一种小型化学螺栓阻抗测量装置的制作方法

1.本实用新型属于结构无损检测技术领域，具体涉及一种小型化学螺栓阻抗测量装置。


背景技术：

2.化学螺栓是靠与混凝土之间的握裹力和机械咬合力共同作用，主要用在幕墙钢龙骨结构与楼体结构的连接，各项力学指标计算时要根据生产厂家提供的资料来进行，因为各种厂家生产的化学粘接剂都不同，所以粘接能力也不同，使用前需认真核实其性能。化学螺栓主要是通过合成树脂砂浆粘合锚杆和孔壁，使锚杆、锚固基础与被锚固对象形成一个整体，从而达到固定构件或提高构件承载力的效果。
3.近年来化学螺栓的使用越来越广泛。同所有材料和结构一样，化学螺栓在长期使用过程中，其使用的化学胶管、螺杆、垫圈、螺母等均存在不同程度的性能退化、松动和腐蚀等现象，影响了作用在混凝土上的粘结力和紧固力，造成化学螺栓松动，极端情况下化学螺栓可能脱落。化学螺栓的松动和脱落不仅影响其使用功能，如锚固新旧结构的质量，其最大的危害是高空坠落所导致的人员伤亡和财产损失。
4.对于上述事故防患于未然的方法，一方面是改进设计方法和施工安装技术等，另一方面需要对现有化学螺栓定期进行大规模检测，尤其是超过设计使用年限，使用过程中长期遭受阳光照射、潮湿雨水和强风影响的化学螺栓。然而，目前适用于化学螺栓，且简单、高效、可靠的松动和脱落风险检测方法非常少。基于测量阻抗频率的方法是近年来由学者提出的一种化学螺栓紧固程度检测方法。该方法的主要原理为：化学螺栓的松动会改变其振动约束条件，而振动约束条件改变会影响到与化学螺栓相粘接压电陶瓷振动阻抗频率。因此，通过测量与化学螺栓粘接的压电陶瓷阻抗值与螺栓紧固状态变化的规律，从而分析出化学螺栓的紧固程度和脱落风险。
5.实际应用中，化学螺栓的初始阻抗频率往往是未知的，这种情况下，通常假设同一批次测试中，大量相同尺寸的化学螺栓中只有少量化学螺栓会发生脱落风险，此时，通过横向比较，可挑选出少数阻抗频率异常的化学螺栓，认为其脱落风险较大。但上述方法尚无法解决实际工程应用中诸多更普遍和更复杂的情况，如大量化学螺栓尺寸不同、使用条件不同，固定化学螺栓的结构胶老化程度不同，测试时的环境温度不同等。上述因素都在一定程度上影响化学螺栓的阻抗频率，从而影响脱落风险判别的正确性。因此，进一步发展新的基于阻抗频率分析的被化学螺栓加固的锚固结构脱落风险判别方法对于保证锚固结构安全、保证结构正常使用功能、保证人民生命财产安全具有重要意义。


技术实现要素：

6.为此，本实用新型提供一种小型化学螺栓阻抗测量装置，以解决现有技术中化学螺栓检测装置由于设备较大，均是在固定场所进行检测，不能够根据实际工程的具体情况进行实时检测，导致使用不够灵活的问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种小型化学螺栓阻抗测量装置，该装置包括：
8.壳体和设置于壳体上的显示屏和控制面板；壳体内部设置有与显示屏和控制面板电连接的电路板；电路板上电连接有单片机处理器、无线传输模块、存储器、压电阻抗传感器和电源；单片机处理器与显示屏、控制面板和压电阻抗传感器电连接；压电阻抗传感器测试端延伸至壳体外部；壳体外部设置有与电路板电连接的内部电源充电接口、bnc接口、micro
‑
sd接口、sd卡卡槽，压电阻抗传感器通过bnc接口与被检测的化学螺栓上的pzt压电陶瓷片接触连接。
9.进一步的，单片机处理器采用stm32f407zgt6型号的mcu核心板。
10.进一步的，控制面板包括测试键、开关键和确认键。
11.进一步的，壳体上设置有编号。
12.进一步的，无线传输模块包括4g模块。
13.进一步的，压电阻抗传感器采用ad7321型号传感器。
14.进一步的，壳体顶部设置有安装孔，安装孔内部固定连接有伸缩管，伸缩管伸缩端连接有固定塞，压电阻抗传感器安装于固定塞上，压电阻抗传感器能够通过伸缩管延长测试距离。
15.由于上述技术特征本实用新型具有如下优点：本装置具备数据显示、数据存储、数据无线传输、电池供电的功能。测量数据可通过4g网络发送给远程服务器，便于对数据进行深入分析。因此，本装置与pzt压电陶瓷配合使用，可方便用于现场检测，能提供化学螺栓阻抗数据用于判断化学螺栓的脱落风险。本装置具有功能完备、结构简单、体积小、易携带、方便操作及稳定性好，达到使用灵活性高的目的。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
17.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
18.图1为本实用新型实施例的一种小型多功能化学螺栓阻抗测量装置的外部结构示意图。
19.图2为本实用新型实施例的一种小型多功能化学螺栓阻抗测量装置的内部电路原理框图。
20.图3为本实用新型实施例的一种小型多功能化学螺栓阻抗测量装置的无线数据传输模块电路图。
21.图4为本实用新型实施例的一种小型多功能化学螺栓阻抗测量装置的模拟电压采
集模块电路图。
22.图5为本实用新型实施例的一种小型多功能化学螺栓阻抗测量装置的数据存储模块电路图。
23.图6为本实用新型实施例的一种小型多功能化学螺栓阻抗测量装置测试结果显示图。
24.图7为本实用新型实施例的一种小型多功能化学螺栓阻抗测量装置图1a
‑
a向剖视结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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实用新型中的具体含义。
实施例
28.本实用新型实施例提供一种小型化学螺栓阻抗测量装置，请参参阅图1和图2所示，该装置包括：壳体1和设置于壳体1上的显示屏3和控制面板。壳体1内部设置有与显示屏3和控制面板电连接的电路板；电路板上电连接有单片机处理器105、无线传输模块107、存储器106、压电阻抗传感器103和电源104。单片机处理器105与显示屏3、控制面板和压电阻抗传感器103电连接，压电阻抗传感器103测试端延伸至壳体1外部。壳体1外部设置有与电路板电连接的内部电源充电接口8、bnc接口9、micro
‑
sd接口10、sd卡卡槽11。压电阻抗传感器103通过bnc接口9与被检测的化学螺栓上的pzt压电陶瓷片接触连接。单片机处理器105采用stm32f407zgt6型号的mcu核心板。控制面板包括测试键4、开关键5和确认键6。壳体1上设置有编号7。无线传输模块包括4g模块。压电阻抗传感器103采用ad7321型号传感器。
29.具体实施如下：本实施例中，采用mcu核心板，它是以stm32f407zgt6为核心芯片的开发板，体积小，集成度高，接口灵活，方便进行二次开发。它实现对整个系统的控制，包括
实现压电阻抗传感器103模拟电压的输出及采集，数据的分析及处理。
30.其中，无线传输模块107为4g模块，本实施例中采用ec20芯片，如图3所示；显示与操作模块105为触摸屏；模拟电压采集模块106为ad7321芯片，如图4所示。
31.需要说明的是内部电源充电接口8、bnc接口9、micro
‑
sd接口10、sd卡卡槽11与电路板连接方式为普通连接方式，本实施例不再描述。
32.在装置使用前，将激励波形即模拟电压信号以数据文件的形式存储于图1中tf卡卡槽12所放置的tf卡中，主控模块stm32f407zgt6通过sdio dma的传输方式将tf卡中的数据读取到内部缓存，对内存中数据进行解析。
33.模拟电压采集模块采用ad7321芯片，用于采集压电阻抗传感器信号，并将其存储于图1中tf卡槽11所放置的tf卡中。工作模式下，按下开关键5，对pzt陶瓷的电学数据进行采集，压电阻抗传感器获得电信号是微弱的uv级信号，经放大器放大后进入ad7321采集，控制器通过硬件spi接口获得数据存入缓存区，对数据进行格式转换通过sdio接口存入tf卡。单片机处理器采用stm32f407zgt6芯片，用于对上述阻抗实时数据进行，通过该阻抗曲线可初步判断所采集信号的质量及其是否正确。
34.检测人员初步判断信号是否正确，如正确，按“确定”键，发送至无线传输模块；如不正确，按“取消”键，然后检查传感器与压电陶瓷，重复上述过程。按确认键后，先将采集数据存储到tf卡，之后再通过4g模块将tf卡中的信息上传至服务器；按取消键后删除本次采集数据，进入实时采集数据。
35.本实施例中，无线数据传输模块采用ec20芯片，如图3所示，将采集到的玻璃板块振动数据通过移动网络传输至远程服务器。将采集阻抗数据、峰值转换为json数据格式，通过无线数据传输至平台，接收后再发送“成功”或“失败”至设备。同时，设定每隔2分钟，通过无线数据传输模块发送“搜寻”指令，查看是否有错误板块信息。
36.显示与操作模块采用触摸屏，用于进行检测时的必要操作，如登陆远程系统，查看数据，放大曲线等。用户在触摸屏上输入信号为灵敏信号，触摸屏根据识别结果和设定模式对触摸信号进行处理，将信息传输至主控模块，进行指令发送和信息采集。
37.供电模块采用电池供电，并通过micro
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usb接口充电。
38.本实用新型的工作原理是：
39.如图2所示，压电阻抗传感器采集pzt压电陶瓷的阻抗电信号，然后输出到模拟电压采集模块，最后又通过单片机处理器对阻抗值并得到其阻抗谱曲线，如图6所示。因为阻抗电信号反映了化学螺栓是否稳固，因此通过该频谱曲线可初步判断所采集信号的质量及其是否正确。
40.进一步优选的，请参阅图7所示，壳体1顶部设置有安装孔，安装孔内部固定连接有伸缩管12，伸缩管12伸缩端连接有固定塞13，压电阻抗传感器103安装于固定塞13上，压电阻抗传感器103能够通过伸缩管12延长测试距离。
41.在检测空间具有局限线性的情况下，人体手臂延伸不到检测点，可将伸缩管12延伸出来达到增大测试距离的目的。
42.本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。