一种小型多功能膨胀螺栓应力检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及应力检测技术领域，尤其涉及一种小型多功能膨胀螺栓应力检测装置。


背景技术：

2.玻璃幕墙是建筑的外层保护性结构，是现代高层建筑的重要组成部分，其具有采光、防风、防水、保温、隔热、减噪等作用，并与美观装饰功能有效的结合在一起。随着玻璃幕墙的使用量增加和使用时间的增长，其采用的膨胀螺栓性能退化、松动和腐蚀等现象会影响作用在幕墙玻璃上的粘结力和紧固力，造成幕墙玻璃松动，极端情况下会导致玻璃幕墙板块脱落。玻璃幕墙板块的松动和脱落不仅会影响到正常的使用功能，而且引发的高空坠落所导致的人员伤亡和财产损失才是其最大的危害。近年来，在我国发生了多起玻璃幕墙坠落事故，造成极为严重的后果。然而，目前适用于玻璃幕墙的膨胀螺栓紧固检测方法及装置非常少，无法实现直接测量膨胀螺栓所受应力，并且简单、高效、可靠的膨胀螺栓松动和脱落风险的方法及装置也非常少，导致现有技术很难判断膨胀螺栓的紧固程度及松动、脱落风险。
3.而通过超声法检测玻璃幕墙与混凝土结构连接用的膨胀螺栓的受力情况，分析膨胀螺栓与周围混凝土结构紧固情况，具有检测快、准确度高的特点，是一种检测其安全性能十分有效的手段。该方法的主要原理为：基于超声波脉冲反射原理，通过检测螺栓长度变化而获取材料应力。超声检测技术具有对人体无害、对被测物体无损伤、测量快等特点，并且不像光弹性法那样需要为透明物体，对任何构建或结构都可测量，并且直接测量螺栓所受应力，不像扭矩手那样受摩擦系数离散性的影响。因此，通过超声检测法对膨胀螺栓工作状态进行测试与分析，从而评估幕墙玻璃的松动程度和脱落风险，是一种较为理想的检测手段。因此，有必要提供一种基于超声检测法对膨胀螺栓工作状态进行测试与分析的小型多功能膨胀螺栓应力检测装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术的部分或全部不足，提供一种小型多功能膨胀螺栓应力检测装置。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种小型多功能膨胀螺栓应力检测装置，包括壳体和设置在所述壳体内的电路板，所述电路板包括数据采集模块、数据分析模块、数据存储模块、切换模块、电源模块、无线传输模块、显示与操作模块和激励模块；所述数据分析模块分别与所述数据采集模块、数据存储模块、电源模块、无线传输模块、显示与操作模块和激励模块电性连接，所述数据分析模块用于实现对整个装置的控制，所述电源模块用于供电，所述显示与操作模块用于查看数据以及用于实现触摸控制，所述无线传输模块用于与服务器进行数据通信；所述切换模块分别与所述激励模块和数据采集模块电性连接，所述切换模块还与一超声探头电性连
接，所述激励模块用于对所述超声探头进行激励以实现超声波的激励，所述数据采集模块用于采集所述超声探头根据超声回波生成的模拟电压信号以实现超声波的采集，所述切换模块用于将所述超声探头切换到与所述激励模块构成通路或与所述数据采集模块构成通路，该小型多功能膨胀螺栓应力检测装置在实际应用时通过所述切换模块实现通过同一个通道进行超声波的激励与采集；所述数据采集模块还与所述数据存储模块电性连接，所述数据存储模块用于对所述数据采集模块传输来的数据进行存储。
7.进一步地，该小型多功能膨胀螺栓应力检测装置还包括高通滤波器；所述高通滤波器分别与所述切换模块和数据采集模块电性连接，所述高通滤波器用于过滤杂波以降低噪声干扰。
8.进一步地，所述超声探头包括超声换能器；所述超声换能器与所述切换模块电性连接，所述超声换能器用于发出超声波以及用于接收超声波生成对应的模拟电压信号；
9.所述超声换能器的频率为5mhz。
10.进一步地，所述数据分析模块包括mcu；所述mcu分别与所述数据采集模块、数据存储模块、无线传输模块、电源模块、激励模块和显示与操作模块电性连接，应用时通过所述mcu实现对整个装置的控制；
11.所述mcu由型号为stm32f429igt6的微控制器和型号为ep4ce10f17c8n的逻辑控制器所组成。
12.进一步地，所述数据采集模块包括模数转换器u1；所述模数转换器u1分别与所述mcu、高通滤波器和数据存储模块电性连接，所述模数转换器u1与所述切换模块通过所述高通滤波器实现电性连接，所述模数转换器u1用于实现对所述超声换能器生成的模拟电压信号的采集，并将采集到的数据传输到所述数据存储模块进行存储；
13.所述模数转换器u1的型号为ad6645。
14.进一步地，所述激励模块包括dds发生芯片u2和高速放大芯片；所述dds发生芯片u2分别与所述mcu和高速放大芯片电性连接，所述高速放大芯片还与所述切换模块电性连接，所述dds发生芯片u2和高速放大芯片用于对所述超声换能器进行激励以使得所述超声换能器发出超声波；
15.所述dds发生芯片u2的型号为ad9850，所述高速放大芯片的型号为ada4870。
16.进一步地，所述无线传输模块为4g模块u3；所述4g模块u3与所述mcu电性连接，所述4g模块u3还与所述服务器通信连接，应用时所述mcu将数据传输到所述4g模块u3，再由所述4g模块u3通过移动网络将数据远程传输至所述服务器；
17.所述4g模块u3的型号为ec20。
18.进一步地，所述显示与操作模块包括触摸屏；所述触摸屏设置在所述壳体上，所述触摸屏与所述mcu电性连接，所述触摸屏用于对所述mcu传输来的信息进行展示以及用于实现触控。
19.进一步地，所述数据存储模块包括卡座连接器j1；所述卡座连接器j1分别与所述mcu和模数转换器u1电性连接，且所述卡座连接器j1内安放有一tf卡，所述卡座连接器j1和tf卡用于实现数据存储；
20.所述卡座连接器j1的型号为tf-015。
21.进一步地，所述壳体上还分别设置有第一数据采集口、第二数据采集口、功能按
钮、电源开关、确定按钮、取消按钮、usb接口、micro-usb接口、以及用于供tf卡插拔的tf卡槽，所述mcu分别与所述功能按钮、电源开关、确定按钮、取消按钮电性连接，所述功能按钮、电源开关、确定按钮、取消按钮均用于指令触发。
22.采用上述方案，本实用新型具有以下有益效果：
23.1、本实用新型能提供膨胀螺栓长度变化数据用于判断膨胀螺栓的松动程度和脱落风险，通过检测膨胀螺栓的长度变化直接获取膨胀螺栓所受应力，受限制小，能检测任何幕墙结构，具有数据显示、触控操作、数据存储、数据无线传输的功能，方便于现场检测，检测数据通过无线传输模块发送到服务器，便于对数据进行深入分析，设计精巧，结构简单精妙，功能多样化，易于操作及携带，检测快，准确度高，稳定性好；
24.2、优选方案中高通滤波器的应用，有效降低了噪声干扰，提高了检测精准度，检测效果更好。
附图说明
25.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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本实用新型的外部结构示意图；
27.图2为本实用新型的内部电路原理框图；
28.图3为本实用新型无线传输模块的电路图；
29.图4为本实用新型激励模块的局部电路图；
30.图5为本实用新型数据采集模块的电路图；
31.图6为本实用新型数据存储模块的电路图。
32.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
34.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
35.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅
表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
37.参照图1至图6所示，本实用新型提供一种小型多功能膨胀螺栓应力检测装置，用于对连接幕墙与混泥土结构的膨胀螺栓进行检测，包括壳体1和设置在所述壳体1内的电路板；所述电路板包括数据采集模块101、数据分析模块102、数据存储模块103、切换模块104、电源模块105、无线传输模块106、显示与操作模块107和激励模块108；所述数据分析模块102分别与所述数据采集模块101、数据存储模块103、电源模块105、无线传输模块106、显示与操作模块107和激励模块108电性连接，所述数据分析模块102用于实现对整个装置的控制，上述控制包括实现模拟电压的输出及采集、数据的分析及处理，所述电源模块105用于供电以提供整个装置工作所需的电能，所述显示与操作模块107用于对所述数据分析模块102传输来的信息进行展示以及用于实现触控，即所述显示与操作模块107用于查看数据以及用于实现触摸控制，所述无线传输模块106用于通信连接服务器以实现数据分析模块102与服务器的远程通信，即所述无线传输模块106用于与服务器进行数据通信；所述切换模块104还分别与所述激励模块108和数据采集模块101电性连接，所述切换模块104还与一超声探头电性连接，所述激励模块108用于对所述超声探头进行激励使得所述超声探头发出超声波以实现超声波的激励，所述数据采集模块101用于采集所述超声探头根据其自身接收到的超声波(即超声回波)生成的模拟电压信号以对超声探头进行数据采集来实现超声波的采集，也就是说，所述激励模块108和所述数据采集模块101共用一个超声探头，即所述激励模块108和所述数据采集模块101共用一个通道，当所述超声探头用作发射器时，所述激励模块108输出一个第一模拟电压信号，该第一模拟电压信号通过所述切换模块104输入所述超声探头，所述超声探头根据输入的第一模拟电压信号发出超声波，从而实现超声波的激励，而当所述超声探头用于接收器时，所述超声探头接收超声波并根据其自身接收到的超声波生成对应的第二模拟电压信号，该第二模拟电压信号通过所述切换模块104输入所述数据采集模块101，从而通过所述数据采集模块101实现实时采集所述超声探头生成的模拟电压信号，进而实现超声波的采集，所述切换模块104用于将所述超声探头切换到与所述激励模块108构成通路或与所述数据采集模块101构成通路，即所述切换模块104用于实现对所述激励模块108和所述数据采集模块101的运行切换，也就是说，该小型多功能膨胀螺栓应力检测装置在实际应用时通过所述切换模块104实现通过同一个通道进行超声波的激励与采集；所述数据采集模块101还与所述数据存储模块103电性连接，所述数据存储模块103用于对所述数据采集模块101传输来的数据进行存储。进一步地，
38.为了降低噪声干扰，该小型多功能膨胀螺栓应力检测装置在本实例中使用了高通滤波器109，也就是说，该小型多功能膨胀螺栓应力检测装置还包括一高通滤波器109；所述高通滤波器109分别与所述切换模块104和数据采集模块101电性连接，即所述数据采集模块101与所述切换模块104通过所述高通滤波器109实现电性连接，所述高通滤波器109用于过滤杂波，也就是说，该小型多功能膨胀螺栓应力检测装置在实际应用时通过所述高通滤波器109过滤输送给所述数据采集模块101的模拟电压信号的杂波以实现降低噪声干扰，提
高了检测精准度，检测效果更好。
39.所述超声探头包括超声换能器110，所述超声换能器110与所述切换模块104电性连接，所述超声换能器110用于发出超声波以及用于接收超声波以生成对应的模拟电压信号；实际应用时先将所述超声探头与待检测的膨胀螺栓固定在一起，其中超声探头与膨胀螺栓的接触面要预先涂覆耦合剂，使得超声探头与被检测对象(即待检测的膨胀螺栓)紧密接触，然后通过所述切换模块104将所述超声换能器110切换到与所述激励模块108构成通路以使得所述激励模块108激励所述超声换能器110发出超声波，再通过所述切换模块104将所述超声换能器110切换到与所述数据采集模块101、高通滤波器109构成通路以使得所述数据采集模块101采集所述超声换能器110接收超声波生成的模拟电压信号，所述超声换能器110接收超声波生成的模拟电压信号经高通滤波器109过滤杂波后再被数据采集模块101所读取采集，具体的，所述超声换能器110的频率为5mhz。
40.所述数据分析模块102包括mcu，所述mcu分别与所述数据采集模块101、数据存储模块103、无线传输模块106、电源模块105、激励模块108和显示与操作模块107电性连接；具体的，所述mcu是以型号为stm32f429igt6的微控制器和型号为ep4ce10f17c8n的逻辑控制器为核心芯片的开发板，即所述mcu由型号为stm32f429igt6的微控制器和型号为ep4ce10f17c8n的逻辑控制器所组成，具有体积小、集成度高、接口灵活、方便进行二次开发的优势，应用时通过所述mcu实现对整个装置的控制。
41.所述数据采集模块101包括型号为ad6645的模数转换器u1，所述模数转换器u1分别与所述mcu、高通滤波器109和数据存储模块103电性连接，也就是说，所述模数转换器u1是通过所述高通滤波器109实现与所述切换模块104的电性连接，即所述模数转换器u1与所述切换模块104通过所述高通滤波器109实现电性连接，所述模数转换器u1用于实现对所述超声换能器110生成的模拟电压信号的采集，并将采集到的数据传输到所述数据存储模块103进行存储；也就是说，所述超声换能器110接收超声波生成的模拟电压信号通过所述切换模块104输入所述高通滤波器109，再通过所述模数转换器u1实时采集经所述高通滤波器109滤波处理后的数据，所述模数转换器u1采集到的数据传输到所述数据存储模块103进行存储。
42.所述激励模块108包括型号为ad9850的dds发生芯片u2和型号为ada4870的高速放大芯片，所述dds发生芯片u2分别与所述mcu和高速放大芯片电性连接，所述高速放大芯片还与所述切换模块104电性连接，所述dds发生芯片u2和高速放大芯片用于配合实现对所述超声换能器110进行激励以使得所述超声换能器110发出超声波；也就是说，在所述mcu的控制下，所述dds发生芯片u2生成一个激励信号，该激励信号经高速放大芯片放大后形成模拟电压信号，该模拟电压信号经切换模块104输入所述超声换能器110，所述超声换能器110根据该模拟电压信号激发超声波，从而完成超声波的激励。
43.所述无线传输模块106包括3g通信模块、4g通信模块、5g通信模块之中的任意一种，在本实施例中，所述无线传输模块106采用的是4g通信模块，所述4g通信模块优选采用型号为ec20的4g模块u3，所述4g模块u3与所述mcu电性连接，所述4g模块u3还与所述服务器通信连接，即所述mcu与所述服务器通过所述4g模块u3实现通信连接，应用时所述mcu将数据传输到所述4g模块u3，再由所述4g模块u3通过移动网络将数据远程传输至服务器。
44.所述显示与操作模块107包括一触摸屏2，所述触摸屏2设置在所述壳体1上，所述
触摸屏2与所述mcu电性连接，所述触摸屏2用于对所述mcu传输来的信息进行展示以及用于实现触控，也就是说，实际应用时通过所述触摸屏2实现查看数据、放大曲线、登陆远程系统等操作，使得所述mcu进行指令发送和信息采集。
45.所述数据存储模块103包括型号为tf-015的卡座连接器j1，所述卡座连接器j1分别与所述mcu和模数转换器u1电性连接，且所述卡座连接器j1内安放有一tf卡，所述卡座连接器j1和tf卡用于实现数据存储。
46.所述切换模块104包括第一数据采集口3和第二数据采集口4，所述第一数据采集口3和第二数据采集口4于所述触摸屏2上方分别设置在所述壳体1上，所述第一数据采集口3与所述高速放大芯片电性连接，所述第二数据采集口4与所述高通滤波器109电性连接，应用时通过将所述超声探头切换到与所述第一数据采集口3或第二数据采集口4连接以实现通过同一个通道进行超声波的激励与采集。
47.所述壳体1上还分别设置有功能按钮5、电源开关6、确定按钮7、取消按钮8、usb接口9、micro-usb接口10、以及用于供tf卡插拔的tf卡槽11，所述mcu还分别与所述功能按钮5、电源开关6、确定按钮7、取消按钮8和usb接口9电性连接，所述功能按钮5、电源开关6、确定按钮7、取消按钮8均用于指令触发；安装tf卡时，将tf卡通过tf卡槽11插入卡座连接器j1内即可实现tf卡的安装。
48.所述电源模块105采用电池供电，并通过所述micro-usb接口10进行充电，电源模块105采用现有技术，不做赘述。
49.本实用新型工作过程及原理如下：首先，将超声探头与待检测的膨胀螺栓固定在一起，且超声探头与待检测的膨胀螺栓的接触面需要涂覆耦合剂，使得超声探头与待检测的膨胀螺栓紧密紧密接触，做好检测准备；然后，通过激励模块108激励超声换能器110发出超声波对待检测的膨胀螺栓进行探测以进行检测膨胀螺栓的长度变化；接着，超声换能器110接收超声回波并根据接收的超声回波生成对应的模拟电压信号，该模拟电压信号经高通滤波器109过滤后输入到数据采集模块101；再接着，数据采集模块101将采集到的数据传输给数据存储模块103进行存储，数据分析模块102通过sdio+dma的传输方式将数据存储模块103中的数据读取到mcu的内部缓存，通过mcu中的逻辑控制器对内部缓存中的数据进行分析处理，因为超声换能器110接收超声回波并根据接收的超声回波生成对应的模拟电压信号反映了膨胀螺栓的长度变化，经数据分析模块102分析处理后的数据能反映膨胀螺栓的应力变化，从而根据计算后的应力变化就能反映出膨胀螺栓是否稳固，进而能够快速评估出玻璃幕墙与混凝土结构连接用的膨胀螺栓的松动程度和脱落风险。
50.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
51.1、本实用新型能提供膨胀螺栓长度变化数据用于判断膨胀螺栓的松动程度和脱落风险，通过检测膨胀螺栓的长度变化直接获取膨胀螺栓所受应力，能快速评估出膨胀螺栓的松动程度和脱落风险，受限制小，能检测任何幕墙结构，具有数据显示、触控操作、数据存储、数据无线传输的功能，方便于现场检测，检测数据通过无线传输模块发送到服务器，便于对数据进行深入分析，设计精巧，结构简单精妙，功能多样化，易于操作及携带，检测快，准确度高，稳定性好；
52.2、优选方案中高通滤波器的应用，有效降低了噪声干扰，提高了检测精准度，检测效果更好。
53.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。