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一種可測傾角變化的智能腳手架扣件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及腳手架【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可測傾角變化的智能腳手架扣件，包括腳手架扣件，還包括粘貼在腳手架扣件上的智能傾角監(jiān)測裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠?qū)崟r監(jiān)測扣件的傾角變化，且無需布線即可實現(xiàn)對扣件傾角變化的實時監(jiān)測，有效避免了傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備大規(guī)模布線可能產(chǎn)生的損失，并大幅縮短監(jiān)測周期，使監(jiān)測效率的得到提高高；再者，采用數(shù)字信號無線傳輸，抗電磁干擾能力強(qiáng)、速率快、穩(wěn)定性好，不受溫度變化的影響，能適應(yīng)復(fù)雜多變外界測試環(huán)境，適用于工業(yè)化生產(chǎn)及各種工程結(jié)構(gòu)傾角變化的監(jiān)測，特別適用于土木工程結(jié)構(gòu)傾角變化的監(jiān)測。
【專利說明】一種可測傾角變化的智能腳手架扣件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及腳手架【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可測傾角變化的智能腳手架扣件。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑的整個壽命周期分為建設(shè)階段和使用階段，結(jié)構(gòu)工程師通常都比較重視橋梁的使用年限期間的安全問題，而易忽視橋梁在建設(shè)階段所面臨的各種相關(guān)的結(jié)構(gòu)安全、強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題。在實際應(yīng)用中，橋梁在其使用年限內(nèi)，基本很少遇到設(shè)計中的最大荷載，反而在施工過程中，常因支撐承載力不足而引發(fā)意外的倒塌事故。為此，出現(xiàn)了各種新型鋼管腳手架，特別是近幾年來，工程上逐漸采用了鋼管支架支撐，例如:碗扣式支架，碗扣接頭連接牢固穩(wěn)定，安全可靠，具有優(yōu)良的抗剪、彎、扭的力學(xué)性能。該碗扣式支架可搭設(shè)四邊形和多邊形，沒有零散扣件，安裝方便、迅速，能靈活的根據(jù)上部組裝成各種支撐架和其它結(jié)構(gòu)，該支架在三維方向均具有可靠的力學(xué)性能，整體穩(wěn)定好，底部由固定底座和可調(diào)底座構(gòu)成。此外，在支架材料使用上也有改進(jìn)，產(chǎn)生了一種低合金鋼管支架，較低碳鋼管支架有許多優(yōu)點:壁厚減至2.5mm，由于單位長度的重量減輕，支承支架時總重減少，用鋼量減少，從而大大降低了經(jīng)濟(jì)成本，相應(yīng)地提高了經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]但是，隨著大量現(xiàn)代化大型建筑體系的出現(xiàn)，鋼管腳手架已不能適應(yīng)建筑施工發(fā)展的需要，大力開發(fā)和推廣應(yīng)用新腳手架是當(dāng)務(wù)之急。尤其在特殊的工程場合里，特別需要對腳手架傾角進(jìn)行實時監(jiān)測。
[0004]目前常用的腳手架安全監(jiān)測方法是基于有線傳輸?shù)膬A角監(jiān)測。在有線傳輸?shù)膬A角監(jiān)測中，傳輸均采用有線電纜方式完成。此種技術(shù)手段數(shù)據(jù)傳輸效率較高，技術(shù)比較成熟，但是在大跨度腳手架結(jié)構(gòu)測試中，隨著建筑面積的不斷增大，傳感器數(shù)量和有線電纜用量也隨之劇增，從而使現(xiàn)場布置和撤離有線電纜的工作量增大、測試周期延長，導(dǎo)致效率大幅降低，而幾千米的有線電纜布線工作甚至無法實施。眾多的有線電纜分布復(fù)雜凌亂，容易接錯線位，難以避免為后期的數(shù)據(jù)處理帶來難以補(bǔ)救的損失。再者，傳統(tǒng)有線線纜傳輸方式中采用模擬信號傳輸，線纜之間易產(chǎn)生串?dāng)_；并且，模擬信號受溫度、電磁波的干擾尤為明顯，造成數(shù)據(jù)不能正確反應(yīng)橋梁傾角檢測信息。
[0005]所以，亟需開發(fā)出能夠根據(jù)實際工程需要進(jìn)行腳手架安全監(jiān)測的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種可測傾角變化的智能腳手架扣件，實時感知扣件的傾角變化，以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)傾角的實時監(jiān)測。
[0007]本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是:一種可測傾角變化的智能腳手架扣件，包括腳手架扣件，還包括粘貼在腳手架扣件上的智能傾角監(jiān)測裝置。
[0008]進(jìn)一步地，所述智能傾角監(jiān)測裝置包括如下組件:傾角傳感器、微處理器、電源、無線傳輸系統(tǒng)、報警器，其中，所述微處理器分別與所述傾角傳感器、無線傳輸系統(tǒng)及報警器分別相連接，所述電源分別與所述傾角傳感器、微處理器、無線傳輸系統(tǒng)相連接。[0009]優(yōu)選地，所述傾角傳感器為二維傾角傳感器。
[0010]優(yōu)選地，所述無線傳輸系統(tǒng)采用Zigbee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0011]優(yōu)選地，所述無線傳輸系統(tǒng)中采用射頻芯片。
[0012]優(yōu)選地，在所述智能傾角監(jiān)測裝置中，通過雙軸加速度傳感器、微處理器和無線傳輸系統(tǒng)組成傾角傳感器節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點；其中，所述傾角傳感器節(jié)點接收來自腳手架扣件的傾角數(shù)據(jù)，通過所述無線通信系統(tǒng)以無線通信方式將傾角數(shù)據(jù)傳輸至所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點；所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點用于完成無線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建與管理，并將傾角傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送。
[0013]進(jìn)一步地，所述腳手架扣件為具有無線傳感網(wǎng)絡(luò)接口的腳手架扣件。
[0014]優(yōu)選地，所述腳手架扣件為鋼管腳手架旋轉(zhuǎn)扣件。
[0015]進(jìn)一步地，所述智能傾角監(jiān)測裝置的外盒由鋁合金材料制成。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:能夠?qū)崟r監(jiān)測扣件的傾角變化，且無需布線即可實現(xiàn)對扣件傾角變化的實時監(jiān)測，有效避免了傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備大規(guī)模布線可能產(chǎn)生的損失，并大幅縮短監(jiān)測周期，使監(jiān)測效率的得到提高；再者，采用數(shù)字信號無線傳輸，抗電磁干擾能力強(qiáng)、速率快、穩(wěn)定性好，不受溫度變化的影響，能適應(yīng)復(fù)雜多變外界測試環(huán)境，適用于工業(yè)化生產(chǎn)及各種工程結(jié)構(gòu)傾角變化的監(jiān)測，特別適用于土木工程結(jié)構(gòu)傾角變化的監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為實施例1中本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件的智能傾角監(jiān)測裝置的原理結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖4為實施例2中本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件的智能傾角監(jiān)測裝置的原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖5是實施例2中本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件的智能傾角監(jiān)測裝置的傾角傳感器的管腳結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是實施例2中本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件的智能傾角監(jiān)測裝置的傾角傳感器的內(nèi)部電路框圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細(xì)說明了具體的細(xì)節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。另外，為了避免對本發(fā)明的實質(zhì)造成不必要的混淆，并沒有詳細(xì)說明眾所周知的方法、過程、流程、元件和電路等。
[0024]實施例1
[0025]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件，包括腳手架扣件，還包括粘貼在腳手架扣件上的智能傾角監(jiān)測裝置。[0026]在上述實施例中，如圖3所示,所述智能傾角監(jiān)測裝置包括如下組件:傾角傳感器、微處理器、電源、無線傳輸系統(tǒng)、報警器，其中，所述微處理器分別與所述傾角傳感器、無線傳輸系統(tǒng)及報警器分別相連接，所述電源分別與所述傾角傳感器、微處理器、無線傳輸系統(tǒng)相連接。
[0027]在上述實施例中，所述傾角傳感器為優(yōu)選二維傾角傳感器；較佳地，所述傾角傳感器為MEMS 二維傾角傳感器。
[0028]在上述實施例中，所述無線傳輸系統(tǒng)采用Zigbee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；優(yōu)選地，所述無線傳輸系統(tǒng)中采用射頻芯片，較佳地，采用MCU+RF射頻芯片的方式構(gòu)成；其中，通過采用ZigBee協(xié)議的無線傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)腳手架扣件傾角數(shù)據(jù)傳輸，能避免如傳統(tǒng)傾角監(jiān)測設(shè)備那樣進(jìn)行大規(guī)模布線，從而能夠?qū)崿F(xiàn)無布線監(jiān)測，進(jìn)而大幅縮短監(jiān)測周期，充分提高效率；此外，采用數(shù)字信號無線傳輸，能夠增強(qiáng)抗電磁干擾能力、增強(qiáng)穩(wěn)定性好，免受溫度變化等影響，從而能適應(yīng)復(fù)雜多變的外界測試環(huán)境。
[0029]在上述實施例中，所述腳手架扣件為具有無線傳感網(wǎng)絡(luò)接口的多通道腳手架扣件，優(yōu)選為鋼管腳手架旋轉(zhuǎn)扣件。
[0030]在上述實施例中，所述智能傾角監(jiān)測裝置的外盒由鋁合金材料制成，采用鋁合金材料制成保護(hù)外盒，能夠使外盒內(nèi)部的傾角傳感器響應(yīng)頻率高于普通外置傾角傳感器3Hz?30Hz，能夠提高測量精度，使測量精度達(dá)到±0.1°，也能夠利于適應(yīng)復(fù)雜多變的外界測試環(huán)境。
[0031]在上述實施例中，所述傾角傳感器能實時感知扣件的傾角變化，為節(jié)省功耗，所述傾角傳感器能夠設(shè)置成只在發(fā)生角度變化或超過閾值的角度變化才發(fā)送數(shù)據(jù)給微處理器，當(dāng)發(fā)生超過閾值變化的數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)裝置將通過報警器自動報警；還能夠通過在傾角傳感器、微處理器、無線傳輸系統(tǒng)均采用低功耗芯片，微處理器采用單片機(jī)芯片，利用單片機(jī)具有的獨特的睡眠模式，從而充分保證傾角傳感器和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的低功耗，進(jìn)而有效延長本發(fā)明可測傾角變化的智能腳手架扣件的壽命。。
[0032]依照本發(fā)明提供的的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件，能夠根據(jù)具體工程需要開發(fā)集成有所述智能傾角監(jiān)測裝置的腳手架扣件，對于本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件的使用方法為:在建筑支架安裝后，測量各安裝有智能傾角監(jiān)測裝置的腳手架扣件的初始傾角，根據(jù)各扣件安裝位置及計算結(jié)果設(shè)定預(yù)警值；超過預(yù)警值則報警器報警，并把數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)發(fā)送至電腦PC機(jī)分析其角度值；若支架有進(jìn)行預(yù)壓實驗，可以存儲無荷載與有荷載之間的變化值，作為過程中的極值，也可以在施工的過程中出現(xiàn)超過極值情況下，應(yīng)馬上報警。
[0033]具體應(yīng)用本發(fā)明的一種可測傾角變化的智能腳手架扣件時，所述智能傾角監(jiān)測裝置用于對腳手架扣件的傾角變化進(jìn)行智能實時監(jiān)測，無需布線即可實現(xiàn)對扣件傾角變化的實時監(jiān)測，有效避免了傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備大規(guī)模布線可能產(chǎn)生的損失，并大幅縮短監(jiān)測周期，使監(jiān)測效率的得到提高高；再者，采用數(shù)字信號無線傳輸，抗電磁干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，不受溫度變化的影響，能適應(yīng)復(fù)雜多變外界測試環(huán)境；此外，所述智能傾角監(jiān)測裝置的優(yōu)化設(shè)置，使得本發(fā)明可測傾角變化的智能腳手架扣件具有體積小、方便攜帶、以及能耗低等優(yōu)點；適用于工業(yè)化生產(chǎn)及各種工程結(jié)構(gòu)傾角變化的監(jiān)測，特別適用于土木工程結(jié)構(gòu)傾角變化的監(jiān)測。[0034]實施例2
[0035]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種可測應(yīng)力變化的智能腳手架扣件，其基本結(jié)構(gòu)設(shè)置及應(yīng)用同實施例1，具體還包括如下設(shè)置:在所述智能傾角監(jiān)測裝置中，通過雙軸加速度傳感器、微處理器和無線傳輸系統(tǒng)組成傾角傳感器節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點；其中，所述傾角傳感器節(jié)點接收來自腳手架扣件的傾角數(shù)據(jù)，通過所述無線通信系統(tǒng)以無線通信方式將傾角數(shù)據(jù)傳輸至所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點；所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點用于完成無線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建與管理，并將傾角傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送。
[0036]在上述實施例中，如圖4所示，所述雙軸加速度傳感器優(yōu)選為ADI公司的ADXL213雙軸加速度傳感器，所述微處理器優(yōu)選為Atmel公司的ATmegaie單片機(jī)，所述無線傳輸系統(tǒng)優(yōu)選為Chipcon公司的無線收發(fā)器。具體應(yīng)用中，傾角傳感器節(jié)點接收來自腳手架扣件的傾角數(shù)據(jù)，通過ZigBee無線通信方式將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點，該網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)完成無線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建與管理，并通過USB將傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送至控制中心PC機(jī)。也就是，優(yōu)選地，所述的傾角傳感器節(jié)點由ADXL213雙軸加速度傳感器、ATmegal6單片機(jī)和Zigbee無線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成；較佳地，ATmegal6單片機(jī)與無線傳輸系統(tǒng)的射頻芯片之間通過SPI接口(串行外設(shè)接口)相連接。優(yōu)選地，ADXL213雙軸加速度傳感器模擬量信號經(jīng)過信號交流放大、相敏檢波、低通濾波，得到與加速度成比例的電壓信號；并將所得電壓信號輸入到ATmegal6單片機(jī)的模擬輸入通道，由ATmegal6單片機(jī)完成測量數(shù)據(jù)的傾角轉(zhuǎn)換和處理，通過TTL串口(串口電平信號)將數(shù)據(jù)傳輸至Zigbee無線傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)單片機(jī)到無線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送，再由Zigbee無線傳輸系統(tǒng)將接收到的數(shù)掘調(diào)制成2.4GHz無線信號發(fā)送出去。
[0037]本發(fā)明的一種可測應(yīng)力變化的智能腳手架扣件，其基本應(yīng)用同實施例1，具體應(yīng)用時，如圖5和圖6所示，作為傾角傳感器的ADXL213雙軸加速度傳感器的作用方式如下:腳手架扣件產(chǎn)生傾斜時，ADXL213雙軸加速度傳感器輸出的X、Y軸的測量信號能夠測量動態(tài)加速度和靜態(tài)加速度，其量程范圍為±1.2g，輸出為周期可調(diào)的占空比調(diào)制信號，無需經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換直接與微處理器連接；微處理器由ATmegal6芯片以及其供電模塊組成；微處理器與Zigbee無線傳輸系統(tǒng)相連，用于將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過內(nèi)置PCB天線進(jìn)行無線發(fā)送。
[0038]如圖5所示，ADXL213雙軸加速度傳感器是AD公司推出的新一代雙軸加速度傳感器，米用MEMS技術(shù),在一個娃片上包含了一個多晶體娃表面微機(jī)械傳感器和信號處理電路，實現(xiàn)了開環(huán)加速度測量結(jié)構(gòu)，ADXL213典型測量范圍在±1.2g,該加速計既能夠測量靜態(tài)的也能夠測量動態(tài)的加速度，能夠承受3500g極限加速度；輸出為周期可調(diào)的占空比調(diào)制信號，無需經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換直接與計數(shù)器或單片機(jī)連接；ADXL213做成的傾角傳感器響應(yīng)頻率高于通常傾角傳感器的3?30Hz，在±65°范圍內(nèi)測量精度可以達(dá)到±0.1°。
[0039]如圖6所示，ADXL213雙軸加速度傳感器輸出的是周期可調(diào)的與加速度成比例的脈寬調(diào)制信號；用戶通過外加電容Cx，Cy定低通濾波器的帶寬，能夠提高測量分辨率，抑制噪聲；系統(tǒng)中為了提高測量的分辨率和降低噪聲，調(diào)整C(X，Y)使濾波帶寬略大于被測頻率，并使PWM波的頻率大于濾波帶寬的5倍以上；用單片機(jī)對輸出的PWM波進(jìn)行處理，測量出方波周期T2和脈沖寬度1\。通過公式(I)計算出加速度:
[0040]a= (W μ 0g)/μ lg (I)[0041]式中，μ Og為加速度為Ogn時對應(yīng)的占空比，典型值為50% Jlg為Ign加速度變化引起的占空比變化值，典型值為30% ；Τ2為采樣周期由外接電阻RSET決定，并且T2=RSET/125MQ。
[0042]當(dāng)加速度傳感器的X軸或Y軸位置相對于重力場發(fā)生變化時，重力將在相應(yīng)方向產(chǎn)生分量，測量兩個方向的重力分量，可以計算出沿相應(yīng)軸向的傾角變化。
[0043][angle] (x) =arcsin(Ax/lg)
[0044][angle] (y) =arcsin(Ay/lg) (2)
[0045]本發(fā)明不限于上述實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的對上述實施方式任何顯而易見的改進(jìn)或變更，都不會超出本發(fā)明的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可測傾角變化的智能腳手架扣件，包括腳手架扣件，其特征在于，還包括粘貼在腳手架扣件上的智能傾角監(jiān)測裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于，所述智能傾角監(jiān)測裝置包括如下組件:傾角傳感器、微處理器、電源、無線傳輸系統(tǒng)、報警器，其中，所述微處理器分別與所述傾角傳感器、無線傳輸系統(tǒng)及報警器分別相連接，所述電源分別與所述傾角傳感器、微處理器、無線傳輸系統(tǒng)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于，所述傾角傳感器為二維傾角傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于，所述無線傳輸系統(tǒng)采用Zigbee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于，所述無線傳輸系統(tǒng)中采用射頻芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于，在所述智能傾角監(jiān)測裝置中，通過雙軸加速度傳感器、微處理器和無線傳輸系統(tǒng)組成傾角傳感器節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點；其中，所述傾角傳感器感應(yīng)腳手架扣件的傾角數(shù)據(jù)，通過所述無線通信系統(tǒng)以無線通信方式將傾角數(shù)據(jù)傳輸至所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點；所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點用于完成無線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建與管理，并將傾角傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于:所述腳手架扣件為具有無線傳感網(wǎng)絡(luò)接口的腳手架扣件。
8.根據(jù)權(quán)利5所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于:所述腳手架扣件為鋼管腳手架旋轉(zhuǎn)扣件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可測傾角變化的智能腳手架扣件，其特征在于，所述智能傾角監(jiān)測裝置的外盒由鋁合金材料制成。
【文檔編號】G01C9/00GK103883118SQ201410124172
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】宿健, 蔡曙日, 倪振松, 劉智, 劉京, 郭佳, 林潘 申請人:交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所