一种锤击法管桩施工实时监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种锤击法管桩施工实时监测系统，将管桩数据监测采集设备安装在管桩内壁上，无线通信模块的天线安装在管桩外壁上，打开数据监测采集设备的电源，保持和无线通信模块连接正常，通过数据监测后台系统的后台系统可以与采集设备无线连接，当预制管桩沉桩施工时，数据监测采集设备通过加速度传感器采集到管桩下沉的动态变化信号，通过积分算法分析处理采集信号，生成贯入度数据和锤击数数据，利用无线数传模块将数据上传至后台系统，后台系统收到贯入度和锤击数信息后，结合管桩施工设计参数，可以进行数据分析，异常报警，和生产数据报表导出等各项操作，提供更加便捷的自动化施工管理手段。

【技术实现步骤摘要】
一种锤击法管桩施工实时监测系统
本专利技术涉及管桩施工
，尤其涉及一种锤击法管桩施工实时监测系统。
技术介绍
预制管桩在桥梁桩基等基础工程中得到较广泛使用，其适用地基土质范围较广，易于保证工程质量和工程进度。预制管桩的锤击法施工具有施工简单、施工质量易控制、单桩承载力好、工期短、造价低等特点。随着工程建设环境的趋于复杂化及建筑质量要求的提高，最终完成的工程质量不仅依赖于桩基础材料本身，也有赖于施工过程的严格合理控制。因此对于预制桩的锤击法施工过程的实时监测十分重要。目前在锤击法打桩过程中，贯入度和锤击数的记录是由测量施工人员来测量和计数，操作麻烦又枯燥而且容易出错。目前有的施工人员通过模拟电路和激光设备自动记录锤击数和贯入度，但是该方法受温度、天气等环境影响较大，性能不稳定。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种锤击法管桩施工实时监测系统，实现对锤击法管桩施工过程的实时监测，可以实时记录管桩入土贯入度和锤击数，实现对管桩施工数据的有效采集和管理，对提升施工管理水平、保证施工质量有积极意义。本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。一种锤击法管桩施工实时监测系统，主要由三个部分组成：安装于管桩壁上的数据监测采集设备、数据通信网络、数据监测后台系统；所述数据监测采集设备以ARM处理器为控制核心，结合加速度传感器、供电系统构成；ARM处理器主要完成数据采集、数据处理及通讯方面的任务；加速度传感器的采集数据经过两级信号处理之后传输给ARM处理器；第一级处理电路将差分信号高质量地转换为输出信号，并提供偏置电压以使输出为正电压信号；第二级处理电路对输出的信号进行缩放；供电系统采用电池；所述数据通信网络主要作为通信链路，通信链路配置为无线方式，具体为安装在管桩外壁上的无线通信模块和数据监测后台系统中的无线通信模块；将管桩数据监测采集设备安装在管桩内壁上；打开数据监测采集设备的供电系统，保持和无线通信模块连接正常；所述数据监测后台系统，依托无线通信模块，实时获取管桩数据监测采集设备采集的实时数据；然后对监测数据进行有效数据分析，提取贯入度数据和锤击数数据。本专利技术的进一步技术：优选的，所述数据监测采集设备包括加速度计，加速度计安装于预制管桩内壁中，同时，与预制管桩之间加入缓冲装置，该缓冲装置等效为一弹簧阻尼装置；加速度计与配重块紧密贴合，两者通过一弹簧阻尼装置或者等效于弹簧阻尼装置的结构与预制管桩连接。优选的，数据监测采集设备通过加速度传感器采集到管桩下沉的动态变化信号，通过积分算法分析处理采集信号，生成贯入度数据和锤击数数据。优选的，贯入度数据积分算法分析如下：该积分算法采用频域积分算法，频域积分从信号本身的频率角度入手进行积分，通过频率选择的方式将与加速度信号频率相近的信号留下，而其范围之外的信号则直接滤掉不参与频域变化积分；频域积分可以从根本上有效去除趋势项误差，尤其对于低频趋势误差；加速度信号的频域表达式为：a(t)＝Aejωt式中：ejωt——加速度信号频率为ω的傅里叶分量A——上述频率分量系数假设初始速度分量为0时，对速度信号分量的时间积分可以得出速度信号分量，即式中：ejωt——速度信号频率为ω的傅里叶分量V——上述频率分量系数一次积分在频域里关系式为：设初速度和初位移分量均为0时，频域加速度信号进行两次积分可得出频域位移：式中：ejωt——速度信号频率为ω的傅里叶分量V——上述频率分量系数两次积分在频域里关系式为优选的，锤击数数据的积分算法分析如下：算法运行前，初始化锤击数n＝0；根据积分算法处理数据的结果，每得出一次有效贯入度数据，将n的值自动加1；最终将累加数据保存得出锤击数。本专利技术的有益效果：该系统实现对预制管桩锤击施工过程的实时监测，自动采集贯入度与锤击数，可以解放人力，有效提高工作效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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获得其他的附图；图1为锤击法管桩施工实时监测系统部署架构；图2为数据监测设备内部结构图；图3为系统功能流程图；图4为缓冲器安装方式。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。如图1-4，本专利技术为一种锤击法管桩施工实时监测系统，主要由三个部分组成：安装于管桩壁上的数据监测采集设备、数据通信网络、数据监测后台系统。该系统实现对预制管桩锤击施工过程的实时监测，自动采集贯入度与锤击数，可以解放人力，有效提高工作效率。所述数据监测采集设备以ARM处理器为控制核心，结合加速度传感器、供电系统构成；1)ARM处理器主要完成数据采集、数据处理及通讯等方面的任务。选用基于Cortex-M3的32位处理器stm32F103，内部资源丰富，运算速度较快，且内部自带DMA控制器，可以满足采样数据的快速存期。2)加速度传感器的选用Endevco公司的7290A-10加速度传感器。该传感器量程为±10g，灵敏度为200±10mV/g，固定安装共振频率为3000Hz。加速度传感器的采集数据经过两级信号处理之后传输给ARM处理器。第一级处理电路选择AD620作为差分输入芯片，将差分信号高质量地转换为输出信号，并提供偏置电压以使输出为正电压信号；第二级处理电路选择OP07芯片，它具有低噪声、低输入失调电压(25μV)等特征，主要作用是对AD620输出的信号进行缩放。3)供电系统采用亿纬锂能公司的锂-亚硫酰氯电池。该电池的负极是金属锂(Li)，内部正极活性物质和电解液溶剂都为亚硫酰氯(SOCl2),内部采用碳包式结构，电池更适合于小电流长寿命工作模式。使用温度范围广，可在-60℃～+85℃的温度之间使用。能量密度高，达到650Wh/Kg和1280Wh/dm3。同时，具有特别低的自放电特性，年自放电率≤2％，同时其制造采用不锈钢壳体与金属-玻璃密封气密焊接结构，因此该电池的保持期经证实在室温下可存储10年以上。所述数据监测采集设备的安装与管桩内壁中，数据监测采集设备包括加速度计，加速度计安装于预制管桩内壁中，同时，与预制管桩之间加入缓冲装置，该缓冲装置等效为一弹簧阻尼装置。加速度计与配重块紧密贴合，两者通过一弹簧阻尼装置或者等效于弹簧阻尼装置的结构与预制管桩连接。假设在预制管桩受到一次冲击后，从静止零时刻开始运动到t1时刻停止，运动位移为u1，在这个过程中，通过阻尼系统与其连接的加速度计也随之运动，加速度运动位移为x1，由于时间很本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锤击法管桩施工实时监测系统，其特征在于，主要由三个部分组成：安装于管桩壁上的数据监测采集设备、数据通信网络、数据监测后台系统；/n所述数据监测采集设备以ARM处理器为控制核心，结合加速度传感器、供电系统构成；/nARM处理器主要完成数据采集、数据处理及通讯方面的任务；/n加速度传感器的采集数据经过两级信号处理之后传输给ARM处理器；第一级处理电路将差分信号高质量地转换为输出信号，并提供偏置电压以使输出为正电压信号；第二级处理电路对输出的信号进行缩放；/n供电系统采用电池；/n所述数据通信网络主要作为通信链路，通信链路配置为无线方式，具体为安装在管桩外壁上的无线通信模块和数据监测后台系统中的无线通信模块；/n将管桩数据监测采集设备安装在管桩内壁上；打开数据监测采集设备的供电系统，保持和无线通信模块连接正常；/n所述数据监测后台系统，依托无线通信模块，实时获取管桩数据监测采集设备采集的实时数据；然后对监测数据进行有效数据分析，提取贯入度数据和锤击数数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种锤击法管桩施工实时监测系统，其特征在于，主要由三个部分组成：安装于管桩壁上的数据监测采集设备、数据通信网络、数据监测后台系统；
所述数据监测采集设备以ARM处理器为控制核心，结合加速度传感器、供电系统构成；
ARM处理器主要完成数据采集、数据处理及通讯方面的任务；
加速度传感器的采集数据经过两级信号处理之后传输给ARM处理器；第一级处理电路将差分信号高质量地转换为输出信号，并提供偏置电压以使输出为正电压信号；第二级处理电路对输出的信号进行缩放；
供电系统采用电池；
所述数据通信网络主要作为通信链路，通信链路配置为无线方式，具体为安装在管桩外壁上的无线通信模块和数据监测后台系统中的无线通信模块；
将管桩数据监测采集设备安装在管桩内壁上；打开数据监测采集设备的供电系统，保持和无线通信模块连接正常；
所述数据监测后台系统，依托无线通信模块，实时获取管桩数据监测采集设备采集的实时数据；然后对监测数据进行有效数据分析，提取贯入度数据和锤击数数据。


2.根据权利要求1中所述的一种锤击法管桩施工实时监测系统，其特征在于，所述数据监测采集设备包括加速度计，加速度计安装于预制管桩内壁中，同时，与预制管桩之间加入缓冲装置，该缓冲装置等效为一弹簧阻尼装置；
加速度计与配重块紧密贴合，两者通过一弹簧阻尼装置或者等效于弹簧阻尼装置的结构与预制管桩连接。


3.根据权利要求1中所述的一种锤击法管桩施工实时监测系统，其特征在于，数据监测采集设备通过加速度传感器采...

【专利技术属性】
技术研发人员：田一鸣，赵翔，谢黎明，杜赛赛，徐寒亭，
申请(专利权)人：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心，
类型：发明
国别省市：安徽;34