CN210269477U - 电磁驱动回弹仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁驱动回弹仪包括壳体、弹击杆、中心导杆、弹击锤、磁力线圈、导向法兰和挂接件，弹击锤的弹击运动由磁力线圈产生的电磁力驱动，导向法兰可通过挂接件与弹击锤挂接，并将弹击后的弹击锤复位至所述初始位置。克服传统回弹仪复位阻力大、能量不可调、校准手段少等不足，减轻劳动强度，保证结果精度，增大适用范围，提高操作性能，延长使用寿命。

Description

电磁驱动回弹仪

技术领域

本实用新型属于一种检测材料物理性能的回弹仪，尤其是一种根据弹击锤弹击前与弹击后的距离、速度或能量方面的变化情况推定材料强度的回弹仪。

背景技术

回弹法是检测建筑材料抗压强度的常用方法，检测技术成熟，应用范围广阔，相关的检测标准包括《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2011、《砌体工程现场检测技术标准》GB/T50315-2000和《回弹仪评定烧结普通砖强度等级的方法》JC/T 796-2013等，相关仪器的产品标准及检定规程包括《回弹仪》GB/T9138-2015、《回弹仪》JJG817-2011等。

传统回弹仪在弹击后，需要将回弹仪头部的弹击杆抵靠在被测物体表面，人工顶压弹击杆，使其向壳体内回缩。此时具有较低势能的弹击锤在弹击杆的顶压作用下同步向回弹仪的尾部滑动，同时带动弹击拉簧拉伸，弹击锤的势能也随之增大，直至弹击锤复位至预设的初始位置并再次触发弹击。因弹击拉簧具有较大的刚度（特别是冲击能量较高的高强回弹仪），在复位弹击锤时对操作人员的体力要求较高。此外，由于回弹操作时要求弹击杆必须垂直于测试面，对于水平较高位置或垂直顶部位置等非理想作业条件下，在大力顶压弹击杆的同时难以保证弹击杆与测试面的垂直状态，因而易造成回弹结果的偏差。

传统回弹仪的冲击能量是由弹击锤和弹击拉簧所决定的，同一回弹仪，其标称冲击能量是个固定值，因而对不同的测试对象就要选用不同冲击能量的回弹仪（轻型、中型或重型），仪器适用范围小，配套成本高。

传统回弹仪受弹击拉簧工作行程的限制，为达到较大的冲击能量，所配弹击锤的质量较大，从而增大了仪器整体的重量，便携性能差，操作难度大。

传统回弹仪的弹击拉簧刚度是固定的，因此在校准和率定仪器时（使仪器达到标准状态）缺少有效的调整手段，导致仪器的成品率低，使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种回弹仪，克服传统回弹仪的不足，减轻劳动强度，保证结果精度，增大适用范围，提高操作性能，延长使用寿命。

根据电磁学理论，在材质、形状、尺寸固定的条件下，电磁线圈（内含铁芯）产生的电磁斥力与电流、线圈匝数成正比，与两者的间隙成反比。因此，通过选择适当的形状尺寸和电磁参数，即可利用电磁斥力代替传统的弹击拉簧驱动弹击锤（内含电磁线圈、永磁铁或斥力盘）的弹击运动。这样则可在回弹仪中不设弹击拉簧，在弹击锤的复位阶段，其复位阻力将会大幅减小。为解决上述技术问题，本实用新型回弹仪包括壳体、弹击杆、中心导杆、弹击锤、导向法兰、复位压簧、挂接件和磁力线圈，弹击锤的弹击运动由磁力线圈产生的电磁力驱动，导向法兰可通过挂接件与弹击锤挂接，并将弹击后的弹击锤复位至初始位置。

与现有技术相比，本实用新型回弹仪具有以下有益效果：由于不设弹击拉簧，因而大幅减小了弹击锤复位时的阻力，既减轻了劳动强度，提高了工作效率，同时在非理想作业条件下也易于保持弹击杆与测试面的垂直状态，从而保证结果的准确；磁力线圈的工作电流可精确调节，相应的电磁斥力准确可控，既能根据不同的测试对象选择不同的电流以获得不同的冲击能量，增大仪器的适用范围，也便于在校准和率定时进行灵活调整，延长了仪器的使用寿命；由于冲击能量可通过电磁斥力来调节，因而对弹击锤的质量不再有刚性的要求，可配置质量较小的弹击锤，改善仪器的操作性和便携性。

优选的，弹击锤含有永磁铁。采用永磁铁可减少磁力线圈的数量，简化仪器构造，节省电量消耗，降低制造成本。

优选的，弹击锤含有斥力盘。在弹击锤中设置具有高导电性（如银或铜）的斥力盘，可利用磁力线圈在通电瞬间的感应涡流产生的斥力，驱动弹击锤运动。电磁斥力盘响应时间短，冲击能量大，已在电力行业的断路器中推广应用。

优选的，磁力线圈的位置可通过定位螺丝进行调整。在仪器的日常使用中，需要经常对弹击锤在复位后是否达到击发前的初始位置进行校正或调整。设置定位螺丝便于及时调整磁力线圈的安装位置，从而准确控制弹击锤的初始位置。

优选的，还包括电流调节装置，电流调节装置可调节磁力线圈中的电流。不同的受测对象对弹击锤的冲击能量要求不同。采用固定质量的弹击锤、可调的电磁力，可灵活调整弹击锤在撞击弹击杆时的冲击能量。通过设置调压整流器等电流调节装置可便于调整电磁斥力，从而实现上述目的。

优选的，还包括角度传感器，角度传感器可测量中心导杆与水平面的夹角。由于受自重的影响，在相同的电磁力作用下，弹击锤撞击弹击杆时的冲击能量与其运动方向（中心导杆与水平面的夹角）直接相关，即向下冲击时能量大，向上冲击时能量小。因而，为达到相同的冲击能量，需要根据不同的运动方向调整电磁力的大小。设置角度传感器可测量弹击锤的运动角度，便于通过电路控制系统对磁力线圈的电流进行相应调整，达到调整电磁力大小的目的。

优选的，还包括速度传感器，速度传感器可测量弹击锤的速度。除传统回弹仪中的测量系统（R值）外，在壳体临近撞击面的位置设置速度传感器，可测量弹击锤在弹击前和弹击后的速度数据。利用这些数据，按照不同检测方法中的计算公式即可得到相应的回弹结果（如Q值或D值），从而达到一机多用（R值、Q值和D值）的效果。

优选的，还包括手柄，手柄上设有操作开关。由于回弹仪外表呈光滑圆柱状，具有一定的重量，而且在操作时要求保持一定的角度并伴有振动和冲击，配有带控制开关的手柄，可便于操作人员的操作。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是传统回弹仪主要构造示意图；

图2是传统回弹仪导向法兰处的截面示意图；

图3是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的示意图（弹击锤复位至初始位置时）；

图4是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的弹击锤正视图；

图5是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的弹击锤侧视图；

图6是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的中心导杆截面示意图（尾部）；

图7是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的中心导杆截面示意图（头部）；

图8是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的中心导杆剖面示意图；

图9是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的中心导杆与导向法兰示意图；

图10是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的示意图（弹击锤撞击弹击杆时）；

图11是本实用新型电磁驱动回弹仪第一种实施方式的示意图（导向法兰挂接弹击锤时）；

图12是本实用新型电磁驱动回弹仪第三种实施方式的示意图；

图13是本实用新型电磁驱动回弹仪第四种实施方式的示意图；

图14是本实用新型电磁驱动回弹仪第四种实施方式的驱动电路框架图。

其中：1、壳体，2、弹击杆，3、导向法兰，4、弹击锤，5、中心导杆，6、第一磁力线圈，7、第二磁力线圈，8、头盖，9、尾盖，10、电导片，11、弹性压片，12、脱钩挡块，13、电源开关，14、永磁铁，15、角度传感器，16、触发开关，17、前手柄，18、后手柄，19、电源线，20、定位螺丝，21、挂接件，22、调节旋钮，23、复位压簧，24、挂钩拉簧，25、速度传感器，26、斥力盘，27、限位环。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来对本实用新型电磁驱动回弹仪做进一步的详细描述，以求更为清楚地理解本实用新型的结构组成和使用方式，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，“上”“下”“前”“后”“头”“尾”等用语均是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于本实用新型的描述，不能理解为对本实用新型的限制。

传统回弹仪的结构组成和使用方式如图1和图2所示。中心导杆5位于壳体1的中心，弹击杆2的一端露出壳体1，另一端与中心导杆5的一端嵌装，中心导杆5的另一端与导向法兰3相连。弹击拉簧（呈受拉工作状态）的一端嵌固在壳体1的头部，另一端与弹击锤4相连，弹击锤4套在中心导杆5上并可沿中心导杆5滑动。导向法兰3呈多边形，设有2个导向槽，与中心导杆5为固定连接，并可一起沿壳体1内壁上的2个法兰导向杆滑动，导向法兰3与尾盖9之间设有复位压簧23（呈受压工作状态），导向法兰3上设有挂接件21，挂接件21的挂钩与弹击锤4的环状凹槽相匹配，可在复位压簧23的压力作用下将导向法兰3与弹击锤4挂接在一起。

在初始状态，弹击杆2抵靠在被测物体表面，导向法兰3与弹击锤4挂接并位于壳体1的尾部，弹击拉簧拉伸至最大长度，此时弹击锤4具有较高的势能。继续抵压弹击杆2，带动中心导杆5和导向法兰3一起沿法兰导向杆向尾部移动，直至挂接件21触及脱钩螺钉。在脱钩螺钉的顶压下挂接件21发生转动，使弹击锤4与导向法兰3脱钩分离，此时弹击锤4所处的位置称为初始位置。在弹击拉簧的拉力作用下，弹击锤4沿中心导杆5快速向壳体1的头部运动，直至与弹击杆2发生撞击。由于弹击杆2此时抵靠在被测物体上，被测物体未吸收的冲击能量通过弹击杆2又回弹给弹击锤4，使弹击锤4沿中心导杆5由头部向尾部滑动。受弹击拉簧的拉力影响，当弹击锤4滑动到某一位置时，回弹距离（弹击锤4距弹击杆2尾部的距离）达到最大，此位置即为回弹位置。之后弹击锤4在弹击拉簧的拉力作用下，沿中心导杆5再次向头部滑动，直至紧靠弹击杆2，此时弹击拉簧处于自由状态。通过初始位置与回弹位置间的关系，按相应的方法及算式即可推定被测物体的相关性能。

将回弹仪移离被测物体表面，受复位压簧23的压力作用，导向法兰3和中心导杆5带动弹击杆2向壳体1的头部滑动，直到导向法兰3与弹击锤4相接触。由于弹击锤4的尾部为带凹槽的斜面，在复位压簧23的压力作用下，导向法兰3上挂接件21的挂钩卡入弹击锤4的凹槽中，即完成导向法兰3与弹击锤4的挂接。

将弹击杆2再次抵靠被测物体表面，并大力顶压。弹击杆2向壳体1内回缩，同时带动中心导杆5、导向法兰3和弹击锤4同步向壳体1的尾部移动。相应的，弹击拉簧也随之拉伸变形，直到导向法兰3再次将弹击锤4复位至初始位置。

以上为传统回弹仪一个完整的弹击复位过程。传统回弹仪除上述结构和部件之外，还有锁定按钮、密封圈、拉簧座等辅助配件以及标尺、指针等测量器件，数字式回弹仪还有光栅、光电开关、回弹传感器、A/D转换器、数据储存处理模块、显示屏、无线通信模块等专用部件。因与本实用新型内容不直接相关，在本说明书（包括各实施方式）中不做进一步介绍。

本实用新型电磁驱动回弹仪的第一种实施方式如图3至图11所示。与传统回弹仪相似的主要构造有：弹击杆2、弹击锤4、中心导杆5和导向法兰3在一条轴线上；弹击锤4的芯部开孔，可套在中心导杆5上滑动；壳体1的两端设有头盖8和尾盖9，尾盖9和导向法兰3之间设有复位压簧23；挂接件21为杠杆结构并设有挂钩和挂钩弹簧。与传统回弹仪不同，壳体1中不设弹击拉簧；壳体1尾部设有第一磁力线圈6（含铁芯），其前后位置可通过定位螺丝20调整；弹击锤4的内部设有第二磁力线圈7（含铁芯），在其芯孔的内表面设有上下2个金属弹性压片11；中心导杆5为尼龙材质，其上下表面均开有凹槽，凹槽中埋有电导片10，其中中心导杆5尾部处（靠近导向法兰3）电导片10的厚度稍高于其它部位的厚度；壳体1的尾部设有脱钩挡块12和触发开关16；壳体1的头部设有限位环27。为便于操作，壳体1的下部设有2个手柄，前手柄17上设有外接220V交流电的电源线19，内部装有调压整流器，后手柄18上设有电源开关13，内部设有控制电路，控制电路分别与第一磁力线圈6、第二磁力线圈7（通过电导片10和弹性压片11）、调压整流器、电源开关13等相连。

当弹击锤4完成一次弹击并从被测物体表面移离回弹仪后，受复位压簧23的压力作用，弹击杆2、中心导杆5、导向法兰3以及弹击锤4均向壳体1的头部移动，弹击杆2伸出壳体1头部一定长度。由于限位环27的内径小于弹击锤4的外径，弹击锤4移动到限位环4处后即不再继续向头部移动，而弹击杆2、中心导杆5和导向法兰3仍继续向头部移动，直至导向法兰3紧靠住弹击锤4。在复位压簧23的压力作用和挂钩拉簧24的变形功能配合下，挂接件21发生转动并将挂钩卡入弹击锤4的凹槽中，实现导向法兰3与弹击锤4的挂接（如图11）。

将弹击杆2垂直抵靠被测物体表面，弹击杆2向壳体1内回缩，同时带动中心导杆5、导向法兰3向壳体1的尾部移动。由于弹击锤4与导向法兰3挂接在一起，因此弹击锤4也同步向壳体1的尾部移动，复位压簧23也随之受压变形，直到导向法兰3将弹击锤4复位至初始位置。在此过程中，由于复位压簧23的刚度远小于传统回弹仪中弹击拉簧的刚度，因而无需较大的施力动作即可完成弹击锤4的复位。

继续抵压弹击杆2，带动导向法兰3和弹击锤4向尾部移动，挂接件21将触及脱钩挡块12（如图3）。在脱钩挡块12的顶压下挂接件21发生转动，使弹击锤4与导向法兰3脱钩分离，同时转动后的挂接件21触及触发开关16，而且弹击锤4也处于初始位置。此时，第一磁力线圈6和第二磁力线圈7同时通电，由于线圈缠绕方向相反，2个线圈间产生相斥的电磁力。在电磁力的驱动下，弹击锤4沿中心导杆5向头部冲击。当弹击锤4上的弹性压片11滑动到中心导杆5上较薄的电导片10的位置时，弹性压片11与电导片10脱离接触，第二磁力线圈7断开电路，在此之后，控制电路也断开第一磁力线圈6的电路。此后，已达到一定运动速度的弹击锤4在惯性作用下继续沿中心导杆5向头部运动，直至与弹击杆2撞击（如图10）。

以上为本实施例的一个完整的弹击操作过程。在本实施方式中，限位环27上设有弹性橡胶垫片，可避免对弹击锤4磨损。尾盖9上的定位螺丝20可以调整第一磁力线圈6的前后位置，从而精确控制弹击锤4的初始位置（脱钩位置），保证了弹击锤4冲击能量处于预设范围内。通过设置触发开关16，可准确保证弹击锤4的脱钩与第一磁力线圈6、第二磁力线圈7接通电路的同步，既可避免偏早接通电路引起的复位操作困难、无效电量损耗和线圈发热等不利因影响，也可消除偏晚接通电路引起的弹击锤4初始位置变动、冲击能量超差等对结果造成的误差。由于第一磁力线圈6和第二磁力线圈7之间的电磁斥力与两者的间隙成反比，当弹击锤4运动一段距离后，电磁斥力将大幅下降，此时再保持第一磁力线圈6和第二磁力线圈7中的电流已无必要。因此可通过中心导杆5中电导片10的厚度变化和相应的延时控制电路控制第二磁力线圈7和第一磁力线圈6的电流通断。调压整流器具有变压整流功能，可对第一磁力线圈6和第二磁力线圈7输出高电压、大电流，从而使弹击锤4获得较大的冲击能量。

本实用新型电磁驱动回弹仪的第二种实施方式与第一种实施方式类同。区别在于在前手柄17上设有角度调节旋钮，角度调节旋钮与调压整流器相连。角度调节旋钮上设有90°、60°、45°、30°、0°、-30°、-45°、-60°、-90°等档位，可根据实际使用情况进行选择调整。例如，当进行水平测试时，弹击锤4的冲击方向为水平方向，运动速度不受自身重力的影响，此时将角度调节旋钮旋至0°处，则对调压整流器的输出电流不做调整；当进行垂直向上测试时，弹击锤4的冲击方向为垂直向下方向，其自身重力对冲击有正向影响，此时将角度调节旋钮旋至90°处，则适当降低调压整流器的输出电流；当进行-45°斜下方向测试时，弹击锤4的冲击方向为45°斜上方向，其自身重力对冲击有负向影响，此时将角度调节旋钮旋至-45°处，则适当增大调压整流器的输出电流。这样，可以保证弹击锤4在撞击弹击杆2时的冲击能量不受测试角度的影响，提高结果的准确性，减少后期的数据修正处理工作。

本实用新型电磁驱动回弹仪的第三种实施方式如图12所示。与第一种实施方式相比，本实施方式以斥力盘26代替第二磁力线圈，在壳体1的内部设有角度传感器15。角度传感器15采用LIS3DH芯片，体积小、功耗低，且内置温度传感器，除识别采集角度信息外，还可反馈环境温度信息。脱钩挡块12直接固定在尾盖9上，并可通过螺丝调其前后位置。中心导杆5为非磁性钢材，强度高、变形小。弹击锤4也为非磁性钢材，其中的斥力盘26为紫铜材质，厚度为感应涡流趋肤深度的1~3倍。当第一磁力线圈6接通电流后，在高电压和大电流的瞬间作用下，斥力盘26处的感应涡流产生的电磁斥力驱动弹击锤4沿中心导杆5向头部运动。角度传感器15可自动采集中心导杆5（或壳体1）与水平面的夹角，后手柄18中的控制系统根据此角度相应调整调压整流器的输出电流。

采用斥力盘26可省去第二磁力线圈以及与之相配套的弹性片、电导片、异形中心导杆和相应电路，简化仪器构造，提高使用可靠性。线圈-盘式斥力机构利用线圈（第一磁力线圈6）中的脉冲电流产生的交变磁场，使斥力盘26产生反向的感应涡流，涡流产生的磁场与线圈的磁场相互作用，产生电磁斥力，始动时间短，初始速度快，适用于中型或重型冲击能量的回弹仪。脱钩挡块12直接固定在尾盖9上，可不受第一磁力线圈6位置的影响，达到线圈位置和脱钩位置均独立调节，增大了仪器的灵活性和可控性。

对于冲击能量大且操作有振动的场合，为了便于平稳地把持操作仪器，前后手柄间的夹角可设为0°~-120°，或采用活动式手柄。

本实用新型电磁驱动回弹仪的第四种实施方式如图13和图14所示。与第三种实施方式相比，本实施方式以永磁铁14代替斥力盘；在壳体1的头部设有速度传感器25；省去了前手柄和外接电源，在后手柄18中设有充电电池、调压整流器、控制电路和调节旋钮22。弹击锤4中的永磁铁14的磁场方向与第一磁力线圈6的磁场方向相反，当第一磁力线圈6接通电流后，两者之间产生电磁斥力，从而驱动弹击锤4沿中心导杆5向尾部运动。在测试之前，根据被测对象的类别和对冲击能量大小的要求通过调节旋钮22选择相应的电流档位。角度传感器15可自动采集中心导杆5（或壳体1）与水平面的夹角，控制系统根据电流档位和弹击角度相应选择并调整调压整流器的输出电流。速度传感器25可自动采集弹击锤4在撞击前和撞击后的速度数据。

速度传感器25采用磁电式传感器，其中设有感应线圈。当含有永磁体14的弹击锤4沿中心导杆5方向运动时，永磁体14的磁力线被感应线圈所切割，在感应线圈对应的电路上产生电压信号。根据电磁感应原理，弹击锤4的运动速度与感应电路中的电压呈对应关系，因而可通过测量感应电压来求得弹击锤4的速度。为适度区分弹击锤4的冲击速度和回弹速度，在弹击锤4与弹击杆2撞击的瞬间，速度传感器25中的感应线圈所在平面距撞击面的距离比永磁体14中心点距撞击面的距离大0.3~5mm。

传统回弹仪（R值回弹仪）所测得的回弹值表示弹击锤在弹击测试面后的回弹距离与初始距离的比值，也称为R值。Q值回弹仪所测得的回弹值是弹击锤在弹击测试面后的回弹速度的平方与初始速度的平方的比值，也称为Q值。由于Q值回弹仪测量速度的位置临近弹击锤与弹击杆的撞击面，因而基本不受操作角度（弹击锤沿中心导杆的运动方向与水平面的夹角）的影响；同时因为省略了指针系统，简化了仪器结构，延长了使用寿命。D值回弹仪在结构构造上与Q值回弹仪完全相同，都是以弹击锤的速度为测量特征量，其所测得的回弹值是弹击锤在弹击测试面后的回弹速度与初始速度的比值，也称为D值。与Q值回弹仪相比，D值回弹仪既具有Q值回弹仪的优点，在数值的相对关系上也更接近于R值。本实施例增加了速度传感器25，通过测得的弹击锤4的速度数据即可方便地求得相应的Q值和D值。

采用永磁铁14代替斥力盘，可增大电磁力的作用时间，提高驱动效率，降低电路的峰值负荷，减轻对操作人员的冲击，适用于轻型或中型冲击能量的回弹仪。

除了上述实施例和使用方式说明外，本实用新型电磁驱动回弹仪还存在其他类似的结构形式和使用方式，同样可以完成本实用新型的目的。如复位弹簧也可改换为拉簧方式，第二磁力线圈与电路的连接也可采用软排线形式，速度传感器也可采用霍尔传感器、光电传感器或磁敏传感器，调压整流器也可外置，触发开关也可和脱钩挡块合为一体等。只要对于本领域技术人员来说是显而易见的变换和替代，均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电磁驱动回弹仪，包括壳体、弹击杆、中心导杆和弹击锤，所述弹击锤从初始位置沿所述中心导杆方向以一定能量或速度弹击抵靠在被测物体上的所述弹击杆，之后沿所述中心导杆方向回弹，其特征在于：还包括磁力线圈、导向法兰和挂接件，所述弹击锤的弹击运动由所述磁力线圈产生的电磁力驱动，所述导向法兰可通过所述挂接件与所述弹击锤挂接，并将弹击后的所述弹击锤复位至所述初始位置。

2.按权利要求1所述的电磁驱动回弹仪，其特征在于：所述弹击锤含有永磁铁。

3.按权利要求1所述的电磁驱动回弹仪，其特征在于：所述弹击锤含有斥力盘。

4.按权利要求1所述的电磁驱动回弹仪，其特征在于：所述磁力线圈的位置可通过定位螺丝进行调整。

5.按权利要求1所述的电磁驱动回弹仪，其特征在于：还包括电流调节装置，所述电流调节装置可调节所述磁力线圈中的电流。

6.按权利要求1所述的电磁驱动回弹仪，其特征在于：还包括角度传感器，所述角度传感器可测量所述中心导杆与水平面的夹角。

7.按权利要求1所述的电磁驱动回弹仪，其特征在于：还包括速度传感器，所述速度传感器可测量所述弹击锤的速度。

8.按权利要求1所述的电磁驱动回弹仪，其特征在于：还包括手柄，所述手柄上设有操作开关。

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