CN118032926A - 一种基于mems技术的无线压浆检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于MEMS技术的无线压浆检测装置及方法，属于工程无损检测技术领域，装置包括：专用频率激振器、激励MEMS传感器、接收MEMS传感器和分析电脑；所述激励MEMS传感器和接收MEMS传感器分别设置在预应力锚具两端的钢绞线上，并且保持激励MEMS传感器和接收MEMS传感器的X轴与钢绞线方向平行，Y轴垂直于钢绞线。本发明基于MEMS传感器技术，设计的一整套无线检测装置及方法，只需在孔道两端安装传感器，通过一次检测，即可快速直接分析出通道整体压浆情况及端头锚固情况。
Description
技术领域
本发明涉及工程无损检测技术领域，特别是涉及一种基于MEMS技术的无线压浆检测装置及方法。
背景技术
预应力结构在中大跨径桥梁建造中有广泛应用，其具有安全、省材料、结构可靠等优点，而预应力孔道的压浆则是一项重要工序。因此对其质量的快速、准确检测很重要。由于预应力钢筋结构的特性，现有主流检测技术都围绕弹性波展开，如两端检测波速变化，沿孔道扫描等。但这类方法几乎都采用机械传感器及有线布线的方式进行检测，单次检测效率低且检测指标单一，无法有针对性、泛化性的整体评价预应力孔道压浆质量。
因此，本领域亟需一种能够解决现有检测技术存在的单次检测效率低且检测指标单一，无法有针对性、泛化性地整体评价预应力孔道压浆质量的问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速、方便的预应力梁孔道压浆检测装置和方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于MEMS技术的无线压浆检测装置，包括：专用频率激振器、激励MEMS传感器、接收MEMS传感器和分析电脑；所述激励MEMS传感器和接收MEMS传感器分别设置在预应力锚具两端的钢绞线上，并且保持激励MEMS传感器和接收MEMS传感器的X轴与钢绞线方向平行，Y轴垂直于钢绞线。
可选的，所述MEMS传感器由亚德诺半导体公司的三轴多量程加速度传感器芯片ADXL367及2.4GWlan模块组成，其中，在振源近端用8g量程的激励MEMS传感器(2)，在振源远端用2g量程的接收MEMS传感器(3)。
可选的，所述专用频率激振器采用专用平面激振器。
一种基于MEMS技术的无线压浆检测方法，包括：
S1：将激励MEMS传感器和接收MEMS传感器分别设置于压浆后的预应力孔道两端锚段端头钢绞线，通过远端控制电脑设置梁长参数，并进入等待采集状态；
S2：用专用频率激振器在激振端激励出有效的长波长、低频弹性波信号；
S3：两端的弹性波信号被安装在两端的MEMS传感器接收，并记录成数据绘制成图像；
S4：对于X方向信号，选取前五个极大值的区间作为弹性波能量区，分别积分得接收端弹性波能量PX接和激振端弹性波能量PX激，结合分析电脑设置的梁长L、钢绞线波速V、阻尼衰减α等参数，即可计算灌浆整体缺陷指数：
灌浆整体缺陷指数≥0，则判定孔道整体有明显灌浆缺陷，灌浆整体缺陷指数＜0，则孔道整体无明显缺陷；
S5:将两组传感器的四个信号分别做FFT变换，并找到各自的主频部分记为fX激、fY激、fX接和fY接；
计算接收端锚头灌浆指数：指数以0.8为界，越低说明接收端压浆质量越差。
可选的，包括将激励MEMS传感器(2)和接收MEMS传感器(3)分别磁吸于压浆后的预应力孔道(6)两端锚段端头钢绞线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、采用独立存储、无线通信方式的采集分析模块，解决了现场传感器和检测主机连线、安装等问题，解决了现场实际操作性问题。
2、采用三轴传感器，一次操作即可对孔道压浆整体质量及端头锚固质量两个关键部位进行直接检测，大幅提高了检测效率及检测结果的可靠性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于MEMS技术的无线压浆检测装置结构示意图。
1-专用频率激振器；2-激励MEMS传感器；3-接收MEMS传感器；4-分析电脑；5-预应力锚具；6-预应力孔道。
图2为本发明实施例提供的专用频率激振器结构示意图。
图3为本发明实施例提供的根据MEMS传感器接收到的弹性波信号绘制出的图像。
图4为本发明实施例提供的将MEMS传感器的四个信号做FFT变换后得到的主频波形图。
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。
本发明的目的是提供一种能够快速、方便的预应力梁孔道压浆检测装置和方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例基于MEMS(微机电系统)传感器技术，设计一整套无线检测装置及方法，只需在孔道两端安装传感器，通过一次检测，即可快速直接分析出通道整体压浆情况及端头锚固情况。
由于预应力孔道结构和压浆工艺因素，其孔道压浆往往出现两类质量问题：第一类是堵塞造成孔道(6)中大段空洞缺陷；第二类孔道两端锚具(5)后出现小范围缺陷。
为解决上述两个质量问题，本发明设计一套完整的检测装置及方法(如图1所示)，其由专用频率激振器(1)、激励MEMS传感器(2)、接收MEMS传感器(3)和分析电脑(4)组成。其中MEMS传感器由亚德诺半导体公司的三轴多量程加速度传感器芯片ADXL367及2.4GWlan模块组成，其中激励传感器用8g量程(在振源近端)，接收端用2g量程(在振源远端)。
根据MEMS传感器的频响特性，不可采用常规的球形锤作为激振器。需要配置专门平面的激振器，保证其激振有效长波长、低频率信号(f≤1kHz)。
如图2所示，激振控制器为平面不锈钢材质，可以带把手，质量≥2kg，前端近似平面圆，直径不超过10mm，根据弹性体与半空间的接触撞击运动方程：及牛顿定律：F·t＝m·v，并结合实际操作，对于锚具平面激振器的选定为：不锈钢材质，较大质量(m≥2kg)的平头激振器。且在检测冲击激励时，撞击速度不可过大。
将传感器(2和3)分别吸附在锚具(5)两端的钢绞线，并且保持传感器的X轴与钢绞线方向平行，Y轴垂直于钢绞线。通过专用频率激振器在传感器(2)端进行激励，弹性波信号会通过钢绞线传递到传感器(3)端。分别在X轴设置信号触发阈值并且Y轴数据只记录触发之后信号，各轴记录300个点(ODR设置为3000)，两个传感器采集X、Y轴的信号，分别记为X激，Y激，X接，Y接。
由于X轴为弹性波P波信号方向，能量传播主要受几何尺寸和阻尼衰减。因此，将与梁板结构标准弹性波衰减关系比较/>当η测＞1.25ηL时，判定结构物存在明显大段空洞。
对4段数据做fft变换并分别记录为fX激、fY激、fX接和fY接。取和/>根据简易弦振动关系，，即是当锚头部分有缺陷时，其线密度减小，自振频率减小，幅度增大，当K接＜0.8K激时，判定接收端锚头存在明显缺陷。
一种基于MEMS技术的无线压浆检测装置的检测方法，包括：
S1：将激励MEMS传感器(2)和接收MEMS传感器(3)分别磁吸于压浆后的预应力孔道(6)两端锚段端头钢绞线，通过远端控制电脑设置梁长参数，并进入等待采集状态；
S2：用专用频率激振器(1)在激振端激励出有效的长波长、低频弹性波信号；
S3：两端的弹性波信号被安装在两端的MEMS传感器接收，并记录成数据绘制成图像；
S4：对于X方向信号，选取前五个极大值的区间作为弹性波能量区，分别积分得接收端弹性波能量PX接和激振端弹性波能量PX激，结合分析电脑设置的梁长L、钢绞线波速V、阻尼衰减α等参数，即可计算灌浆整体缺陷指数：
灌浆整体缺陷指数≥0，则判定孔道整体有明显灌浆缺陷，灌浆整体缺陷指数＜0，则孔道整体无明显缺陷；
S5:将两组传感器的四个信号分别做FFT变换，并找到各自的主频部分记为fX激、fY激、fX接和fY接；
计算接收端锚头灌浆指数：指数以0.8为界，越低说明接收端压浆质量越差。
图3和图4为检测10米全压浆孔道的检查结果图，通过图能够得出以下结论：
结论1：测试值η测＝0.156，ηL＝0.159，灌浆整体缺陷指数＜0，检测结论为该孔道压浆质量整体饱满，无缺陷。
结论2：接收端锚头灌浆指数为1.04(＞0.8)，检测结论为接收端锚头锚固稳定压浆密实。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。
Claims (5)
1.一种基于MEMS技术的无线压浆检测装置，其特征在于，包括：专用频率激振器(1)、激励MEMS传感器(2)、接收MEMS传感器(3)和分析电脑(4)；所述激励MEMS传感器(2)和接收MEMS传感器(3)分别设置在预应力锚具(5)两端的钢绞线上，并且保持激励MEMS传感器(2)和接收MEMS传感器(3)的X轴与钢绞线方向平行，Y轴垂直于钢绞线。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的无线压浆检测装置，其特征在于，所述MEMS传感器由亚德诺半导体公司的三轴多量程加速度传感器芯片ADXL367及2.4GWlan模块组成，其中，在振源近端用8g量程的激励MEMS传感器(2)，在振源远端用2g量程的接收MEMS传感器(3)。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的无线压浆检测装置，其特征在于，所述专用频率激振器(1)采用专用平面激振器。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的基于MEMS技术的无线压浆检测装置的检测方法，其特征在于，包括：
S1：将激励MEMS传感器(2)和接收MEMS传感器(3)分别设置于压浆后的预应力孔道(6)两端锚段端头钢绞线，通过远端控制电脑设置梁长参数，并进入等待采集状态；
S2：用专用频率激振器(1)在激振端激励出有效的长波长、低频弹性波信号；
S3：两端的弹性波信号被安装在两端的MEMS传感器接收，并记录成数据绘制成图像；
S4：对于X方向信号，选取前五个极大值的区间作为弹性波能量区，分别积分得接收端弹性波能量PX接和激振端弹性波能量PX激，结合分析电脑设置的梁长L、钢绞线波速V、阻尼衰减α等参数，即可计算灌浆整体缺陷指数：
灌浆整体缺陷指数≥0，则判定孔道整体有明显灌浆缺陷，灌浆整体缺陷指数＜0，则孔道整体无明显缺陷；
S5:将两组传感器的四个信号分别做FFT变换，并找到各自的主频部分记为fX激、fY激、fX接和fY接；
计算接收端锚头灌浆指数：指数以0.8为界，越低说明接收端压浆质量越差。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，包括将激励MEMS传感器(2)和接收MEMS传感器(3)分别磁吸于压浆后的预应力孔道(6)两端锚段端头钢绞线。
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