CN103912114B - 一种可测应力变化的智能脚手架扣件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脚手架技术领域，特别涉及一种可测应力变化的智能脚手架扣件，包括脚手架扣件，还包括粘贴在脚手架扣件上的智能应变监测装置。与现有技术相比，本发明设计简单优化，方便携带，能够实时感知扣件的应力变化，实现了对扣件应力变化的实时监测，有效避免了传统应变监测设备大规模布线所带来的缺陷，实现了无需布线的监测，且监测周期短，效率高，自身抗电磁干扰能力强、稳定性好，可直接应用于实际工程中，适用于工业化生产及各种工程结构脚手架扣件的应力监测。

Description

一种可测应力变化的智能脚手架扣件

技术领域

本发明涉及脚手架技术领域，特别涉及一种可测应力变化的智能脚手架扣件。

背景技术

脚手架型式有多种，如门式脚手架、碗扣式脚手架、插销式脚手架，圆盘式脚手架、方塔式脚手架、扣件式脚手架等，此外，相关应用的还有多种类型的爬架，应用广泛的是扣件式脚手架。随着大量现代化大型建筑体系的出现，扣件式钢管脚手架已不能适应建筑施工发展的需要，在特殊的工程场合里特别需要对脚手架扣件进行监测。

目前，常用的脚手架扣件应变监测主要是基于有线线缆传输的应变监测。在有线线缆传输的应变监测中,传输均采用有线电缆方式完成。虽然此技术手段具有数据传输效率高和技术成熟的优点，但是在大型脚手架结构测试中,随着建筑面积的不断增大,传感器数量和有线电缆用量随之剧增，导致现场布置和撤离有线电缆工作量大、测试周期长、效率低，甚至可能导致几千米的有线电缆布线工作量难以实施。众多的有线电缆分布复杂凌乱，容易接错线位，为后期的数据处理带来难以补救的损失等。再者，传统有线线缆传输方式中采用模拟信号传输,易使线缆之间产生串扰。此外，模拟信号受温度、电磁波的干扰也尤为明显，从而造成数据不能正确反应桥梁应变监测信息。

因此，亟需设计出能够根据实际工程需要进行实时高效监测的脚手架扣件。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种可测应力变化的智能脚手架扣件，实时感知扣件的应力变化，实现实时监测。

本发明解决问题的技术方案是：一种可测应力变化的智能脚手架扣件，包括脚手架扣件，还包括粘贴在脚手架扣件上的智能应变监测装置。

进一步地，所述智能应变监测装置包括全桥应变传感器、信号调理放大器、数据处理器、无线传输***，其中，所述全桥应变传感器与信号调理放大器相连接，所述数据处理器分别与信号调理放大器、无线传输***相连接。

进一步地，所述智能应变监测装置包括如下组件：全桥应变传感器、AD转换器、微处理器、电源、无线传输***、报警器，其中，所述全桥应变传感器与AD转换器相连接，所述微处理器分别与AD转换器、无线传输***及报警器分别相连接，所述电源分别与AD转换器、微处理器、无线传输***相连接。

优选地，所述数据处理器与无线传输***组合实现数据的处理与无线发送。

较佳地，所述全桥应变传感器为电阻应变式传感器。

优选地，所述电阻应变式传感器的电桥为应变片式电桥，所述应变片式电桥中包含有应变片。

优选地，所述无线传输***采用Zigbee协议进行数据传输。

进一步地，所述脚手架扣件为具有无线传感网络接口的脚手架扣件。

优选地，所述脚手架扣件为钢管脚手架旋转扣件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：设计简单优化，方便携带，能够实时感知扣件的应力变化，实现了对扣件应力变化的实时监测，有效避免了传统应变监测设备大规模布线所带来的缺陷，实现了无需布线的监测，且监测周期短，效率高，自身抗电磁干扰能力强、稳定性好，可直接应用于实际工程中，适用于工业化生产及各种工程结构脚手架扣件的应力监测。

附图说明

图1为本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件的结构示意图；

图2为图1的剖面结构示意图；

图3为实施例1中本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件的智能应变监测装置的原理结构框图；

图4为实施例2中本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件的智能应变监测装置的原理结构框图；

图5为实施例2中本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件的微处理器的相关设置原理结构框图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件，包括脚手架扣件，还包括粘贴在脚手架扣件上的智能应变监测装置。

在上述实施例中，如图3所示，所述智能应变监测装置包括全桥应变传感器、信号调理放大器、数据处理器、无线传输***，其中，所述全桥应变传感器与信号调理放大器相连接，所述数据处理器分别与信号调理放大器、无线传输***相连接。

在上述实施例中，为了满足整个无线传输***网络最后几跳的高数据量传输，所述无线传输***优选采用Zigbee协议进行数据传输，以满足全桥应变传感器同步采集时的数据量大的相应传输要求，从而避免如传统应变监测设备那样进行大规模布线，能够利于实现监测过程无布线，进而缩短监测周期，提高效率。

在上述实施例中，所述脚手架扣件为具有无线传感网络接口的脚手架扣件，优选为钢管脚手架旋转扣件。

此外，能够根据具体工程需要开发集成有所述智能应变监测装置的脚手架扣件，对于本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件的使用方法：在支架安装后，首先测量各安装有智能应变监测装置的脚手架扣件的初始应力值；根据各扣件安装位置及计算结果设定应力预警值，超过预警值***自动报警，并把数据通过无线传输***发送至监测中心分析其应力变化情况值；若支架有进行预压实验，可以存储无荷载与有荷载之间的变化值，作为监测过程中的极值，也可以在施工的过程中出现超过极值情况下，应马上报警。

具体应用本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件时，所述智能应变监测装置用于对脚手架扣件的应力变化进行智能实时监测，在所述智能应变监测装置中，所述数据处理器对接收到的信号进行预处理。应用中，优选地，所述数据处理器与无线传输***组合实现数据的处理与无线发送。所述数据处理器与无线传输***的组合与现有的无线接收器结构是一样的，其区别在于：本发明所述数据处理器是与信号调理放大器相连接实现数据的AD转换，然后由无线传输***的射频芯片将数据进行无线发送；而现有的无线接收器是整个无线传输***网络总的汇节点，是用于与PC机连接实现接收来自于无线传输***所发送的数据。通过所述全桥应变传感器实时感知扣件的应力变化，为节省功耗，全桥应变传感器只在发生应力变化或超过阈值的应力变化才发送给数据处理器，当发生超过阈值变化的数据时，***自动报警。再者，全桥应变传感器采用数字信号无线传输，利于增强抗电磁干扰能力强，提高稳定性。总体上，通过本发明的应用，能够实时感知扣件的应力变化，实现了对扣件应力变化的实时监测，有效避免传统应变监测设备大规模布线所带来的缺陷，实现无需布线的监测，且监测周期短，效率高，自身抗电磁干扰能力强、稳定性好，适于直接应用于实际工程中，适用于工业化生产及各种工程结构脚手架扣件的应力监测。

实施例2

如图1和图2所示，本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件，包括脚手架扣件，还包括粘贴在脚手架扣件上的智能应变监测装置。

在上述实施例中，如图4所示，所述智能应变监测装置包括如下组件：全桥应变传感器、AD转换器、微处理器、电源、无线传输***、报警器，其中，所述全桥应变传感器与AD转换器相连接，所述微处理器分别与AD转换器、无线传输***及报警器分别相连接，所述电源分别与AD转换器、微处理器、无线传输***相连接。具体地，所述AD转换器优选为AD7730，所述微处理器优选为Atmega8，即单片机芯片Atmega8。

在上述实施例中，如图5所示，所述微处理器能够同时与串口FT232模块相连接，转化成USB接口方式连接，从而方便与便携式电脑PC机连接。

在上述实施例中，为了满足整个无线传输***网络最后几跳的高数据量传输，所述无线传输***优选采用Zigbee协议进行数据传输，以满足全桥应变传感器同步采集时的数据量大的相应传输要求，从而避免如传统应变监测设备那样进行大规模布线，能够利于实现监测过程无布线，进而缩短监测周期，提高效率。

在上述实施例中，所述脚手架扣件为具有无线传感网络接口的脚手架扣件，优选为钢管脚手架旋转扣件。

此外，能够根据具体工程需要开发集成有所述智能应变监测装置的脚手架扣件，对于本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件的使用方法：在支架安装后，首先测量各安装有智能应变监测装置的脚手架扣件的初始应力值；根据各扣件安装位置及计算结果设定应力预警值，超过预警值报警器自动报警，并把数据通过无线传输***发送至监测中心分析其应力变化情况值；若支架有进行预压实验，可以存储无荷载与有荷载之间的变化值，作为监测过程中的极值，也可以在施工的过程中出现超过极值情况下，应马上报警。

具体应用本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件时，所述智能应变监测装置用于对脚手架扣件的应力变化进行智能实时监测，在所述智能应变监测装置中，所述微处理器（Atmega8）对接收到的信号进行预处理。应用中，优选地，所述微处理器与无线传输***组合实现数据的处理与无线发送。所述微处理器与无线传输***的组合与现有的无线接收器结构是一样的，其区别在于：本发明所述微处理器是与AD转换器相连接实现数据的AD转换，然后由无线传输***的射频芯片将数据进行无线发送；而现有的无线接收器是整个无线传输***网络总的汇节点，是用于与PC机连接实现接收来自于无线传输***所发送的数据。通过所述全桥应变传感器实时感知扣件的应力变化，为节省功耗，全桥应变传感器只在发生应力变化或超过阈值的应力变化才发送给数据处理器，当发生超过阈值变化的数据时，所述报警器会自动报警；而且，在监测过程中，进行数据采集、信号调理、数据处理以及数据无线传输均采用低功耗芯片，加之单片机具有独特的睡眠模式，从而有效的保证了传感器和网络的低功耗和高寿命的特点。再者，全桥应变传感器采用数字信号无线传输，利于增强抗电磁干扰能力强，提高稳定性。总体上，通过本发明的应用，能够实时感知扣件的应力变化，实现了对扣件应力变化的实时监测，有效避免传统应变监测设备大规模布线所带来的缺陷，实现无需布线的监测，且监测周期短，效率高，自身抗电磁干扰能力强、稳定性好，能够直接应用于实际工程中，适用于工业化生产及各种工程结构脚手架扣件的应力监测。

实施例3

如图1和图2所示，本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件结构设置及应用同实施例1，其中，如图3所示，所述智能应变监测装置的基本结构设置同实施例1；具体地，所述全桥应变传感器为电阻应变式传感器。

在上述实施例中，所述信号调理放大器优选为直流信号放大器。

在上述实施例中，所述电阻应变式传感器的电桥为应变片式电桥，所述应变片式电桥中包含有应变片。优选地，所述的应变式电桥的输出端与信号调理放大器相连，电桥中包含4个1K的应变片Rl、R2、R3和R4，工作时，使两个应变片受压，两个受拉，应变符号相反；引出两根信号线作为信号调理放大器的差分输入信号，当应变片因受力产生形变时，电桥失去平衡，从而产生差分信号，此差分信号与信号调理放大器连接，较佳的方式是接入24位高精度AD7730信号调理芯片。

实施例4

如图1和图2所示，本发明的一种可测应力变化的智能脚手架扣件结构设置及应用同实施例2，其中，如图4所示，所述智能应变监测装置的基本结构设置同实施例2；具体地，所述全桥应变传感器为电阻应变式传感器。

在上述实施例中，在所述AD转换器与全桥应变传感器之间还设置有信号调理放大器，所述信号调理放大器优选为直流信号放大器。

在上述实施例中，所述电阻应变式传感器的电桥为应变片式电桥，所述应变片式电桥中包含有应变片。优选地，所述的应变式电桥的输出端与信号调理放大器相连，电桥中包含4个1K的应变片Rl、R2、R3和R4，工作时，使两个应变片受压，两个受拉，应变符号相反；引出两根信号线作为信号调理放大器的差分输入信号，当应变片因受力产生形变时，电桥失去平衡，从而产生差分信号，此差分信号与信号调理放大器连接，接入24位高精度AD7730信号调理芯片。

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种可测应力变化的智能脚手架扣件，包括脚手架扣件，其特征在于，还包括粘贴在脚手架扣件上的智能应变监测装置；所述智能应变监测装置包括全桥应变传感器、信号调理放大器、数据处理器、无线传输***，其中，所述全桥应变传感器与信号调理放大器相连接，所述数据处理器分别与信号调理放大器、无线传输***相连接；所述智能应变监测装置包括如下组件：全桥应变传感器、AD转换器、微处理器、电源、无线传输***、报警器，其中，所述全桥应变传感器与AD转换器相连接，所述微处理器分别与AD转换器、无线传输***及报警器分别相连接，所述电源分别与AD转换器、微处理器、无线传输***相连接。

2.根据权利要求1所述的可测应力变化的智能脚手架扣件，其特征在于，所述数据处理器与无线传输***组合实现数据的处理与无线发送。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的可测应力变化的智能脚手架扣件，其特征在于，所述全桥应变传感器为电阻应变式传感器。

4.根据权利要求3所述的可测应力变化的智能脚手架扣件，其特征在于，所述电阻应变式传感器的电桥为应变片式电桥，所述应变片式电桥中包含有应变片。

5.根据权利要求4所述的可测应力变化的智能脚手架扣件，其特征在于，所述无线传输***采用Zigbee协议进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的可测应力变化的智能脚手架扣件，其特征在于：所述脚手架扣件为具有无线传感网络接口的脚手架扣件。

7.根据权利要求6所述的可测应力变化的智能脚手架扣件，其特征在于：所述脚手架扣件为钢管脚手架旋转扣件。