專利名稱：便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種墻體空鼓檢測(cè)設(shè)備，尤其是涉及一種便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
建筑墻體中空鼓的存在將造成墻面/飾面與主墻體的粘合失效，嚴(yán)重影響墻體整體強(qiáng)度以 及地面裝修和飾面施工的質(zhì)量，導(dǎo)致滲漏，甚至造成墻面/飾面瓷磚的脫落。因此，空鼓的檢 測(cè)是商品房質(zhì)量檢測(cè)與維護(hù)的重要環(huán)節(jié)(1、《建筑地面工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50209— 2002)，建設(shè)部；2、《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50210-2001)，建設(shè)部)，但由于 目前檢測(cè)墻體空鼓的主要方法普遍采用人工敲擊法，因此存在主觀隨意性大和準(zhǔn)確率低等問(wèn) 題(3、王慶泰，防止外墻鑲貼面磚空鼓脫落的措施，施工技術(shù)，1995(1),37; 4、陸凱安，釉 面磚飾面層空鼓與脫落的原因及防治，新型建筑材料，1999(12),24-25)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)墻體空鼓主要依靠人工敲擊，缺乏檢測(cè)設(shè)備等問(wèn)題，提 供一種準(zhǔn)確性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低的便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀。 本發(fā)明的技術(shù)方案是利用敲擊聲信號(hào)進(jìn)行空鼓自動(dòng)檢測(cè)。
本發(fā)明設(shè)有自動(dòng)敲擊裝置、麥克風(fēng)、信號(hào)處理電路、按鍵輸入電路、單片機(jī)、結(jié)果輸出 電路和電源，自動(dòng)敲擊裝置設(shè)有敲擊頭、電磁鐵、繼電器，敲擊頭連桿套入電磁鐵鐵芯，電 磁鐵兩端分別與繼電器和電源一端連接，電源另一端接繼電器，信號(hào)處理電路輸入端接麥克 風(fēng)的音頻信號(hào)輸出端，信號(hào)處理電路輸出端接單片機(jī)的脈沖寬度檢測(cè)信號(hào)輸入端，按鍵輸入 電路輸出端接單片機(jī)輸入端口，結(jié)果輸出電路的輸入端接單片機(jī)的脈沖寬度檢測(cè)結(jié)果輸出端。 單片機(jī)的敲擊頭敲擊控制信號(hào)輸出端接繼電器。
信號(hào)處理電路可設(shè)有放大電路、帶通濾波電路、包絡(luò)檢波電路和門限比較電路，放大電 路輸入端接麥克風(fēng)的音頻信號(hào)輸出端，放大電路輸出端經(jīng)帶通濾波電路接包絡(luò)檢波電路輸入 端，包絡(luò)檢波電路輸出端接門限比較電路輸入端，門限比較電路輸出端接單片機(jī)的脈沖寬度 檢測(cè)信號(hào)輸入端。
自動(dòng)敲擊裝置上設(shè)有麥克風(fēng)固定支架，用于固定麥克風(fēng)。
本發(fā)明的空鼓檢測(cè)原理是敲擊過(guò)程中激發(fā)的敲擊聲信號(hào)包含了敲擊頭和被敲擊墻體振動(dòng)發(fā)出的聲音，墻體空鼓的存在將改變敲擊聲中不同部分的能量分布。對(duì)健康墻體，敲擊能 量絕大部分轉(zhuǎn)化為敲擊頭的自由振動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的以敲擊頭固有頻率為中心頻率的窄帶信號(hào)； 而被敲擊墻體振動(dòng)僅產(chǎn)生微弱的聲音。對(duì)空鼓墻體，絕大部分敲擊能量轉(zhuǎn)化為空鼓墻體的彎 曲模式振動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的寬帶聲信號(hào)，敲擊頭自由振動(dòng)產(chǎn)生的窄帶聲信號(hào)微弱。因此，本發(fā) 明通過(guò)檢測(cè)敲擊聲信號(hào)中具有窄帶特性的敲擊頭自由振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)判斷墻體是否存在空 鼓。
自動(dòng)敲擊裝置的核心是單片機(jī)通過(guò)繼電器控制電磁鐵推動(dòng)一個(gè)敲擊頭(例如鋼球)，敲擊 裝置為聲信號(hào)處理提供重復(fù)性好、穩(wěn)定的敲擊聲源。信號(hào)處理電路是本發(fā)明的關(guān)鍵，其特點(diǎn) 在于采用簡(jiǎn)單可靠的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行聲信號(hào)的特征提取，檢測(cè)敲擊過(guò)程中敲擊頭產(chǎn)生的自由振
動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，具體工作原理為固定在自動(dòng)敲擊裝置上的有線麥克風(fēng)采集敲擊聲信號(hào)，經(jīng) 過(guò)放大、帶通濾波(濾波器中心頻率設(shè)在敲擊小球振動(dòng)的固有頻率上)后進(jìn)行包絡(luò)檢波、門 限檢測(cè)(門限檢測(cè)所得脈沖的寬度代表了敲擊聲信號(hào)中小球自由振動(dòng)的強(qiáng)度)，門限檢測(cè)的輸 出送入單片機(jī)進(jìn)行脈寬檢測(cè)，根據(jù)寬度檢測(cè)結(jié)果判斷是否存在空鼓并輸出檢測(cè)結(jié)果。因此本
發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)-
1. 自動(dòng)檢測(cè)，無(wú)需依賴操作者的主觀判斷；
2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；
3. 便攜式，使用方便、可靠。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的電磁鐵與敲擊頭的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為圖2的左視圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的電磁鐵與敲擊頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)敲擊裝置、麥克風(fēng)固定支架和麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例的放大電路和帶通濾波電路組成原理圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例的包絡(luò)檢波電路組成原理圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例的單片機(jī)脈寬檢測(cè)電路和按鍵輸入、報(bào)警輸出電路組成原理圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1 5，本發(fā)明設(shè)有自動(dòng)敲擊裝置(自動(dòng)敲擊裝置設(shè)有敲擊頭1、電磁鐵2和繼電 器3)、麥克風(fēng)4、信號(hào)處理電路(信號(hào)處理電路設(shè)有放大電路5、帶通濾波電路6、包絡(luò)檢波 電路7和門限比較電路8)、按鍵輸入電路9、單片機(jī)IO、結(jié)果輸出電路11和電源12。敲擊頭1連桿套入電磁鐵2鐵芯，電磁鐵2兩端分別與繼電器3和電源12—端連接，電源12另 一端接繼電器3，放大電路5輸入端接麥克風(fēng)4的音頻信號(hào)輸出端，放大電路5輸出端經(jīng)帶 通濾波電路6接包絡(luò)檢波電路7輸入端，包絡(luò)檢波電路7輸出端接門限比較電路8輸入端， 門限比較電路8輸出端接單片機(jī)10的脈沖寬度檢測(cè)信號(hào)輸入端。按鍵輸入電路9輸出端接單 片機(jī)10，結(jié)果輸出電路11的輸入端接單片機(jī)10的脈沖寬度檢測(cè)結(jié)果輸出端，單片機(jī)10的 敲擊頭敲擊控制信號(hào)輸出端接繼電器3。按鍵輸入電路9由按鍵板(兩端分別接地和+5v)直 接接入單片機(jī)端口，作用在于通過(guò)操作人員按鍵觸發(fā)單片機(jī)控制自動(dòng)敲擊裝置動(dòng)作。 自動(dòng)敲擊裝置上設(shè)有用于固定麥克風(fēng)4的麥克風(fēng)固定支架19。
敲擊頭1可采用市場(chǎng)上普通的鋼質(zhì)小球，沿小球軸線上鉆孔后套入電磁鐵動(dòng)鐵芯并焊牢。 小球的直徑采用①6mm。
電磁鐵2采用市場(chǎng)上普通的配復(fù)位彈簧電磁鐵，由外殼13、定鐵芯14、復(fù)位彈簧15、 動(dòng)鐵芯16、線圈17及導(dǎo)線18等部分組成，線圈17通過(guò)導(dǎo)線18通電后，動(dòng)鐵芯16產(chǎn)生軸 向直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)所連接的敲擊小球1進(jìn)行敲擊，線圈17掉電后復(fù)位彈簧15作用將動(dòng)鐵芯 16恢復(fù)回原始位置。
麥克風(fēng)4采用市場(chǎng)上的普通有線麥克風(fēng)，例如廣州天拓麥克制造有限公司的動(dòng)圈式有線 麥克風(fēng)系列MD-890型，頻率范圍50—16kHz;靈敏度-53dB±3dB;輸出阻抗600歐姆±30%;指向性心型。
麥克風(fēng)固定支架19的作用提供一個(gè)固定電磁鐵敲擊系統(tǒng)及麥克風(fēng)的支架。在實(shí)施例中的 麥克風(fēng)固定支架19由4塊鐵質(zhì)側(cè)板焊接而成的口字型固定框架及用作支撐的4根鐵桿組成， 口字型固定框架用于固定電磁鐵2及麥克風(fēng)4， 4根鐵桿分別焊接在框架的4塊側(cè)板底部作為 支撐腳，框架的一個(gè)側(cè)板上鉆2個(gè)螺栓固定孔，以便使用螺栓將電磁鐵固定于框架內(nèi)，鉆孔 和電磁鐵固定的位置以使電磁鐵通電驅(qū)動(dòng)敲擊小球1時(shí)，小球1恰好可以敲擊到支架的支撐 面為準(zhǔn)；框架的另一面?zhèn)劝迳侠寐菟ü潭ㄒ粋€(gè)塑料環(huán)型麥克風(fēng)固定套20，將麥克風(fēng)4的話 筒頭21朝下套入固定套后用螺栓即可固定麥克風(fēng)，并調(diào)整麥克風(fēng)的固定位置使話筒頭盡量靠 近敲擊小球的位置。
在實(shí)施例中，單片機(jī)選用型號(hào)為AT89C2051Flash的單片機(jī)，信號(hào)前置放大選用TL084 集成運(yùn)算放大器，帶通濾波器選用TL084集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的雙二階帶通濾波器，比較器 采用LM311，系統(tǒng)由電池供電。
參見(jiàn)圖6，敲擊聲信號(hào)經(jīng)麥克風(fēng)(在圖6中麥克風(fēng)代號(hào)為MIC)后送入運(yùn)放T1A構(gòu)成的 反向放大10倍電路，再經(jīng)過(guò)由運(yùn)放T1B、 T1C、 T1D構(gòu)成的中心頻率9KHZ， Q值為10的雙二階帶通濾波器電路進(jìn)行帶通濾波。
參見(jiàn)圖7，帶通濾波后的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放T2C構(gòu)成的跟隨器電路后送入二極管Dl、 D2、 D3及運(yùn)放T2A、 T2B、 T2D組成的包絡(luò)檢波電路檢出信號(hào)包絡(luò)。
參見(jiàn)圖8，單片機(jī)AT89C2051的p1.3接按鍵板SI ， P1.4接固態(tài)繼電器SSR， pl.5,pl.6,p1.7 則分別接不同顏色的發(fā)光二級(jí)管D6 (黃色)、D5 (綠色)、D4 (紅色)表示檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的 墻體空鼓狀態(tài)。包絡(luò)檢波電路檢出的信號(hào)包絡(luò)送入比較器Ul與通過(guò)可變電位器獲取的可調(diào) 門限電壓做比較，比較器輸出經(jīng)過(guò)一級(jí)非門S1D進(jìn)行整形后得到的脈沖送入單片機(jī) AT89C2051的p3.2進(jìn)行脈沖寬度檢測(cè)。
檢測(cè)所得脈寬反應(yīng)了敲擊聲信號(hào)中小球自由振動(dòng)的強(qiáng)度，通過(guò)與設(shè)定的脈寬閾值進(jìn)行比 較可以進(jìn)行墻體質(zhì)量的檢測(cè)和報(bào)警輸出若脈寬在3 9ms之間，則表明墻體無(wú)空鼓，單片 機(jī)通過(guò)pl.6點(diǎn)亮綠色發(fā)光二極管D5;若脈寬小于3ms，則表明墻體中存在空鼓，單片機(jī)通 過(guò)pl.7點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管D4;若脈寬大于9ms，則表明敲擊過(guò)程可能不正常，需重新檢 測(cè)，單片機(jī)通過(guò)pl.5點(diǎn)亮黃色發(fā)光二極管D6。
按鍵輸入部分工作原理為單片機(jī)檢測(cè)到按鍵板S1按下后，pl.4腳送出一個(gè)脈寬0.2ms 的脈沖使固態(tài)繼電器SSR導(dǎo)通，電磁鐵驅(qū)動(dòng)敲擊球進(jìn)行一次敲擊。
以下給出單片機(jī)程序
STRAT:
MOV TM0D，湘9H;設(shè)置計(jì)時(shí)器工作方式 MOVA，弁08H;設(shè)置p1.3為輸入口 M0VP1,A Ll:
JNB P1.3,L2;等待按鍵，消除抖動(dòng)
SJMP Ll
L2:
LCA1X DELAY1;延時(shí)2ms
JBP1.3,L3
SJMP U
U:
SETB P1.4 ;輸出0.2ms脈沖 LCAIX DELAY2;CPLP1.4MOV TH0,糾0H;T0置數(shù) MOV TL0，#00HMOVTH1,#OB1H;T1置數(shù)20ms溢出MOV TL1,艦0HMOV R0，#70HSETB TR1L4:JNBP3.2，L5;判斷是否接收到 SETBTRO ;計(jì)時(shí)脈沖寬度 JBP3.2,$ CLR TROMOV@R0,TH0;保存數(shù)據(jù) INCROMOV @R0,TL0MOVA,71HCLRCSUBBA，#28H;判斷是否大于9msMOVA，70HSUBBA,#23HJNCREUCLRCMOVA，71HSUBB A,#B8H ;判斷是否大于3ms MOVA，70H SUBB A,弁OBH JNC REI2SETBP1.7;小于3ms，紅燈亮，說(shuō)明墻體存在空鼓DELAY3CPLP1.7AJMP START REL2:SETBP1.6 ;大于3ms,綠燈亮，說(shuō)明墻體無(wú)空鼓DELAY3CPLP1.6AJMP STARTREU:SETBP1.5 ;大于9ms，黃燈亮，說(shuō)明敲擊不正常、需重新檢測(cè)DELAY3CPLP1.5AJMP STARTL5:JBCTF1,START;計(jì)時(shí)時(shí)間大于20ms，重新啟動(dòng)工作 SJMP L4注單片機(jī)工作時(shí)鐘頻率設(shè)置為12MHz DELAY1:延時(shí)2ms子程序. DELAY2:延時(shí)0.2ms子程序 DE1AY3:延時(shí)10ms子程序。
權(quán)利要求
1.便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于設(shè)有自動(dòng)敲擊裝置、麥克風(fēng)、信號(hào)處理電路、按鍵輸入電路、單片機(jī)、結(jié)果輸出電路和電源，自動(dòng)敲擊裝置設(shè)有敲擊頭、電磁鐵、繼電器，敲擊頭連桿套入電磁鐵鐵芯，電磁鐵兩端分別與繼電器和電源一端連接，電源另一端接繼電器，信號(hào)處理電路輸入端接麥克風(fēng)的音頻信號(hào)輸出端，信號(hào)處理電路輸出端接單片機(jī)的脈沖寬度檢測(cè)信號(hào)輸入端，按鍵輸入電路輸出端接單片機(jī)，結(jié)果輸出電路的輸入端接單片機(jī)的脈沖寬度檢測(cè)結(jié)果輸出端，單片機(jī)的敲擊頭敲擊控制信號(hào)輸出端接繼電器。
2. 如權(quán)利要求l所述的便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于信號(hào)處理電路設(shè)有放大 電路、帶通濾波電路、包絡(luò)檢波電路和門限比較電路，放大電路輸入端接麥克風(fēng)的音頻信號(hào) 輸出端，放大電路輸出端經(jīng)帶通濾波電路接包絡(luò)檢波電路輸入端，包絡(luò)檢波電路輸出端接門 限比較電路輸入端，門限比較電路輸出端接單片機(jī)的脈沖寬度檢測(cè)信號(hào)輸入端。
3. 如權(quán)利要求l所述的便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀，其特征在于自動(dòng)敲擊裝置上設(shè)有麥 克風(fēng)固定支架。
全文摘要
便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀，涉及一種墻體空鼓檢測(cè)設(shè)備，尤其是涉及一種便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀。提供一種準(zhǔn)確性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低的便攜式墻體空鼓自動(dòng)檢測(cè)儀。設(shè)有自動(dòng)敲擊裝置、麥克風(fēng)、信號(hào)處理電路、按鍵輸入電路、單片機(jī)、結(jié)果輸出電路和電源，自動(dòng)敲擊裝置設(shè)有敲擊頭、電磁鐵、繼電器，敲擊頭連桿套入電磁鐵鐵芯，電磁鐵兩端分別與繼電器和電源一端連接，電源另一端接繼電器，信號(hào)處理電路輸入端接麥克風(fēng)的音頻信號(hào)輸出端，信號(hào)處理電路輸出端接單片機(jī)的脈沖寬度檢測(cè)信號(hào)輸入端，按鍵輸入電路輸出端接單片機(jī)輸入端口，結(jié)果輸出電路的輸入端接單片機(jī)的脈沖寬度檢測(cè)結(jié)果輸出端。單片機(jī)的敲擊頭敲擊控制信號(hào)輸出端接繼電器。
文檔編號(hào)G01N29/34GK101246146SQ20081007071
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者峰 童, 許肖梅, 顏國(guó)雄 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)