CN216747557U - 一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，包括智能锤和云端系统，智能锤和云端系统连接，智能锤包括锤头和手柄，锤头和手柄连接，锤头内设有三轴加速度传感器。采用上述技术方案制成了一种快速检测灌浆饱满性的装置。本实用新型避免了目前套筒灌浆质量检测成本高、随机性差、容易漏检等弊端，通过利用带三轴加速度传感器的智能锤对出浆孔道表面进行锤击，由于加速度传感器的相对于常用的压电式的力传感器其灵敏度高、成本低、无需标定，能够抓住开始工作后的所有加速度数据，从而可以在构件未产生破坏的情况下，对于那些肉眼不可以见的塑形变形实现良好的捕捉，准确的判断浆料的饱满性。

Description

一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置

技术领域

本实用新型涉及装配式建筑技术领域，特别涉及一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置。

背景技术

混凝土结构按照施工建造方式可分为现场浇筑混凝土结构(现浇混凝土结构)和装配式混凝土结构。现浇混凝土结构其整体性能和抗震性能在结构使用阶段内表现优异得到广泛应用。但这种建造方式主要工作由工人在现场操作完成，工人劳动强度大，工序复杂，施工过程产生的噪音和粉尘会严重影响周围居民的正常生活，对环境产生不良的影响。装配式混凝土结构以其结构生产建造过程中的自身优点特性，可有效解决上述问题，是建筑发展机械化、自动化和智能化的必然途径。装配式混凝土结构相比于传统建筑具有生产率高、建筑产品质量高、工期大大缩短、资源使用率高等优点。灌浆套筒连接是预制装配式混凝土结构节点重要的连接方式之一。灌浆套筒的出现使得构件可以单独在工厂内生产，到施工现场通过套筒直接相连，整个工程快捷有序，施工现场清洁环保。但是，由于灌浆施工的复杂性以及灌浆施工的工艺目前还不太完善，所以装配式混凝土结构存在整体性差、生产过程中节点要求不达标等缺点，导致其结构不稳定、抗震性差，存在安全隐患。因此装配式混凝土结构质量检测，尤其是套筒灌浆饱满性的检测非常必要。由于钢筋套筒灌浆连接构造复杂又属于隐蔽工程，灌浆饱满度检测是国内外公认的难题。

目前装配式混凝土结构中套筒灌浆饱满性的检测方法主要有：预埋钢丝拉拔法、带阻尼的振动传感器法、超声法、钻芯法等。

预埋钢丝拉拔法通过在出浆口插入钢丝，然后从灌浆口灌浆，待灌浆料从出浆口流出后，立即封堵出浆口，对预埋钢丝进行拉拔试验，根据拉拔值大小对灌浆饱满度进行判别。但该方法因钢丝拉拔段在预制构件表面外留置过长，检测前易受到现场扰动或破坏。

带阻尼的振动传感器法等需要在建筑结构中预埋装置或传感器，由于待测物体内部不同介质(如液体和气体)的弹性模量不同，传感器接触到的介质弹性模量越大，传感器的振幅就越小，因此预埋传感器法正是利用这一特性根据波幅的衰减情况对待测物体内的介质情况做出判断，但同时也有一些不足，如无法满足对结构随机检测的要求，且检测成本较高，检测数量有限。

超声法检测是一种无损检测技术，对构件不会造成损伤。该方法可以通过声波的传播情况反映混凝土内部情况以及密实情况。但超声法由于套筒与钢筋之间空腔尺寸相对于超声波波长较小，这种方法对缺陷的分辨率不高，常会出现缺陷漏检的情况，并且超声法在检测过程中受到多种因素共同影响，情况较为复杂，此时的测量数据误差较大。

钻芯法不需要建立某种参数与混凝土结构强度之间的曲线关系，检测方式比较直观简单，在取得试件之后也可以直接对混凝土结构的内部情况进行系统的观察了解，是多种检测结果中精度最高的一种方法。但当钻芯法用于检测预制构件时，钢筋不可避免地受到损坏，会受到位置、数量的限制，在尽可能的减少芯样数量的同时，又不能较准确的反映构件的连续性与全面性。

因此装配式混凝土结构套筒灌浆饱满性检测的一个亟需解决的问题是：如何找到一种快速简单、适用范围广、破坏性小、误差小的检测方法及装置。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置。本实用新型的目的在于解决装配式混凝土结构套筒灌浆饱满性检测中存在的破坏性大、误差大、检测不全面、随机性差、操作复杂等难题。

本实用新型中的一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，包括智能锤和云端系统，所述智能锤和云端系统连接，所述智能锤包括锤头和手柄，所述锤头和手柄连接，所述锤头内设有三轴加速度传感器。

上述方案中，所述锤头的端头为球形端头，所述手柄上还设有LED指示灯，所述手柄内设有嵌入式系统和电源，所述手柄端部设有充电口。

上述方案中，所述三轴加速度传感器与嵌入式系统连接，所述嵌入式系统和LED指示灯连接，所述嵌入式系统和电源连接，所述嵌入式系统与云端系统连接。

上述方案中，所述嵌入式系统内设有无线通信模块，所述嵌入式系统与云端系统通过无线通信模块无线连接。

上述方案中，三轴加速度传感器内置在锤头凹槽时的三个方向的加速度分别是X向与锤头的轴心线平行、Y向与操作手柄垂直、Z向与操作手柄平行。

本实用新型的优点和有益效果在于：本实用新型提供一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置及方法。1.本实用新型避免了目前套筒灌浆质量检测成本高、随机性差、容易漏检等弊端，通过利用带三轴加速度传感器的智能锤对出浆孔道表面进行锤击，由于加速度传感器的相对于常用的压电式的力传感器其灵敏度高、成本低、无需标定，能够抓住开始工作后的所有加速度数据，从而可以在构件未产生破坏的情况下，对于那些肉眼不可以见的塑形变形实现良好的捕捉，准确的判断浆料的饱满性。

2.本实用新型通过智能锤产生加速度的比值来判断，检测原理巧妙，检测方法便捷，不受检测环境的影响，不仅检测单位的人员容易掌握，而且一线的经验丰富工人也可以快速上手对装配式混凝土结构套筒灌浆质量进行自查。

3.本实用新型通过把三轴加速度传感的X轴的加速度方向与锤头的轴心线平行安装，确保能够有效的采集每一次的X轴的加速度用于判断。

4.本实用新型检测效率高，考虑到实际工程中的工人操作不当，在嵌入式系统里内置无线通信(比如蓝牙)连接云端系统，方便专业人员对存疑的数据进行在线诊断，及时反馈给现场的工人。

5.本实用新型对装配式混凝土结构的破坏性小，不会埋下安全隐患，并且可以和定量检测的方法配合使用，先快速、准确地判断出装配式混凝土结构的灌浆饱满性，在对检测出的不合格构件利用定量检测的方法进行精准测量，可以大大的减少工作量，提高工作效率。

6.本实用新型通过在嵌入式系统里的内置算法，在冲击加速度没有达到规定阈值的非正常工作状态下，智能锤不启动；并且为了锤击方向尽可能与出浆孔表面垂直，规定了最大偏转角，通过LED指示的颜色从而判断本次检测工作是否有效。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型智能锤的结构示意图；

图2为本实用新型的系统示意图；

图3为本实用新型的三轴加速传感器的工作方向示意图；

图4为本实用新型装置锤击灌浆饱满套筒下的三轴加速度曲线、最大最小值及比值；

图5是本实用新型装置锤击灌浆不饱满套筒下的三轴加速度曲线、最大最小值及比值。

图中：1、智能锤 2、锤头 3、手柄 4、三轴加速度传感器 5、LED指示灯 6、嵌入式系统 7、电源 8、充电口 9、云端系统 10、无线通信模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型是一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，包括智能锤1和云端系统9，智能锤1和云端系统9连接，智能锤1包括锤头2和手柄3，锤头2和手柄3连接，锤头2内设有三轴加速度传感器4。

锤头2的端头为球形端头，球形端头相对于平面能够起到更好的冲击效果，手柄3上还设有LED指示灯5，手柄3内设有嵌入式系统6和电源7，手柄3端部设有充电口8。锤头2锤击方向应该和装配式混凝土结构的出浆孔表面尽可能保持垂直。

如图2所示，三轴加速度传感器4与嵌入式系统6连接，嵌入式系统6和LED指示灯5连接，嵌入式系统6和电源7连接，嵌入式系统6与云端系统9连接。自动判断本次实验对象的饱满性是通过判断与嵌入式系统6相连接的LED指示灯的颜色，绿色代表实验对象灌浆饱满，红色代表实验对象不饱满，黄色代表本次实验存疑需要云端系统诊断分析。

嵌入式系统6内设有无线通信模块10，嵌入式系统6与云端系统9通过无线通信模块10无线连接。嵌入式系统6安装在手柄内部，采用I²C或SPI等协议的高速通信速率与三轴加速度传感器4串口的输出速率匹配，从而避免采集的数据丢失或者额外噪声，增加检测结果的准确性。嵌入式系统6通过预先内置的算法对三轴加速度传感器4的触发阈值进行规定，防止操作过程中因为误触导致采集的信号失效，只有当冲击加速度超过规定阈值，三轴加速度传感器4才开始工作采集加速度信号，每一次的采样时间根据实际要求在算法里写入。

三轴加速度传感器4内置在锤头2凹槽时的三个方向的加速度分别是X向与锤头的轴心线平行、Y向与操作手柄垂直、Z向与操作手柄平行，三轴加速度传感器4端口与嵌入式系统6的端口一一对应连接。

一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的方法，包括以下步骤：

S1：给智能锤的电源通过充电口充满电；

S2：通过手柄带动锤头垂直敲击预制混凝土构件中的灌浆饱满构件；

S3：逐渐增大冲击加速度超过规定阈值，三轴加速度传感器从而开始正常工作；

S4：采集到的加速度信号全部传输给嵌入式系统，当合格构件达到被破坏发生塑形变形的临界状态，记录下此时的冲击加速度；

S5：接收信号，将数据通过内置算法进行分析；

S6：通过算法将区分后的加速度进行逆变换还原；

S7：对灌浆不饱满构件进行检测；

S8：对于灌浆不饱满构件保持相同的冲击加速度锤击三次，从而确定该构件的灌浆不饱满。

上述方案中，S3中，三轴加速度传感器内置在锤头凹槽时的三个方向的加速度分别是X向与锤头的轴心线平行、Y向与操作手柄垂直、Z向与操作手柄平行，三轴加速度传感器的X轴的加速方向与预制混凝土构件的出浆孔表面垂直保证X方向的偏转角θ小于15°，如图3所示。

上述方案中，S5中，通过嵌入式系统接收三轴加速度传感器的信号。采集的加速度信号通过在嵌入式系统里的内置算法进行分析，主要包括：对原始信号进行智能区分X，Y，Z三轴的信号、自动提取三轴的最大值与最小值作为冲击加速度、反弹加速度以及自动判断本次实验对象的饱满性，如图4所示。其中，自动提取三轴的最大值与最小值是通过在嵌入式系统的内置算法中写入MAX与MIN函数从而快速得到每一次检测的最大值与最小值，便于判断饱满性。

上述方案中，S6具体为，对接收的信号通过数值变换，在算法上预先分别对X方向的加速度加上500，Y方向的加速度保持不变，Z方向的加速度减去500，从而区分出三个方向的加速度，将区分后的加速度进行逆变换还原。

上述方案中，S6对还原后的加速度进行操作是否有效判断，判断|Y/X|＜tan15°,|Z/X|＜tan15°是否满足工作要求，敲击方向不满足工作要求时，LED指示灯显示黄色，代表本次敲击过程中锤击的方向不垂直且超过了最大偏转角，从而采集的结果存疑需要发送到云端系统进行二次判断；LED指示灯显示绿色，则本次采集的数据有效且灌浆饱满。

具体的，LED指示灯显示绿色是因为X轴上的最大值与最小值的绝对值的比值满足在大量实验后的统计数值的范围之内并且利用Y方向以及Z方向的加速度数据作为辅助，两轴的最小值与X轴的最小的比值满足|Y/X|＜tanθ,|Z/X|＜tanθ；LED指示灯显示红色的原因是X轴方向的绝对值的比值不在统计的数值范围之内；LED指示灯显示黄色的原因是实际操作过程中的X轴方向与出浆孔道表面不垂直，并且利用Y方向以及Z方向的加速度数据作为辅助判断时，两轴的最小值与X轴的最小的比值不满足要求，超过了规定允许的最大偏转角度。

如果LED指示灯显示黄色时，需要通过云端进行人工诊断，通过对云端数据进行可视化操作，工程人员通过显示的加速度波形，分析原因并做出判断报告。

上述方案中，S7中，对灌浆不饱满构件进行检测，记录临界加速度作为冲击加速度，重复步骤S2-S5，计算出各方向上冲击加速度与反弹加速度，如图5所示，通过算法计算分析，LED指示灯显示绿色，则本次是有效的采集数据且灌浆饱满；LED指示灯显示红色，则本次是有效的采集数据且灌浆不饱满。

为了减少误差，对于相同的锤击点，保持相同的冲击加速度锤击多次，观察LED灯的颜色判断其是否一致，若存在疑问则发送至云端，通过对多次实验的平均值再次判断。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，其特征在于，包括智能锤和云端系统，所述智能锤和云端系统连接，所述智能锤包括锤头和手柄，所述锤头和手柄连接，所述锤头内设有三轴加速度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，其特征在于，所述锤头的端头为球形端头，所述手柄上还设有LED指示灯，所述手柄内设有嵌入式系统和电源，所述手柄端部设有充电口。

3.根据权利要求2所述的一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，其特征在于，所述三轴加速度传感器与嵌入式系统连接，所述嵌入式系统和LED指示灯连接，所述嵌入式系统和电源连接，所述嵌入式系统与云端系统连接。

4.根据权利要求3所述的一种三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，其特征在于，所述嵌入式系统内设有无线通信模块，所述嵌入式系统与云端系统通过无线通信模块无线连接。

5.根据权利要求1～4任意一种所述的三轴加速度快速检测灌浆饱满性的装置，其特征在于，三轴加速度传感器内置在锤头凹槽时的三个方向的加速度分别是X向与锤头的轴心线平行、Y向与操作手柄垂直、Z向与操作手柄平行。

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