阅读说明：本技术 一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法 (Vibration frequency and duration statistical method based on optical fiber sensing ) 是由 姜云 王海啸 王俊 唐风华 赵阳 万秀贵 夏文俊 孙畅 江平 查燕旻 臧晓晨 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法,属于混凝土施工技术领域。通过振动传感光纤即时获取各个监测点的振幅数据以及频率数据,并根据振幅数据获得振捣棒的振捣位置,再通过振动频率进一步统计振捣的延续时间,当延续时间符合预设的时长则判定振捣规范,否则判定振捣不规范。与现有技术相比,振动传感光纤在浇筑区域铺设能够较好适应浇筑区域的结构,监测点多,并且监测到的各个监测点的振幅数据以及频率数据较为精确,不受环境限制。(The invention discloses a vibration frequency and duration statistical method based on optical fiber sensing, and belongs to the technical field of concrete construction. The vibration monitoring method comprises the steps of obtaining amplitude data and frequency data of each monitoring point in real time through a vibration sensing optical fiber, obtaining the vibration position of a vibrating rod according to the amplitude data, further counting the duration time of vibration through vibration frequency, judging that vibration is standard when the duration time accords with preset duration, and otherwise judging that vibration is not standard. Compared with the prior art, the structure which can be well suitable for the pouring area is laid in the pouring area by the vibration sensing optical fiber, the number of monitoring points is large, the monitored amplitude data and frequency data of each monitoring point are accurate, and the environment is not limited.)

一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法

技术领域

本发明涉及混凝土施工技术领域，特别涉及一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法。

背景技术

混凝土在进行入模之后必须及时进行振捣，使其能够充满到模板的所有空间，将气泡排出，确保混凝土的搅拌物能够得到充分地密实，并且具有良好的均匀性。一般来说，混凝土振捣方式主要有两种，一是人工振捣，一是机械振捣两种。人工振捣主要是针对小型的建筑工程，所用的混凝土材料不是很多，人工可以满足施工要求。在采用机械振捣的过程中，主要采用的是振捣器。提高混凝土强度的重要一点就是降低水灰比，而高频振捣器可以在相对较低的水灰比的情况下较好振捣，从而提高了其耐久性。相同体积的混凝土振捣质量和效率是和作用在混凝土的振捣频率、振幅及激振力有直接关系。混凝土振捣过程实际上是使浇灌后的混凝土与骨料之间失去空隙，达到密实状态，也是混凝土的一种液化过程，当振捣的振动频率与骨料固有的自振频率相接近时，就能大大的促进混凝土的液化，获得良好的振捣效果。

对于一定的混凝土，振幅和振动频率的选择应互相协调，既要使颗粒的振动衰减小，又不致使颗粒在振动过程中出现静止状态。试验结果表明，当振动速度超过极限速度值时，颗粒的振幅还必须超过某一极限振幅值(一般约0.04mm)混凝土才能液化，故所选用的振幅不宜过小。但振幅过大也会降低振动效果，因这将使颗粒产生跳跃捣击，而不是作谐振运动，混凝土内部产生涡流致使混凝土呈现分层现象，且颗粒在跳跃过程中会吸入大量空气，降低混凝土的密实度。合适的振幅值与骨料颗粒的粒径和混凝土的流动性有关。随着骨料粒径的减小，振幅宜减小，但振动频率则应相应地增大，以保持必要的振动速度。当强迫振动的频率与颗粒的固有频率相同时，则会产生共振现象，这时振动的衰减最小，振幅可达最大。由于混凝土中颗粒粒径大小不同，不可能分别对各种粒径都采用相应的振动频率，而只能在一定的粒组成范围选择一个适宜的平均振动频率值。骨料颗粒直径较大时宜用频率较低的振捣棒。颗粒较小时，宜用频率较高的振捣棒。通常低于1500r/min的低频可以振动大的骨料，中频3000～6000r/min可以振动小粒径的砂石，而12000～20000r/min的频率才用于振动砂浆和水泥，一方面使砂浆流动起到润滑作用，另外砂浆的本身也被聚集振实，最经济有效的办法是使用高频振动。

振动加速度对混凝土拌合物粘度的降低有很大影响。对一般流动性混凝土拌合物，当加速度接近0.5倍重力加速度时，混凝土开始密实，然后随着加速度的增加，密实效果呈直线提高。但当加速度超过4倍重力加速度后，密实效果则不再提高了。合适的振幅、振动频率、振动速度以及振动加速度值的选择，是以在一定的振动延续时间内保证混凝土能达到要求的密实度为条件来确定的。当振幅与振动频率已选定保持不变时，对于一定流动性的混凝土所需的振动延续时间有一临界值。低于这一临界值，混凝土不能充分捣实，高于临界值，混凝土的密实度也不会有显著的增长，而且当振动时间过长时会导致混凝土产生离析现象，反而降低混凝土的质量。而目前对于混凝土的振捣频率大都是认定为振捣器具的振动频率，而在实际施工中振捣器具的振动频率与实际中混凝土的振捣频率存在差异，这就导致实际监控中的振捣频率并不精确，这也进一步导致对于混凝土从开始达到预计的振捣频率到振捣结束的延续时间无法获取精准的数值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法，以解决目前实际监控中的振捣频率不精确的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法，包括：

在混凝土浇筑区域铺设振动传感光纤，并且在振动传感光纤预先指定若干监测点；

通过振动传感光纤即时获取各个监测点的振幅数据以及频率数据；

根据振幅数据获得各个监测点的最大振幅点，标记该作为最大振幅点的监测点的位置为振捣棒的振捣位置；

判断作为最大振幅点的监测点的振动频率f是否不小于预设的最小阈值f_min，并且不大于预设的最大阈值f_max；如果是，则判定振捣棒在该位置振捣开始，并记录开始时间T_s；当该监测点不作为最大振幅点时，或者该监测点的振动频率f小于最小阈值f_min时，判定振捣棒在该位置振捣结束，并记录结束时间T_e；

调取振捣棒在该位置的振捣开始时间T_s和结束时间T_e并计算时间间隔T_c，判断T_c是否大于预设的阈值T₁，并且小于预设的阈值T₂，如果否，则判定为此次振捣不规范。

可选的，判断某一监测点是否为最大振幅点时，首先判断该监测点沿着振动传感光纤分布的前侧n个监测点所检测到的振幅大小是否依次递减，以及后侧n个监测点所检测到的振幅大小是否依次递减，其中n为预设值；如果是，判定该监测点为最大振幅点。

可选的，通过数字建模的方式建立与混凝土浇筑区域以及振动传感光纤的排布走向相对应的3D模型。

可选的，在3D模型中实时显示振捣棒的振捣位置信息以及振捣延续时间信息。

在本发明中提供了一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法，通过振动传感光纤即时获取各个监测点的振幅数据以及频率数据，并根据振幅数据获得振捣棒的振捣位置，再通过振动频率进一步统计振捣的延续时间，当延续时间符合预设的时长则判定振捣规范，否则判定振捣不规范。与现有技术相比，振动传感光纤在浇筑区域铺设能够较好适应浇筑区域的结构，监测点多，并且监测到的各个监测点的振幅数据以及频率数据较为精确，不受环境限制。

附图说明

图1为振动传感光纤的铺设结构示意图；

图2为通过五点求峰值方法确定传感光纤上的最大振幅点的振幅示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种基于光纤传感的振捣频率和延续时间统计方法，包括以下步骤：

首先在混凝土浇筑区域铺设振动传感光纤，并且在振动传感光纤预先指定若干监测点。传感光纤既是信号和数据传输的媒介，其本身还是传感器。当外界振动作用于传感光纤上时，光纤的折射率、长度会发生微小的变化，从而导致光纤内传输信号的相位变化，使得光强发生变化。通过检测振动前后的光信号强度变化，即可实现对光纤沿线振动事件的探测和定位。所述传感光纤布置于混凝土浇筑区域，沿着混凝土钢筋架的钢筋延伸方向铺设，如图1所示，本实施例中的振动传感光纤1通过往复折返的方式进行铺设，在振动传感光纤1上预设若干监测点2。

在进行浇筑过程中的振捣作业时，通过振动传感光纤即时获取各个监测点的振幅数据以及频率数据，并根据获取的振幅数据获得各个监测点中的最大振幅点，标记该作为最大振幅点的监测点的位置为振捣棒的振捣位置。

如图2所示，判断某一监测点是否为最大振幅点时，首先判断该监测点沿着振动传感光纤分布的前侧n个监测点所监测到的振幅大小是否依次递减，以及后侧n个监测点所监测到的振幅大小是否依次递减，其中n为预设值；如果是，则判定该监测点为最大振幅点。在本实施例中，n取2，位于点A3前侧的点A2以及A1呈依次递减趋势，位于点A3后侧的点A4以及A5呈依次递减趋势，因此通过前后临近的5个点能够判定该监测点A3为最大振幅点。

判断作为最大振幅点的监测点的振动频率f是否大于或等于预设的最小阈值f_min，并且小于或等于预设的最大阈值f_max，如果是，则判定振捣棒在该位置振捣开始，并记录开始时间T_s；当该监测点不作为最大振幅点时，或者该监测点的振动频率f小于最小阈值f_min时，判定振捣棒在该位置振捣结束，并记录结束时间T_e。

调取振捣棒在该位置的振捣开始时间T_s和结束时间T_e并计算时间间隔T_c＝T_e-T_s，判断T_c是否大于预设的阈值T₁，并且小于预设的阈值T₂，如果否，则判定为此次振捣不规范。

可以通过数字建模的方式建立与混凝土浇筑区域以及振动传感光纤的排布走向相对应的3D模型，并在3D模型中实时显示振捣棒的振捣位置信息以及振捣延续时间信息。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。