简便、实用经济，采用激光测距传感器测距方案，人工智能技术及数字信号处理技术，实现对振捣深度及振捣时间实时监测及语音报警功能，指导施工人员优质施工，克服了过往施工中人为因素的影响，大大提高了人工振捣施工工艺水平和振捣质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实

施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的结构示意图；

图2是本发明的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作流程结构示意图；

图3是本发明的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的振捣测试效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、 “下”、 “内”、 “外”“前端”、 “后端”、 “两端”、 “一端”、 “另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、 “连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置，由振捣施工数据感知终端和振捣施工数据监控终端组成；

振捣施工数据感知终端通过以太网和/或服务器与振捣施工数据监控终端实时互联；

振捣施工数据感知终端，包括激光测距传感器、角度传感器、MCU模块和WiFi模块，激光测距传感器、角度传感器安装在振捣棒棒头用于采集振捣棒施工深度以及与振捣仓面角度参数，采集的参数经过WiFi模块、以太网反馈至振捣施工数据感知终端，

其中，MCU根据预设时间控制激光测距传感器、角度传感器开始和结束；

振捣施工数据监控终端，包括动态监测模块、数据分析模块、语音报警模块、远程控制客户端和振捣信息处理终端，传感器采集的参数通过数据分析模块分析处理，若测量参数超出设定准备范围，则振捣信息处理终端产生语音报警信号，并通过语音报警模块发出报警信息，

其中，通过远程控制客户端反馈至现场施工人员。

本发明的混凝土人工振捣参数实时监测系统，振捣施工数据感知终端优选的，还包括电源模块，电源模块为激光测距传感器、角度传感器、MCU模块和WiFi模块供电。

另外，MCU模块包括但不限于Arduino Mega2560平台，其中若选用ArduinoMega2560平台，则在Arduino Mega2560上使用Pycharm语言开发程序，实现逻辑控制；由于该设计对数据的存储及传输有着极大的影响，因此最初预选了三种型号UNO、Mega 1280、Mega 2560的型号。同时由于Arduino Mega提供的IO端口比Arduino UNO要多得多，所以有54个 数字输入/输出引脚（15个PWM），16个模拟输入引脚，4个UART接口，1个USB接口，1个DC接口，1个ICSP接口，1个16MHz晶体振荡器，1个复位按钮。

因为考虑到后面可能用到多个传感器，以及移动电源等需要多个引脚接口，所以放弃了UNO；其次考虑到数据传输问题。因为Mega使用的是128KB程序存储器的ATmega1280，而Mega 2560用的则是256KB程序存储器的ATmega2560，最终选定Arduino Mega2560作为主控MCU。

另外，振捣施工数据感知终端部署在现场工控机电脑上，并设置可视化窗口运行可视化分析和综合管理界面。

本发明的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作方法，应用于所述的振捣参数实时监测系统包括以下具体步骤：

S1、施工人员随身携带WiFi模块移动控制装置，并发出工作命令，开始振捣。S2、激光测距传感器与角度传感器实时监测施工深度参数、振捣棒与振捣仓面角度参数并实时传给振捣信息处理终端。S3、振捣信息处理终端解析处理数据获得振捣棒棒头的定位轨迹坐标，并测量出每次振捣深度和振捣时间。S4、将振捣棒棒头距离仓面位置跟设定标准数值进行比较，获得比较结果。S5、当振捣深度或振捣时间不在标准范围内立即产生报警信号，振捣信息处理终端立即以语音反馈给施工人员，施工人员通过耳机中语音报警提醒进行实时调整。

另外，所述步骤S3中振捣信息处理终端中的动态监测模块根据采集到的信息实时定位振捣棒棒头的轨迹坐标曲线，并在可视化窗口上展示。

另外，所述步骤S4中根据获得的比对结果对振捣位置、振捣次数、振捣时间、插入深度和角度信息在可视化窗口上实时展示。

另外，所述步骤S5中振捣信息处理终端中的远程控制客户端对采集到的信息进行记录保存、并保留查询端口。

实施例

根据混凝土施工中振捣棒的要求：

1）混凝土浇筑时，应将振捣棒插入到下一层混凝土中10cm左右深度，以消除两层间的接缝、保证层间结合质量。

2）每一个插入位置都把振捣时间控制在20-30s，时间过短混凝土不易振实，时间过长，上面的混凝土产生过振，易引起骨料与水泥浆分离现象，造成骨料与水泥浆分离，并在混凝土表面形成砂层。

3）振捣棒角度很重要，振捣棒要与仓面垂直，而振动力的作用半径是有限的，只有垂直插入，振动效果才最好，振动范围也最广，并能使混凝土各部位振捣均匀。如果振捣棒不垂直插入，则振捣棒下部混凝土中的气泡很难冒出，影响混凝土振捣质量。

如图1-2所示，本发明的混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作方法，通过在振捣棒上安装激光测距传感器、语音报警装置、倾角角度传感器，研发了集成多源传感器，基于“采集－集成－分析－反馈”信息于一体的振捣施工质量实时监控系统。首先，施工人员随身携带Wifi移动控制装置发出工作命令，振捣棒工始工作，振捣棒棒头安装有激光测距传感器和角度传感器。

另外，本方案中通过激光测距传感器测量距离；由于激光在大气中的传播速率是恒定的，因此可以根据激光到达目标回路的时间来确定距离，通过触发信号来触发激光测距，将一个或多个非常狭窄的光脉冲（脉宽在50ns以下）发送给目标，从而测量自发射光脉冲开始、抵达目标和从目标返回到接收器的时间。

另外，本方案中设计的激光测距是采用脉冲法也就是激光回波法，脉冲激光测距就是利用激光的飞行时间差来进行测距；由信号处理电路发射触发信号驱动激光发射电路发射激光，经目标反射回来的脉冲激光为回波。设测量目标距离为L，激光脉冲往返经过的时间既主波与回波之间的时间间隔为t，则

在式中，光在空气中传播速度为C，光脉冲发射到目标，经由目标反射回到激光接收电路的时间间隔t是通过对在这一时间间隔内进入计数器的时钟脉冲个数来测量距离的，激光脉冲在此只起到开关作用；考虑到施工现场的测量距离因此选用WiFi作为通信模块。

另外，在本实施例中Wifi模块选用ESP8266，ESP8266无线通信模块的硬件设计主要是用于构建无线局域网。芯片是一款串口转无线模芯片，内部自带固件，用户操作简单，无须编写时序信号等优点；其功能是主要将测距传感器获取的实时振捣深度通过无线通信模块传输到终端，并做数据分析。接收到工作命令后，激光测距仪将振捣棒感知的施工深度参数、以及振捣棒与振捣仓面角度参数实时传给参数采集装置，并通过无线传输网络传送到振捣信息管理用户客户端监控界面，并解析处理获取振捣棒棒头高精度定位轨迹坐标，测出每次振捣深度和振捣时间，并将振捣棒棒头距离仓面位置跟设定标准数值进行比较，实现对振捣位置、振捣次数、振捣时间、插入深度和角度等远程、在线、实时监控分析，并对每次振捣施工过程进行信息的记录、分析、查询、判断，当振捣深度或振捣时间不在标准范围内立即产生报警信号，数据处理终端立即以语音反馈给施工人员，施人员通过耳机中语音报警提醒进行实时调整。

另外，本发明的混凝土人工振捣参数实时监测装置，通过设置激光传感器较好地解决了混凝土施工中振捣深度、振捣时间不达标，在施工中出现的漏振、欠振、过振等问题；通过倾角角度传感器较好解决了振捣棒与仓面不垂直问题。

另外，本发明的混凝土人工振捣参数实时监测装置在实际测试过程中展现出良好的工作状态，如图3所示，测试的参数完全满足施工工艺的要求，对混凝土人工振捣施工过程进行很好地精确控制与评价，确保了混凝土工程施工质量。

此外，本发明的应用一种系统，包含所述的混凝土人工振捣参数实时监测装置，其采用上述的工作方法。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种混凝土人工振捣参数实时监测装置，其特征在于：由振捣施工数据感知终端和振捣施工数据监控终端组成；

所述振捣施工数据感知终端通过以太网和/或服务器与振捣施工数据监控终端实时互联；

所述振捣施工数据感知终端，包括激光测距传感器、角度传感器、MCU模块和WiFi

模块，

激光测距传感器、角度传感器安装在振捣棒棒头用于采集振捣棒施工深度以及与振捣仓面角度参数，采集的参数经过WiFi模块、以太网反馈至振捣施工数据感知终端，

其中，MCU根据预设时间控制激光测距传感器、角度传感器开始和结束；

所述振捣施工数据监控终端，包括动态监测模块、数据分析模块、语音报警模块、远程控制客户端和振捣信息处理终端，

传感器采集的参数通过数据分析模块分析处理，若测量参数超出设定准备范围，则振捣信息处理终端产生语音报警信号，并通过语音报警模块发出报警信息，并通过远程控制客户端反馈至现场施工人员。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置，其特征在于：所述振捣施工数据感知终端，还包括电源模块，电源模块为激光测距传感器、角度传感器、MCU模块和WiFi模块供电。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置，其特征在于：所述MCU模块包括但不限于Arduino Mega2560平台，其中若选用Arduino Mega2560平台，则在Arduino Mega2560上使用Pycharm语言开发程序，实现逻辑控制。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置，其特征在于：所述振捣施工数据感知终端部署在现场工控机电脑上，并设置可视化窗口运行可视化分析和综合管理界面。

5.一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作方法，应用于如权利要求1-4任一项所述的振捣参数实时监测系统，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1、施工人员随身携带WiFi模块移动控制装置，并发出工作命令，开始振捣；

S2、激光测距传感器与角度传感器实时监测施工深度参数、振捣棒与振捣仓面角度参数并实时传给振捣信息处理终端；

S3、振捣信息处理终端解析处理数据获得振捣棒棒头的定位轨迹坐标，并测量出每次振捣深度和振捣时间；

S4、将振捣棒棒头距离仓面位置跟设定标准数值进行比较，获得比较结果；

S5、当振捣深度或振捣时间不在标准范围内立即产生报警信号，振捣信息处理终端立即以语音反馈给施工人员，施工人员通过耳机中语音报警提醒进行实时调整。

6.根据权利要求5所述的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作方法，其特征在于：所述步骤S3中振捣信息处理终端中的动态监测模块根据采集到的信息实时定位振捣棒棒头的轨迹坐标曲线，并在可视化窗口上展示。

7.根据权利要求5所述的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作方法，其特征在于：所述步骤S4中根据获得的比对结果对振捣位置、振捣次数、振捣时间、插入深度和角度信息在可视化窗口上实时展示。

8.根据权利要求5所述的一种混凝土人工振捣参数实时监测装置的工作方法，其特征在于：所述步骤S5中振捣信息处理终端中的远程控制客户端对采集到的信息进行记录保存、并保留查询端口。

9.一种系统，其特征在于：包含权利要求1-4任一项所述的混凝土人工振捣参数实时监测装置，其采用权利要求5-8所述的工作方法。

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