本發(fā)明涉及一種用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)及其方法，尤其是適用于強(qiáng)夯作業(yè)過程中夯錘自重、落距以及夯擊次數(shù)的監(jiān)測。

背景技術(shù)：

強(qiáng)夯法是通過將直徑為1-3米的重錘(8-40噸)起吊至一定高度(6-30米)后，使其自由下落，利用重錘下落的沖擊能對土體進(jìn)行動力夯實(shí)，以提高其壓實(shí)度和強(qiáng)度、降低其壓縮性的一種土體加固方法。強(qiáng)夯法因其使用設(shè)備簡單、施工操作方便、適用土質(zhì)范圍廣、施工速度快、施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于路基、地基的加固處理中。

土體強(qiáng)夯作用的加固效果主要由夯擊能和夯擊次數(shù)決定，止夯標(biāo)準(zhǔn)是最后兩擊的夯沉量平均值不超過5cm。夯擊能是夯錘自重和其落距的乘積，一般情況下，夯錘越重、落距越大，土體的夯沉量也就越大，加固效果越好。但是在大范圍的現(xiàn)場施工過程中，因其夯錘落距、夯點(diǎn)位置全憑施工人員肉眼控制，監(jiān)管不嚴(yán)的情況下有可能出現(xiàn)因夯錘錘重過輕和落距不足導(dǎo)致夯擊能達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，甚至因夯擊次數(shù)不夠等施工質(zhì)量問題，最終導(dǎo)致強(qiáng)夯施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生工程質(zhì)量缺陷。經(jīng)調(diào)研，夯錘落距的測試多由紅外/激光測距儀或記錄滑輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)得到。徐軍庫等(申請?zhí)枺?01510593581.9)所述的一種激光測距儀安裝于強(qiáng)夯機(jī)吊臂頂部，通過測試距離夯錘的距離獲得落距，但現(xiàn)場實(shí)際測試時，激光測距儀會因強(qiáng)夯機(jī)械的振動而產(chǎn)生晃動，導(dǎo)致實(shí)測的落距不穩(wěn)定并出現(xiàn)偏差。魏群等(申請?zhí)枺?01320628514.2)所述的將編碼器固定在卷揚(yáng)裝置的轉(zhuǎn)動部件上，根據(jù)所接收到的編碼器脈沖次數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)動圈數(shù)和落距；唐科等(申請?zhí)?01620123554.5)所述的在滑輪邊緣均布8個磁鐵，通過傳感器接收磁鐵信號來計(jì)算滑輪圈數(shù)和落距。但是在實(shí)際實(shí)施時，由于強(qiáng)夯機(jī)械轉(zhuǎn)動滑輪與外側(cè)防護(hù)殼的間隙很小，很難將上述的編碼器或磁鐵安裝在滑輪外側(cè)；更重要的是，考慮到強(qiáng)夯的止夯標(biāo)準(zhǔn)僅為5cm，如果只依據(jù)記錄滑輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，會導(dǎo)致因滑輪轉(zhuǎn)動不足一圈時不計(jì)入圈數(shù)而產(chǎn)生測試誤差，例如以直徑為10cm的小滑輪計(jì)算，轉(zhuǎn)動一圈的落距為3.14×10cm＝31.4cm，但未轉(zhuǎn)動不足一圈時引起的測量誤差有可能達(dá)到30cm，引起止夯誤判。因此，除了記錄滑輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)外，還需要準(zhǔn)確獲知不足一圈時滑輪轉(zhuǎn)動的角度。對于夯錘自重的測試，魏群等人(申請?zhí)枺?01320628514.2)通過壓力傳感器測試馬達(dá)上升腔體的壓力，該方法僅是為了獲得夯錘被起吊和落下的準(zhǔn)確時間，并非是測試夯錘的真實(shí)重量。唐科等人(申請?zhí)?01620123554.5)提出采用旁壓傳感器測試夯錘自重，但實(shí)際操作時安裝較為困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)及其方法，能夠?qū)崟r監(jiān)控并記錄每次夯擊的落距、實(shí)時監(jiān)控并記錄錘重、計(jì)算夯擊能和實(shí)時監(jiān)控并記錄每一擊的夯沉量及總夯沉量，解決強(qiáng)夯現(xiàn)場施工質(zhì)量不易控制的問題，保證工程質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)，包括環(huán)碼定滑輪和邏輯控制器，所述環(huán)碼定滑輪的側(cè)壁有一圈環(huán)形的條碼，所述環(huán)碼定滑輪的中心軸為配套的軸銷式測力傳感器，通過螺栓固定在支撐臂上,實(shí)時測量環(huán)碼定滑輪輪軸所受壓力；

所述邏輯控制器接收來自軸銷式測力傳感器和掃碼器的實(shí)時數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述環(huán)碼定滑輪側(cè)壁有一圈環(huán)形的條碼，通過掃碼器掃描讀取到定滑輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)和任意兩個條碼位置之間的角度。

進(jìn)一步的，所述掃碼器固定在環(huán)碼定滑輪一側(cè)的支撐軸上，掃描環(huán)碼定滑輪上的環(huán)形條碼，讀取到定滑輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)a和任意兩個條碼位置之間的角度θ，精確到0.5°。并實(shí)時傳輸掃描結(jié)果給邏輯控制器。

進(jìn)一步的，所述軸銷式測力傳感器作為中心軸套在環(huán)碼定滑輪內(nèi)徑中間，實(shí)時測量環(huán)碼定滑輪輪軸所受壓力t，當(dāng)夯錘被吊起靜止或者勻速運(yùn)動時，邏輯控制器計(jì)算夯錘的重量為tn。

進(jìn)一步的，所述軸銷式測力傳感器兩側(cè)套有保護(hù)性墊片。

進(jìn)一步的，軸銷式測力傳感器與邏輯控制器無線通信。

進(jìn)一步的，所述邏輯控制器與軸銷式測力傳感器無線通信，軸銷式測力傳感器實(shí)時傳送壓力值給邏輯控制器，邏輯控制器對軸銷式測力傳感器調(diào)零，超量程斷電保護(hù)控制。

進(jìn)一步的，邏輯控制器和掃碼器無線連接并接收來自掃碼器的實(shí)時條碼信息，并對條碼信息做實(shí)時存儲與處理控制。

進(jìn)一步的，所述邏輯控制器還連接有顯示器和報(bào)警器。

基于上述系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：

(1)輸入施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，具體包括夯錘錘重t額定、落距h額定和最后兩擊的平均夯沉量s，輸入與環(huán)碼定滑輪所切兩段直線鋼絲繩之間的夾角α、環(huán)碼定滑輪半徑r；

(2)強(qiáng)夯機(jī)起吊夯錘前，對軸銷式測力傳感器調(diào)零；

(3)起吊夯錘時軸銷式測力傳感器同時檢測環(huán)碼定滑輪所受壓力值，從吊鉤勾上夯錘到吊起，檢測壓力值由峰值突變減小到在穩(wěn)定壓力值附近時，記錄此壓力值t；

(4)計(jì)算實(shí)測錘重tn，并將其與標(biāo)準(zhǔn)錘重比較，若小于標(biāo)準(zhǔn)錘重，則進(jìn)行報(bào)警；

(5)當(dāng)檢測到壓力值由峰值突變減小并穩(wěn)定在壓力值t附近時，記錄環(huán)碼定滑輪上的條碼位置信息，并以此位置作為環(huán)碼定滑輪旋轉(zhuǎn)的初始路程位置，不斷掃描到初始路程位置處的條碼信息，記錄掃描到的次數(shù)，即為滑輪所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)a；

(6)夯錘上升到一定高度，脫鉤，軸銷式測力傳感器監(jiān)測的壓力值接近0，邏輯控制器記錄累計(jì)夯擊次數(shù)加1并記錄環(huán)碼位置信息，并將此位置信息作為終止位置信息，從記錄初始位置信息到終止位置信息，環(huán)碼定滑輪轉(zhuǎn)過a圈加最后不完整的一圈，最后不完整的一圈轉(zhuǎn)過的角度即為初始條碼位置與終止條碼位置的圓心角θ，由此得到夯錘上升的高度，即夯錘落距hn，計(jì)算夯擊能wn+1。當(dāng)夯錘落距hn小于標(biāo)準(zhǔn)落距h額定，進(jìn)行報(bào)警；

(7)計(jì)算夯沉量sn+1及累計(jì)夯沉量ln+1，并判斷夯沉量sn+1與最后兩擊的平均夯沉量s，若sn+1>s，繼續(xù)夯擊提示，若sn+1<s，夯擊終止，并累計(jì)夯沉量。

進(jìn)一步的，夯錘重、落距、夯擊能、夯沉量、累計(jì)夯沉量的計(jì)算方式為：夯錘重落距夯擊能wn+1＝hn·tn、夯沉量sn+1＝hn-hn+1、累計(jì)夯沉量ln+1＝∑sn+1(n＝0、1、2、3···)；

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明依據(jù)實(shí)時多源信息，對夯擊過程監(jiān)測并能及時判斷加固效果，評價效果直觀；

本發(fā)明能夠減少人為因素對測量精度和結(jié)果可靠度的影響，具有精度高、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)；

本發(fā)明可縮短工期，常規(guī)施工數(shù)據(jù)監(jiān)測過程中，人工檢測時間占整個施夯過程一半的時間，本發(fā)明可自動采集數(shù)據(jù)并實(shí)時存儲并顯示化可大大縮短工期；

本發(fā)明在夜間或惡劣天氣下仍可正常作業(yè)，儀器抗干擾能力強(qiáng)，測量精度不隨外界環(huán)境改變而降低，可實(shí)現(xiàn)全天候施工監(jiān)測；

本發(fā)明不需大幅改裝強(qiáng)夯機(jī)，只需在原有強(qiáng)夯機(jī)上做小幅改動，即可實(shí)現(xiàn)此強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測系統(tǒng)，且安裝方便。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)和圖3(b)為本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1.邏輯控制器，2.軸銷式測力傳感器，3.環(huán)碼定滑輪，4.掃碼器，5.顯示器，6.報(bào)警器。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在強(qiáng)夯現(xiàn)場施工質(zhì)量不易控制的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)。運(yùn)用這種用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)，(1)可以實(shí)時監(jiān)控并記錄每次夯擊的落距；(2)可以實(shí)時監(jiān)控并記錄錘重、計(jì)算夯擊能；(3)可以實(shí)時監(jiān)控并記錄每一擊的夯沉量及總夯沉量。對施工過程進(jìn)行全程監(jiān)測，保證工程質(zhì)量。

一種用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)以強(qiáng)夯機(jī)為基礎(chǔ)，包括邏輯控制器1，軸銷式測力傳感器2，環(huán)碼定滑輪3，掃碼器4，顯示器5，報(bào)警器6；

邏輯控制器1與軸銷式測力傳感器2無線通信；邏輯控制器1與報(bào)警器6，顯示器5相連并集成為施工監(jiān)測人員便攜的儀器；邏輯控制器1與掃碼器4無線相連，掃碼器4掃描環(huán)碼定滑輪3上條碼信息。

邏輯控制器1接收來自軸銷式測力傳感器2的實(shí)時壓力值信息；掃碼器4實(shí)時掃描條碼信息；邏輯控制器1根據(jù)不同的信息做出不同的計(jì)算、存儲、輸出。邏輯控制器1還可對軸銷式測力傳感器調(diào)零，超量程斷電保護(hù)控制。

軸銷式測力傳感器2作為輪軸安裝在環(huán)碼定滑輪4內(nèi)徑之間，滑輪兩側(cè)有保護(hù)性墊片，以保護(hù)軸銷式測力傳感器2不被偶然沖擊荷載破壞。可以實(shí)時測量環(huán)碼定滑輪3輪軸所受壓力t，當(dāng)夯錘被吊起靜止或者勻速運(yùn)動時，夯錘的重量為tn。

環(huán)碼定滑輪3的滑輪側(cè)壁有一圈環(huán)形的條碼，此條碼可以通過掃碼器4掃描讀取到定滑輪轉(zhuǎn)過路程信息，此路程信息即為夯錘所經(jīng)過的位移hn。

掃碼器4通過固定螺栓固定在環(huán)碼定滑輪3一側(cè)的輪軸上，掃描環(huán)碼定滑輪3上的環(huán)形條碼，并實(shí)時傳輸掃描結(jié)果給邏輯控制器1。

顯示器5與邏輯控制器1、報(bào)警器6相連并集成為施工監(jiān)測人員便攜的監(jiān)測儀器，顯示器可實(shí)時顯示夯錘錘重tn、夯錘落距hn、夯擊能wn+1，夯沉量sn+1及總夯沉量ln+1。

報(bào)警器6接收來自邏輯控制器1的報(bào)警信息不滿足要求時報(bào)警。

一種用于強(qiáng)夯作業(yè)過程監(jiān)測的傳感型定滑輪測試系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：

第一步：對邏輯控制器1輸入施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：夯錘錘重t額定、落距h額定、最后兩擊的平均夯沉量s；對邏輯控制器1輸入與環(huán)碼定滑輪3所切兩段直線鋼絲繩之間的夾角α；環(huán)碼定滑輪半徑r。

第二步：強(qiáng)夯機(jī)起吊夯錘前，邏輯控制器1對軸銷式測力傳感器2調(diào)零。

第三步：起吊夯錘時軸銷式測力傳感器2同時檢測環(huán)碼定滑輪3實(shí)時所受壓力值t，并將實(shí)時壓力值數(shù)據(jù)傳輸給邏輯控制器1。從吊鉤勾上夯錘到吊起，由于突然吊起時為動載荷，軸銷式測力傳感器2測量的壓力值將會經(jīng)歷從0到一個峰值的過程，下一個瞬間會突變減小，之后當(dāng)夯錘靜止空中或上升時，壓力值會在t附近做微小波動。當(dāng)邏輯控制器1檢測到力值由峰值突變減小到在t附近做微小波動時，記錄此瞬間的壓力值t。此后第四步，第五步同時進(jìn)行，以下分別闡述。

第四步：邏輯控制器1計(jì)算實(shí)測錘重：并將此錘重?cái)?shù)據(jù)傳輸給顯示器5，同時邏輯控制器1做出判斷，當(dāng)實(shí)測錘重小于標(biāo)準(zhǔn)錘重t額定，邏輯控制器1將報(bào)警信號傳輸給報(bào)警器6，報(bào)警器6發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)實(shí)測錘重tn大于等于標(biāo)準(zhǔn)錘重t額定，邏輯控制器1對報(bào)警器6不發(fā)報(bào)警信號。

第五步：當(dāng)邏輯控制器1檢測到力值由峰值突變減小的瞬間，邏輯控制器1記錄掃碼器4傳來的環(huán)碼定滑輪3上的條碼位置信息，并以此位置作為環(huán)碼定滑輪3旋轉(zhuǎn)的初始路程位置。在此后隨著環(huán)碼定滑輪3的不斷旋轉(zhuǎn)，掃碼器4不斷掃描到初始路程位置處的條碼信息，邏輯控制器1記錄掃描到的次數(shù)，即為滑輪所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)a，此時夯錘處于上升狀態(tài)，上升到一定高度后，夯錘脫鉤，隨即軸銷式測力傳感器2傳輸給邏輯控制器1的力值接近0，邏輯傳感器1累計(jì)夯擊次數(shù)加1。

第六步，當(dāng)軸銷式測力傳感器2傳輸給邏輯控制器1的力值接近0的瞬間，邏輯控制器1記錄掃碼器4傳來的條碼位置信息，并將此位置信息作為終止位置信息。邏輯控制器1從記錄初始位置信息到終止位置信息，環(huán)碼定滑輪3轉(zhuǎn)過a圈加最后不完整的一圈，最后不完整的一圈轉(zhuǎn)過的角度即為初始條碼位置與終止條碼位置的圓心角θ，由此可得到夯錘上升的高度，即夯錘落距為：邏輯控制器1計(jì)算夯擊能：wn+1＝hn×tn(n＝0、1、2、3···)，記錄并傳輸此夯錘落距hn和夯擊能wn+1給顯示器5。同時邏輯控制器1做出判斷，當(dāng)夯錘落距hn小于標(biāo)準(zhǔn)落距h額定，邏輯控制器1對報(bào)警器6發(fā)出報(bào)警信號，報(bào)警器6發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)夯錘落距hn大于等于標(biāo)準(zhǔn)落距h額定，邏輯控制器1對報(bào)警器6不發(fā)報(bào)警信號。

第七步，邏輯控制器1計(jì)算夯沉量sn+1＝hn-hn+1(n＝0、1、2、3···)，并判斷sn+1與s大小，若sn+1>s，邏輯控制器1輸出給顯示器5繼續(xù)夯擊提示，若sn+1<s，邏輯控制器1輸出給顯示器5此次夯擊終止提示。同時邏輯控制器1計(jì)算累計(jì)夯沉量，累計(jì)夯沉量計(jì)算公式為：ln+1＝∑sn+1(n＝0、1、2、3···)。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。