CN116214689B - 一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能护监测设备领域，尤其涉及一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统及方法。该系统包括：数据采集单元、数据分析处理单元、伸缩单元、定位单元、移动单元和控制单元，用于对所述移动单元、定位单元、伸缩单元、数据采集单元和数据分析处理单元。本发明的系统可以针对不同大小、不同混凝土强度的混凝土梁进行合理监测，具有普适性的优点；可以对混凝土梁进行全方位的养护监测，得到受力均匀、高质量预制混凝土梁，确保产品质量以及安装后的安全使用；结构巧妙，对场地要求更低；自动化程度高，更加趋向于数字化、智能化、自主化，实现人工操控，设备自主运行的智能化，具有节省人力、提高精度、施工效率以及质量等优点。

Description

一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统及方法

技术领域

本发明涉及智能护监测设备领域，尤其涉及一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统及方法。

背景技术

随着我国道路桥梁的不断发展，桥梁施工技术不断进步。预制梁凭借其施工方便、材料节省、安装方便等优点，在道路基础设施建设领域应用广泛。

和现浇梁相比，预制梁在制梁场制备、供现场使用，节省材料、安装方便，减少现场施工、提高施工效率、保障现场安全；在确保安全和工效的前提下，制梁场制备减少了现场可能会产生的影响，有效避免现场粉尘、泥浆、灯光、噪音等污染，提高了梁的质量；装配式预制梁受力明确，很大程度上规避了桥梁因受力不均而产生的破坏。

预制梁在梁场预制，施工标准化高、且产能大，为了保障成品质量，对预制梁的制备以及养护过程具有较高要求。传统的预制梁大多采用洒水保湿养护，后人工验收。但是由于预制梁面积一般较大，预制梁会因洒水不均匀、验收不全面造成混凝土梁表面出现裂缝，更甚者影响预制梁质量。混凝土梁的养护验收是一个重要步骤，直接关系到生产预制梁的质量把关，如果验收不到位，将影响桥梁质量甚至安装后的运营安全。因此本发明提出一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测装置，全面、高效对预制梁片进行监测、验收，保证工程安全。

发明内容

本发明公开了一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统，所述系统包括：

一数据采集单元，用于对待养护的预制梁片的内部。表面和养护环境数据进行实时采集；

一数据分析处理单元，用于对采集的数据做分析处理，并进行反馈；

一伸缩单元、用于调节所述数据采集单元的高度实现对对待养护的预制梁片不同高度的数据采集；

一定位单元，用于对待养护的预制梁片进行定位并编号；

一移动单元，用于实现监测系统的自由行走；

一控制单元，用于对所述移动单元、定位单元、伸缩单元、数据采集单元和数据分析处理单元的控制；

其中，所述伸缩单元设置在所述数据采集单元设置上，所述定位单元、伸缩单元、数据采集单元、数据分析处理单元和控制单元均设置在所述移动单元上，所述控制单元分别与所述移动单元、定位单元、伸缩单元、数据采集单元和数据分析处理单元连接。

进一步，所述数据采集单元包括：发射和接收探头，温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器、雷达探测器和安装箱；

其中，所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器均安装在所述安装箱的内部，所述发射和接收探头通过所述伸缩单元设置在所述安装箱顶部，且所述发射和接收探头分别与所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器连接。

进一步，所述数据分析处理单元包括显示器和核心处理；

其中，所述显示器安装在所述安装箱的外侧壁上，所述核心处理通过数据线与所述显示器连接，所述核心处理器分别与所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器。

本发明的另一目的是提供一种采用上述的测试系统的测试方法，所述方法具体包括以下步骤；

S1)测试系统启动，对养护区域内的待养护预制梁片进行定位并编号；

S2)系统移动到养护区域内，对区域内的待养护的预制梁片的内部，表面和养护环境数据分别进行采集，并对采集的数据进行分析处理；

S3)将分析处理后的结果判断是否满足养护完成条件，满足则出厂，不满足，则进行反馈。

进一步，所述S2)的具体步骤为：

S2.1)先采集待养护的预制梁片的表面温度值和环境温湿度值，代入测温模型，计算后的得到平均温度值；

S2.2)再采集待养护的预制梁片的内部数据，将采集数据代入强度预测模型，计算得到平均回弹值，根据平均回弹值确认预测强度值。

进一步，所述S3)的具体步骤为：

S3.1)将S2.1)得到温度值和S2.2)预测强度值与满足养护条件进行对比，均满足，则执行S2.4)，不满足，则发出预警；

S3.2)再对待养护的预制梁片的内部空洞信息进行识别，并将识别结果发送控制器。

进一步，所述S2.1)中的测温模型如下所示：

式中，T为空气温度；T_i为第i个测点表面温度；T_n为测点温度平均值。

进一步，所述S2.2)中的强度预测模型如下所示：

式中，R_m为测区平均回弹值，精确至0.1；R_i为第i个测点的回弹值。

进一步，所述S3.1)中的满足养护条件：

混凝土梁表面温度值与养护环境温差≤15℃；

预测强度值等于混凝土养护强度值。

进一步，所述内部空洞信息进行识别的具体步骤为：

先将高频电磁波通过天线由外部送入目标体内，经目标体反射后返回外部，然后用另一天线接收，通过分析高频电磁波进入和反射回来的时间判断目标体是否存在空洞。

本发明的有益效果是：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有点：

本发明提供一种基于不同时效下的预制梁片养护智能检测装备，可以针对不同大小、不同混凝土强度的混凝土梁进行合理监测，具有普适性的优点；

本发明提供一种基于不同时效下的预制梁片养护智能检测装备，可以对混凝土梁进行全方位的养护监测，得到受力均匀、高质量预制混凝土梁，确保产品质量以及安装后的安全使用；

本发明提供一种基于不同时效下的预制梁片养护智能检测装备，结构巧妙，对场地要求更低；

本发明提供一种基于不同时效下的预制梁片养护智能检测装备，自动化程度高，更加趋向于数字化、智能化、自主化，实现人工操控，设备自主运行的智能化，具有节省人力、提高精度、施工效率以及质量等优点。

附图说明

图1为本发明一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统的结构示意图；

图2为本发明的电气部分逻辑框图。

图3为本发明一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测方法的流程框图。

图4为本发明的空洞探测原理图。

图中：

1.数据采集单元，2.控制单元，2-1，显示器，3.数据分析处理单元，4.移动单元；5.伸缩单元、6.定位单元。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统，所述系统包括：

一数据采集单元1，用于对待养护的预制梁片的内部。表面和养护环境数据进行实时采集；

一数据分析处理单元3，用于对采集的数据做分析处理，并进行反馈；

一伸缩单元5、用于调节所述数据采集单元的高度实现对对待养护的预制梁片不同高度的数据采集；

一定位单元6，用于对待养护的预制梁片进行定位并编号；

一移动单元4，用于实现监测系统的自由行走；

一控制单元2，用于对所述移动单元4、定位单元6、伸缩单元5、数据采集单元1和数据分析处理单元3的控制；

其中，所述伸缩单元设置在所述数据采集单元设置上，所述定位单元、伸缩单元、数据采集单元、数据分析处理单元和控制单元均设置在所述移动单元上，所述控制单元分别与所述移动单元、定位单元、伸缩单元、数据采集单元和数据分析处理单元连接。

所述数据采集单元包括：发射和接收探头，温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器、雷达探测器和安装箱；

其中，所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器均安装在所述安装箱的内部，所述发射和接收探头通过所述伸缩单元设置在所述安装箱顶部，且所述发射和接收探头分别与所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器连接。

所述数据分析处理单元包括显示器和核心处理；

其中，所述显示器安装在所述安装箱的外侧壁上，所述核心处理通过数据线与所述显示器连接，所述核心处理器分别与所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器。

一种采用上述的测试系统的测试方法，所述方法具体包括以下步骤；

S1)测试系统启动，对养护区域内的待养护预制梁片进行定位并编号；

S2)系统移动到养护区域内，对区域内的待养护的预制梁片的内部，表面和养护环境数据分别进行采集，并对采集的数据进行分析处理；

S3)将分析处理后的结果判断是否满足养护完成条件，满足则出厂，不满足，则进行反馈。

所述S2)的具体步骤为：

S2.1)先采集待养护的预制梁片的表面温度值和环境温湿度值，代入测温模型，计算后的得到平均温度值；

S2.2)再采集待养护的预制梁片的内部数据，将采集数据代入强度预测模型，计算得到平均回弹值，根据平均回弹值确认预测强度值。

所述S3)的具体步骤为：

S3.1)将S2.1)得到温度值和S2.2)预测强度值与满足养护条件进行对比，均满足，则执行S2.4)，不满足，则发出预警；

S3.2)再对待养护的预制梁片的内部空洞信息进行识别，并将识别结果发送控制器。

所述S2.1)中的测温模型如下所示：

式中，T为空气温度；T_i为第i个测点表面温度；T_n为测点温度平均值。

所述S2.2)中的强度预测模型如下所示：

式中，R_m为测区平均回弹值，精确至0.1；R_i为第i个测点的回弹值。

所述S3.1)中的满足养护条件：

混凝土梁表面温度值与养护环境温差≤15℃；

预测强度值等于混凝土养护强度值。

进一步，所述内部空洞信息进行识别的具体步骤为：

先将高频电磁波通过天线由外部送入目标体内，经目标体反射后返回外部，然后用另一天线接收，通过分析高频电磁波进入和反射回来的时间判断目标体是否存在空洞。

回弹仪，用于预制梁混凝土的无损检测。同时，圆柱体末端还安装有温度测量传感器，用于对混凝土表面温度的监测。弯曲圆柱体的横向和纵向都装有伸缩单元，便于监测装置的上下左右伸缩变形，方便对混凝土梁进行更全面的监测。回弹仪顶部装有接触尖头，用于与监测混凝土梁表面接触。测量时接触尖头可以由控制系统控制工作。温度测量传感器，用于测量的混凝土梁表面温度。湿度测量传感器，用于对混凝土梁养护环境的温度以及湿度环境进行监测。

(1)首先GPS定位系统对养护试件进行定位编号，为后续各个试件反馈做准备。

(2)监测装备移动到某定位试件后，通过接收装置的移动对具体试件进行测区确定，测区确定后，在测区均匀布置测点，共16个(满足回弹规范要求)。

(3)温度差值

当混凝土梁表面温度与养护环境温差较大(≥15℃)时，混凝土梁表面将因温度变化产生的裂缝，为防止裂缝产生，需确认温度合格。

T_n-T015℃

其中，

T为空气温度；

T_i为第i个测点表面温度；

T_n为测点温度平均值。

(4)回弹强度

根据规范计算测区平均回弹值，从确定测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，其余的10个回弹值按下式计算：

其中，

R_m为测区平均回弹值，精确至0.1；

R_i为第i个测点的回弹值。

通过回弹值查养护所用规范，确定混凝土养护强度。

(5)空洞识别

空洞识别利用以宽带短脉冲形式的高频电磁波，通过天线(T)由外部送入混凝土内，经目标体反射后返回外部，然后用另一天线(R)接收。原理图如下：

雷达频率设置在250Hz，基本工作模式：反射(常规反射，速度探测)、透射(层析成像)，原理如下：

式中，

v为介质中的波速；

x为光速探测走过的距离；

Z为空洞的深度；

t为精确测得的走时；

当介质中的波速v(m/ns)为已知时，可根据精确测得的走时t(单位为ns，1ns＝10s)，由上式求出空洞的深度(m)。波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时进行测定。

当测得空洞后，将数据整合，确定混凝土的空洞数量，为后续混凝土判定提供依据。

(5)当温度差值和预测强度有一项不满足要求时，及时反应，通过屏幕报相应错误；当温度差值和预测强度全部满足要求时，此时养护完成。

以上对本申请实施例所提供的一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测系统及方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。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商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于不同时效下的预制梁片养护智能监测方法，实现上述监测方法采用的系统包括：

一数据采集单元，用于对待养护的预制梁片的内部；表面和养护环境数据进行实时采集；

一数据分析处理单元，用于对采集的数据做分析处理，并进行反馈；

一伸缩单元、用于调节所述数据采集单元的高度实现对待养护的预制梁片不同高度的数据采集；

一定位单元，用于对待养护的预制梁片进行定位并编号；

一移动单元，用于实现监测系统的自由行走；

一控制单元，用于对所述移动单元、定位单元、伸缩单元、数据采集单元和数据分析处理单元的控制；

其中，所述伸缩单元设置在所述数据采集单元设置上，所述定位单元、伸缩单元、数据采集单元、数据分析处理单元和控制单元均设置在所述移动单元上，所述控制单元分别与所述移动单元、定位单元、伸缩单元、数据采集单元和数据分析处理单元连接；

所述数据采集单元包括：发射和接收探头，温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器、雷达探测器和安装箱；

其中，所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器均安装在所述安装箱的内部，所述发射和接收探头通过所述伸缩单元设置在所述安装箱顶部，且所述发射和接收探头分别与所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器连接；

所述数据分析处理单元包括显示器和核心处理；

其中，所述显示器安装在所述安装箱的外侧壁上，所述核心处理通过数据线与所述显示器连接，所述核心处理器分别与所述温度测量传感器、回弹仪、湿度测量传感器和雷达探测器，其特征在于，所述监测方法具体包括以下步骤；

S1）测试系统启动，对养护区域内的待养护预制梁片进行定位并编号；

S2）系统移动到养护区域内，对区域内的待养护的预制梁片的内部，表面和养护环境数据分别进行采集，并对采集的数据进行分析处理；

具体步骤为：

S2.1）先采集待养护的预制梁片的表面温度值和环境温湿度值，代入测温模型，计算后的得到平均温度值；

测温模型如下所示：

，

式中，为空气温度；/>为第i个测点表面温度；/>为测点温度平均值；

S2.2）再采集待养护的预制梁片的内部数据，将采集数据代入强度预测模型，计算得到平均回弹值，根据平均回弹值确认预测强度值；

强度预测模型如下所示：

式中，为测区平均回弹值，精确至0.1；/>为第i个测点的回弹值；

S3）将分析处理后的结果判断是否满足养护完成条件，满足则出厂，不满足，则进行反馈；

具体步骤为：

S3.1）将S2.1）得到温度值和S2.2)预测强度值与满足养护条件进行对比，均满足，则执行S2.2），不满足，则发出预警；

S3.2）再对待养护的预制梁片的内部空洞信息进行识别，并将识别结果发送控制器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3.1）中的满足养护条件：

混凝土梁表面温度值与养护环境温差≤15℃；

预测强度值等于混凝土养护强度值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内部空洞信息进行识别的具体步骤为：

先将高频电磁波通过天线由外部送入目标体内，经目标体反射后返回外部，然后用另一天线接收，通过分析高频电磁波进入和反射回来的时间判断目标体是否存在空洞。