橋梁防水層粘結強度檢測儀的制作方法

專利名稱：橋梁防水層粘結強度檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種粘結強度檢測裝置，尤其是涉及一種橋梁防水層粘結 強度檢測儀。
背景技術：
1979年美國聯邦總審計長呈送國會的報告中指出，橋面設置防水層的 主要目的就是保證和提高橋梁的耐久性。如防止因冰凍造成橋面混凝土的 破壞及保護主梁鋼筋不被腐蝕等，并且設置合理的橋面防水系統是最有效 的措施之一，并認為設置防水層的費用與效益比為1:2.75。而在實際工程 中出現諸如立交橋橋面滲水、鋪裝層剝落、堿集料反應、橋面板破碎等， 則必須從橋面防水的角度進行研究才有助于完善解決。但是，通過分析可 以知道水是造成這些破壞的最直接和最重要的原因。因此，從根本上切斷 水的來源即做好橋面防水處理，是保證混凝土橋梁免遭破壞、延長橋梁使 用壽命的有效措施，也是橋梁設計思想從強度設計向耐久性設計轉變的重 要內容。在混凝土橋面上鋪筑柔性路面，于50年代就開始鋪設橋面防水層,
并設置橋面橫坡將水導入泄水管，以阻止自由水流入橋面混凝土鋪裝層及 橋梁梁板中。雖采取了如上措施，但還是不能保證自由水的滲入，這些游離 水慢慢移動，銹蝕鋼筋和預應力鋼筋，尤其是冬季除雪撒鹽，滲透的鹽水對 鋼筋的銹蝕作用更大。
目前國內外廣泛采用柔性防水材料，用柔性防水材料鋪設的防水層具 有以下特點①防水層可以同時保護橋面板和主梁鋼筋不被碳化和腐蝕破 壞；②防水層可以阻止滲入面層的水穿透梁體，避免在橋梁上形成鐘乳石 和白色鹽霜，影響美觀；③其原理、施工組織管理等易于工程技術人員接 受，且價格合理，不會使橋梁工程造價大幅上揚。釆用柔性防水材料鋪設的橋面防水層層間的穩定性和防水層的施工 質量高低是決定橋面放水性能好壞的重要因素。在防水層性能檢測時，除 了現場檢測其抗剪強度和粘結強度外，國外還提出了防水層的90°剝離 (撕裂)試驗測定其剝離(撕裂)強度，即檢測和研究防水層材料的粘結 強度。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一 種橋梁防水層粘結強度檢測儀，其機械結構合理、體積小、重量輕且自動 化程度高、使用操作簡便，能有效對被檢測防水層進行實時監測和控制且 測試精度大大提高。
為解決上述技術問題，本發明釆用的技術方案是 一種橋梁防水層粘結 強度檢測儀，其特征在于包括機架、驅動電機、設置在機架上方且能前 后向移動的移動箱體、由驅動電機通過傳動系統帶動進行轉動且套裝在移 動箱體內部的傳動軸、套裝在傳動軸上的傳動齒輪和滾輪、與傳動齒輪相 嚙合且驅動移動箱體向前移動的齒條以及對作用在被檢測防水層上的撕 裂力進行實時檢測的拉力傳感器，所述滾輪上設置有由其帶動向上移動的 撕裂帶，所述撕裂帶通過撕裂夾與被檢測防水層相接，齒條固定在機架上， 滾輪和傳動齒輪同軸且節徑相等；還包括對拉力傳感器所檢測信號進行分 析處理并根據處理結果相應對驅動電機進行控制的數據釆集及控制系統， 以及與所述數據釆集及控制系統相接的上位機；拉力傳感器接所述數據釆 集及控制系統，所述數據釆集及控制系統為MSP430單片機且其與所述上 位機之間通過USB接口進行雙向通信。
所述MSP430單片機為MSP430F14x系列單片機。
所述MSP430單片機為單片機MSP430F149。
還包括對被檢測防水層位移進行實時檢測的位移傳感器，所述位移傳 感器接所述數據釆集及控制系統。所述拉力傳感器安裝在所述撕裂夾的上夾頭和下夾頭之間。 所述傳動系統由同步帶一、蝸輪蝸桿減速箱和同步帶二組成，驅動電
機通過同步帶一對蝸輪蝸桿減速箱進行驅動，蝸輪蝸桿減速箱通過同步帶
二對傳動軸進行驅動。
所述撕裂帶為帆布。
所述傳動齒輪和齒條的數量均為兩個，滾輪套裝在傳動軸中部，兩個 傳動齒輪分別位于滾輪左右兩側且二者關于滾輪左右對稱。
本發明與現有技術相比具有以下優點，1、主要由機械機構以及與該 機械結構配套使用的數據釆集和分析系統組成，其機械結構簡單合理且各
部分連接緊湊，主要存在以下優點①設計新穎、功能齊全，是一臺典型 的機電一體化儀器，由步進電機驅動，計算機控制，撕裂速度50~ 200mm/min任意設定；②設計原理符合實際情況，保證了防水層90°撕裂。 同時齒輪一齒條傳動平穩，保證撕裂過程平穩；③結構簡單、步進電機功 率小。步進電機先經過蝸輪蝸桿傳動副減速，再驅動齒輪齒條傳動副，這 樣可使步進電機的驅動功率變小，選擇的步進電機完全滿足試驗過程驅動 力矩的需要；④連接夾頭結構簡單，容易操作。2、 2、數據釆集和分析系 統具體采用MSP43Q單片機，它是一種16位超低功耗的混合信號處理器 (Mixed Signel Processor),其將許多模擬電路、數字電路和微處理器 集成在一個芯片上，以提供"單片"解決方案，其主要特點有①超低功 耗，MSP430系列單片機堪稱目前世界上功耗最低的單片機，其應用系統可 以做到用一枚電池使用IO年；②強大的處理能力，MSP430系列單片機是 16位單片機，釆用了精簡指令集(RISC)結構；③高性能模擬技術及豐富 的片上外圍模塊；④系統工作穩定，MSP430單片機均為工業級器件，運行 環境溫度-40 85。C,運行穩定且可靠性高；⑤方便且高效的開發環境， 目前應用較為廣泛的是FLASH型，器件內部有JTAG調試接口，還有可電 擦寫的FLASH存儲器，可以通過JTAG接口將程序下載到FLASH內，同時 也可以JTAG接口控制程序運行、讀取片內CPU狀態，整個開發過程可在
6同一個軟件集成環境中進行。3、數據釆集和分析系統與上位機之間通過
USB接口進行雙向通信，總之，本發明能夠實現對粘結力與位移等各種數 據進行實時地釆集分析與處理，其數據檢測部分主要利用USB軟、硬接口 技術，實現了計算機即上位機的實時檢測和控制功能，同時開發相應的計 算機應用程序，實現了測試儀的自動化程度；另外，本發明不僅能夠應用 于施工現場實時檢測，而且還可以應用于實驗室室內試驗，不僅能夠完成 釆集數據而且還具備實時顯示的功能，可以看到被檢測防水層撕裂程度隨 位移變化的曲線，提高了測試的精度和自動化程度。綜上所述，本發明主 要用于檢測混凝土橋面與防水層粘結后在90°方向撕裂的粘結力的儀器， 適用于室內或現場檢測卷材類或加筋涂膜類防水層，以便分析不同的橋面 處理措施、橋面狀況、環境溫度等因素對層間粘結力的影響規律，試驗結 果可以用以選擇防水材料，現場判定防水層施工質量。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖l為本發明的結構示意圖。 圖2為本發明數據釆集及控制系統的電路原理圖, 附圖標記說明
1—被檢測防水層； 4一下夾頭； 7—驅動電機； IO—齒條；
13—蝸輪蝸桿減速箱 16 —同步帶一。
2 —上夾頭；
5—帆布；
8—同步帶二；
ll一機架； 14一移動箱體;
3—拉力傳感器；
6—滾輪；
9一傳動齒輪；
12—水平調節螺栓;
15—傳動軸；
具體實施例方式
如圖l所示，本發明包括機架ll、驅動電機7、設置在機架ll上方且
7能前后向移動的移動箱體14、由驅動電機7通過傳動系統帶動進行轉動且
套裝在移動箱體14內部的傳動軸15、套裝在傳動軸15上的傳動齒輪9 和滾輪6、與傳動齒輪9相嚙合且驅動移動箱體14向前移動的齒條10以 及對作用在被檢測防水層1上的撕裂力進行實時檢測的拉力傳感器3,所 述滾輪6上設置有由其帶動向上移動的撕裂帶，所述撕裂帶通過撕裂夾與 被檢測防水層相接，齒條10固定在機架11上，滾輪6和傳動齒輪9同軸 且節徑相等。所述滾輪6上設置有由其帶動向上移動的撕裂帶，所述撕裂 帶通過撕裂夾與被檢測防水層l相接，齒條10固定在機架11上，本實施 例中，所述撕裂帶為帆布5。所述拉力傳感器3安裝在所述撕裂夾的上夾 頭4和下夾頭2之間。所述傳動系統由同步帶一 16、蝸輪蝸桿減速箱13 和同步帶二 8組成，驅動電機7通過同步帶一 16對蝸輪蝸桿減速箱13進 行驅動，蝸輪蝸桿減速箱13通過同步帶二 8對傳動軸15進行驅動。其中， 所述驅動電機7為步進電機。所述機架11下方設置有水平調節螺栓12。 所述傳動齒輪9和齒條10的數量均為兩個，滾輪6套裝在傳動軸15中部， 兩個傳動齒輪9分別位于滾輪6左右兩側且二者關于滾輪6左右對稱。
另外，本發明還包括對拉力傳感器3所檢測信號進行分析處理并根據 處理結果相應對驅動電機進行控制的數據釆集及控制系統以及與所述數 據釆集及控制系統相接的上位機，拉力傳感器3和所述位移傳感器均接所 述數據釆集及控制系統，所述數據釆集及控制系統為MSP43G單片機且其 與所述上位機之間通過USB接口進行雙向通信。所述MSP430單片機為 MSP430F14x系列單片機，本實施例中，所述MSP430單片機為單片機 MSP430F149。
結合圖2,所述單片機MSP430F149通過USB接口與上位機進行通信， 所述USB接口芯片為芯片D12,單片機MSP430F149的P5. 0、 P5. 1、 P5. 2、 P5. 3、 P5. 4/MCLK、 P5. 5/SMCLK、 P5. 6/ACLK與P5. 7/TboutH八個數據輸出 端分別對應與芯片D12的DO-D7八個數據輸入端相接；單片機MSP430F149 的PI. 5/TA0、 PI. 6/TA1和PI. 7/TA2三個管腳分別與芯片D12的麗、亞和AO三個管腳相接；單片機MSP430F149的PI. 3/TA2管腳經電阻R4后接 芯片D12的SUSPEND管腳;單片機MSP430F149的Pl. 4/SMCLK管腳與芯片 D12的,管腳相接。芯片D12的SMCLK和麗管腳分別經電阻R3和R2后 接電源端；芯片D12GND、 ALE和5管腳均接地且其Vout3. 3、 VCC、 S^iT 和DMACK管腳均接電源端。芯片D12的D+管腳經電阻R5和R8后以及其 D-管腳經電阻R10和R9后均接地且D+和D-管腳分別經電阻R5和R10后 接芯片Jl的第3和第2管腳，所述芯片Jl的第4管腳接地。芯片D12的 XTAL2和XTAL1管腳接晶振Y3且二者分別經電容C7和C6后接地，芯片 D12的g5T管腳經電阻R6后接電源端且其經電阻R7后接地，芯片D12的^ 管腳經發光二極管LED1和電阻R20后與電源端相接。
本發明的工作過程是首先將被檢測防水層l通過撕裂夾接在撕裂帶 下方；并且試驗過程中，整個儀器應該盡量保持水平，不能晃動。然后， 對整個系統進行上電；之后由步進電機通過傳動系統帶動傳動軸15轉動， 繼而再帶動套裝在傳動軸15上的傳動齒輪9和滾輪6轉動，與傳動齒輪9 相嚙合的齒條IO驅動移動箱體14沿齒條方向向前移動，同時滾輪6轉動
的同時，帶動接在撕裂帶及撕裂夾下方的被檢測防水層1向上移動，從而 最終實現對被檢測防水層1的90°撕裂。在試驗過程中，由于滾輪6和傳 動齒輪10同軸且節徑相等，就始終保持向上運動撕裂的速度與水平運動 (即向前運動)的速度相等，因而能夠實現被檢測防水層1的90°撕裂。
在撕裂試驗過程中，安裝在所述撕裂夾的上夾頭4和下夾頭2之間的 拉力傳感器3實時對作用在被檢測防水層1上的拉力進行檢測，并且所述 位移傳感器也實時對被檢測防水層1的位移進行檢測，同時拉力傳感器3 和位移傳感器同步將其所檢測數據傳輸至單片機MSP430F149進行分析處 理得出撕裂強度數據，單片機MSP430F149同步將其處理結果通過USB接 口具體是D12芯片傳送至上位機，由上位機相應實時顯示不同撕裂速度和 數據釆集頻率下的撕裂力波形圖即撕裂力變化曲線。上位機的主要作用 是將單片機MSP430F149所輸入的撕裂過程中所釆集的數據進行解封裝、
9實時波形顯示、對整個數據釆集系統開始、停止進行控制，同時還設置一 些相應的控制參數以及最終的數據分析處理工作。
實際應用過程中，在單片機MSP430F149向上位機傳送所檢測數據前， 先要對USB設備即USB接口進行初始化，完成上位機的枚舉過程；之后， 單片機MSP430F149再向上位機發送采集到的數據；另外，單片機 MSP430F149根據上位機的要求(命令)控制步進電機工作。撕裂試驗之前， 撕裂速度可以通過上位機軟件進行設置；撕裂試驗完成之后，由于所述傳 動件上設置有回零機構，則通過上位機控制可以將本發明恢復到初始位 置，以備下次使用。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是 根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構 變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1. 一種橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特征在于包括機架(11)、驅動電機(7)、設置在機架(11)上方且能前后向移動的移動箱體(14)、由驅動電機(7)通過傳動系統帶動進行轉動且套裝在移動箱體(14)內部的傳動軸(15)、套裝在傳動軸(15)上的傳動齒輪(9)和滾輪(6)、與傳動齒輪(9)相嚙合且驅動移動箱體(14)向前移動的齒條(10)以及對作用在被檢測防水層(1)上的撕裂力進行實時檢測的拉力傳感器(3)，所述滾輪(6)上設置有由其帶動向上移動的撕裂帶，所述撕裂帶通過撕裂夾與被檢測防水層相接，齒條(10)固定在機架(11)上，滾輪(6)和傳動齒輪(9)同軸且節徑相等；還包括對拉力傳感器(3)所檢測信號進行分析處理并根據處理結果相應對驅動電機進行控制的數據采集及控制系統，以及與所述數據采集及控制系統相接的上位機；拉力傳感器(3)接所述數據采集及控制系統，所述數據采集及控制系統為MSP430單片機且其與所述上位機之間通過USB接口進行雙向通信。
2. 按照權利要求l所述的橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特征在于 所述MSP430單片機為MSP430F14x系列單片機。
3. 按照權利要求l或2所述的橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特征在 于所述MSP430單片機為單片機MSP430F149。
4. 按照權利要求1、 2或3所述的橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特 征在于還包括對被檢測防水層位移進行實時檢測的位移傳感器，所述位 移傳感器接所述數據采集及控制系統。
5. 按照權利要求1、 2或3所述的橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特 征在于所述拉力傳感器(3)安裝在所述撕裂夾的上夾頭(4)和下夾頭(2)之間。
6. 按照權利要求1、 2或3所述的橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特 征在于所述傳動系統由同步帶一 (16)、蝸輪蝸桿減速箱(13)和同步 帶二 ( 8 )組成，驅動電機(7 )通過同步帶一 (16 )對蝸輪蝸桿減速箱(13 )進行驅動，蝸輪蝸桿減速箱(13)通過同步帶二 (8)對傳動軸(15)進行驅動。
7. 按照權利要求1、 2或3所述的橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特 征在于所述撕裂帶為帆布(5)。
8. 按照權利要求1、 2或3所述的橋梁防水層粘結強度檢測儀，其特 征在于所述傳動齒輪(9)和齒條(10)的數量均為兩個，滾輪(6)套 裝在傳動軸(15)中部，兩個傳動齒輪(9)分別位于滾輪(6)左右兩側 且二者關于滾輪(6)左右對稱。
全文摘要
本發明公開了一種橋梁防水層粘結強度檢測儀，包括驅動電機、由驅動電機帶動的傳動軸、套裝在傳動軸上的傳動齒輪和滾輪、與傳動齒輪相嚙合的齒條、由齒條驅動向前移動的移動箱體及對作用在被檢測防水層上的撕裂力進行實時檢測的拉力傳感器，滾輪上設置有撕裂帶，撕裂帶通過撕裂夾與被檢測防水層相接，滾輪和傳動齒輪同軸且節徑相等，還包括對拉力傳感器所檢測信號分析處理并對驅動電機控制的數據采集及控制系統及上位機，數據采集及控制系統為MSP430單片機且其與上位機間通過USB接口進行雙向通信。本發明機械結構合理、體積小、重量輕且自動化程度高、使用操作簡便，能有效對被檢測防水層進行實時監測和控制且測試精度大大提高。
文檔編號G01N19/04GK101477033SQ20091002086
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月9日 優先權日2009年1月9日
發明者呂彭民, 浩 吳, 宋緒丁 申請人:長安大學