专利名称：桥梁防水层粘结强度检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种粘结强度检测装置，尤其是涉及一种桥梁防水层 粘结强度检测仪。
背景技术：
1979年美国联邦总审计长呈送国会的报告中指出，桥面设置防水层的 主要目的就是保证和提高桥梁的耐久性。如防止因冰冻造成桥面混凝土的 破坏及保护主梁钢筋不被腐蚀等，并且设置合理的桥面防水系统是最有效 的措施之一，并认为设置防水层的费用与效益比为1:2.75。而在实际工程 中出现诸如立交桥桥面渗水、铺装层剥落、碱集料反应、桥面板破碎等， 则必须从桥面防水的角度进行研究才有助于完善解决。但是，通过分析可 以知道水是造成这些破坏的最直接和最重要的原因。因此，从根本上切断 水的来源即做好桥面防水处理，是保证混凝土桥梁免遭破坏、延长桥梁使 用寿命的有效措施，也是桥梁设计思想从强度设计向耐久性设计转变的重 要内容。在混凝土桥面上铺筑柔性路面，于50年代就开始铺设桥面防水层,
并设置桥面横坡将水导入泄水管，以阻止自由水流入桥面混凝土铺装层及 桥梁梁板中。虽釆取了如上措施，但还是不能保证自由水的渗入，这些游离 水慢慢移动，锈蚀钢筋和预应力钢筋，尤其是冬季除雪撒盐，渗透的盐水对 钢筋的锈蚀作用更大。
目前国内外广泛釆用柔性防水材料，用柔性防水材料铺设的防水层具 有以下特点①防水层可以同时保护桥面板和主梁钢筋不被碳化和腐蚀破 坏；②防水层可以阻止渗入面层的水穿透梁体，避免在桥梁上形成钟乳石 和白色盐霜，影响美观；③其原理、施工组织管理等易于工程技术人员接 受，且价格合理，不会使桥梁工程造价大幅上扬。釆用柔性防水材料铺设的桥面防水层层间的稳定性和防水层的施工 质量高低是决定桥面放水性能好坏的重要因素。在防水层性能检测时，除 了现场检测其抗剪强度和粘结强度外，国外还提出了防水层的90°剥离 (撕裂)试验测定其剥离(撕裂)强度，即检测和研究防水层材料的粘结 强度。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提 供一种桥梁防水层粘结强度检测仪，其机械结构合理、体积小、重量轻且 自动化程度高、使用操作简便，能有效对被检测防水层进行实时监测和控 制且测试精度大大提高。为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 一种桥梁防水层粘结强度检测仪，其特征在于包括机架、驱动电机、设置在机架上方且 能前后向移动的移动箱体、由驱动电机通过传动系统带动进行转动且套装 在移动箱体内部的传动轴、套装在传动轴上的传动齿轮和滚轮、与传动齿轮相啮合且驱动移动箱体向前移动的齿条以及对作用在被检测防水层上 的撕裂力进行实时检测的拉力传感器，所述滚轮上设置有由其带动向上移 动的撕裂带，所述撕裂带通过撕裂夹与被检测防水层相接，齿条固定在机如"、〕翁払知矩^r4lf抓曰i丄EI廿^2te坐.4石^n 4羊74i^ 4i矩成,班Sfr玲、H"古县进行分析处理并根据处理结果相应对驱动电机进行控制的数据采集及控制系统，以及与所述数据釆集及控制系统相接的上位机；拉力传感器接所 述数据釆集及控制系统，所述数据釆集及控制系统为MSP430单片机且其 与所述上位机之间通过USB接口进行双向通信。所述MSP430单片机为MSP430F14x系列单片机。所述MSP430单片机为单片机MSP430F149。还包括对被检测防水层位移进行实时检测的位移传感器，所述位移传 感器接所述数据釆集及控制系统。所述拉力传感器安装在所述撕裂夹的上夹头和下夹头之间。 所述传动系统由同步带一、蜗轮蜗杆减速箱和同步带二组成，驱动电机通过同步带一对蜗轮蜗杆减速箱进行驱动，蜗轮蜗杆减速箱通过同步带二对传动轴进行驱动。所述撕裂带为帆布。所述传动齿轮和齿条的数量均为两个，滚轮套装在传动轴中部，两个 传动齿轮分别位于滚轮左右两侧且二者关于滚轮左右对称。本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、主要由机械机构以及 与该机械结构配套使用的数据釆集和分析系统组成，其机械结构简单合理且各部分连接紧凑，主要存在以下优点 设计新颖、功能齐全，是一台 典型的机电一体化仪器，由步进电机驱动，计算机控制，撕裂速度50~ 200mm/min任意设定；②设计原理符合实际情况，保证了防水层90°撕裂。 同时齿轮一齿条传动平稳，保证撕裂过程平稳；③结构简单、步进电机功 率小。步进电机先经过蜗轮蜗杆传动副减速，再驱动齿轮齿条传动副，这 样可使步进电机的驱动功率变小，选择的步进电机完全满足试验过程驱动 力矩的需要；④连接夹头结构简单，容易操作。2、 2、数据采集和分析系 统具体釆用MSP430单片机，它是一种16位超低功耗的混合信号处理器 (Mixed Signel Processor),其将许多模拟电路、数字电路和微处理器佳cB A —人廿M" 1~ t、； 士旦乂斗"站|X ，， 42 vh 士姿 廿+班>fct上女.A 4" At T丄 木/WP^ 'i '、、 /1丄,W权l T 干门 /tft" ';M /J术5 :;Hr工文,TT、 TJ .w |W耗，MSP430系列单片机堪称目前世界上功耗最低的单片机，其应用系统可 以做到用一枚电池使用IO年；②强大的处理能力，MSP430系列单片机是 16位单片机，采用了精简指令集(RISC)结构；③高性能模拟技术及丰富 的片上外围模块；④系统工作稳定，MSP430单片机均为工业级器件，运行 环境温度-40 - 85。C,运行稳定且可靠性高；⑤方便且高效的开发环境， 目前应用较为广泛的是FLASH型，器件内部有JTAG调试接口 ，还有可电 擦写的FLASH存储器，可以通过JTAG接口将程序下载到FLASH内，同时 也可以JTAG接口控制程序运行、读取片内CPU状态，整个开发过程可在6同一个软件集成环境中进行。3、数据釆集和分析系统与上位机之间通过 USB接口进行双向通信，总之，本实用新型能够实现对粘结力与位移等各种数据进行实时地釆集分析与处理，其数据检测部分主要利用USB软、硬接口技术，实现了计算机即上位机的实时检测和控制功能，同时开发相应的计算机应用程序，实现了测试仪的自动化程度；另外，本实用新型不仅能够应用于施工现场实时检测，而且还可以应用于实验室室内试验，不仅 能够完成釆集数据而且还具备实时显示的功能，可以看到被检测防水层撕 裂程度随位移变化的曲线，提高了测试的精度和自动化程度。综上所述，本实用新型主要用于检测混凝土桥面与防水层粘结后在9(T方向撕裂的粘 结力的仪器，适用于室内或现场检测卷材类或加筋涂膜类防水层，以便分 析不同的桥面处理措施、桥面状况、环境温度等因素对层间粘结力的影响 规律，试验结果可以用以选择防水材料，现场判定防水层施工质量。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。


图l为本实用新型的结构示意图。 图2为本实用新型数据釆集及控制系统的电路原理图, 附图标记说明1 —i由仏湖ll3古^巨-4一下夹头；7—驱动电机；IO—齿条；13—蜗轮蜗杆减速箱: 16 —同步带一。9— k血1.l _l~ y乂 y人,5—帆布； 8—同步带二；ll一机架； 14一移动箱体;3—拉力传感器；6—滚轮；9一传动齿轮；12—水平调节螺栓;15—传动轴；具体实施方式
如图l所示，本实用新型包括机架ll、驱动电机7、设置在机架ll上7方且能前后向移动的移动箱体14、由驱动电机7通过传动系统带动进行转动且套装在移动箱体14内部的传动轴15、套装在传动轴15上的传动齿轮 9和滚轮6、与传动齿轮9相啮合且驱动移动箱体14向前移动的齿条10 以及对作用在被检测防水层1上的撕裂力进行实时检测的拉力传感器3， 所述滚轮6上设置有由其带动向上移动的撕裂带，所述撕裂带通过撕裂夹 与被检测防水层相接，齿条10固定在机架11上，滚轮6和传动齿轮9同^i日嗜怒;te笙RfW、凌^6 h揚蒈右出it^^rlilk^^T沾撒超^—恥i术撒裂带通过撕裂夹与被检测防水层l相接，齿条10固定在机架11上，本实 施例中，所述撕裂带为帆布5。所述拉力传感器3安装在所述撕裂夹的上 夹头4和下夹头2之间。所述传动系统由同步带一 16、蜗轮蜗杆减速箱 13和同步带二 8组成，驱动电机7通过同步带一 16对蜗轮蜗杆减速箱13 进行驱动，蜗轮蜗杆减速箱13通过同步带二 8对传动轴15进行驱动。其 中，所述驱动电机7为步进电机。所述机架11下方设置有水平调节螺栓 12。所述传动齿轮9和齿条10的数量均为两个，滚轮6套装在传动轴15 中部，两个传动齿轮9分别位于滚轮6左右两侧且二者关于滚轮6左右对 称。另外，本实用新型还包括对拉力传感器3所检测信号进行分析处理并 根据处理结果相应对驱动电机进行控制的数据采集及控制系统以及与所、._u At w矩Tz jj^ a" z+ Oti丄A厶"l 丄n仏丄At ，么e匕、丄At w 仏W从艰不朱久tffEl则尔；^M'W牧tnj丄1正"lj， ^X乂,r^;幼發J WII《夕'R接所述数据采集及控制系统，所述数据釆集及控制系统为MSP43Q单片机 且其与所述上位机之间通过USB接口进行双向通信。所述MSP430单片机 为MSP430F14x系列单片机，本实施例中，所述MSP430单片机为单片机 MSP430F149。结合图2,所述单片机MSP430F149通过USB接口与上位机进行通信， 所述USB接口芯片为芯片D12,单片机MSP430F149的P5. 0、 P5. 1、 P5. 2、 P5. 3、 P5. 4/MCLK、 P5. 5/SMCLK、 P5. 6/ACLK与P5. 7/TboutH八个数据输出 端分别对应与芯片D12的D0-D7八个数据输入端相接；单片机MSP430F149的PI, 5/TA0、 PI. 6/TA1和PI. 7/TA2三个管脚分别与芯片D12的^5、 和AO三个管脚相接；单片机MSP430F149的PI. 3/TA2管脚经电阻R4后接 芯片D12的SUSPEND管脚；单片机MSP430F149的PI. 4/SMCLK管脚与芯片 D12的,管脚相接。芯片D12的SMCLK和^T管脚分别经电阻R3和R2后 接电源端；芯片D12GND、 ALE和5管脚均接地且其Vout3. 3、 VCC、 和DMACK管脚均接电源端。芯片D12的D+管脚经电阻R5和R8后以及其 D-管脚经电阻R10和R9后均接地且D+和D-管脚分别经电阻R5和R10后 接芯片Jl的第3和第2管脚，所述芯片Jl的第4管脚接地。芯片D12的 XTAL2和XTAL1管脚接晶振Y3且二者分别经电容C7和C6后接地，芯片 D12的i5T管脚经电阻R6后接电源端且其经电阻R7后接地，芯片D12的^1 管脚经发光二极管LED1和电阻R20后与电源端相接。本实用新型的工作过程是首先将被检测防水层l通过撕裂夹接在撕 裂带下方；并且试验过程中，整个仪器应该尽量保持水平，不能晃动。然 后，对整个系统进行上电；之后由步进电机通过传动系统带动传动轴15 转动，继而再带动套装在传动轴15上的传动齿轮9和滚轮6转动，与传 动齿轮9相啮合的齿条IO驱动移动箱体14沿齿条方向向前移动，同时滚 轮6转动的同时，带动接在撕裂带及撕裂夹下方的被检测防水层1向上移 动，从而最终实现对被检测防水层1的90°撕裂。在试验过程中，由于滚if人乙r￡ i止去人 1 n+丄tt /义^fr 去t丄A Atr 7口 4>i人 L 、.二 d ;5(1 A" 、=b tie卜:f匕u /p'i々凶千匕—丄u i口j神j±下i工iw守，^L》f^fi^f寸i口j丄^厶力-別农tn;还乂叉刁 水平运动(即向前运动)的速度相等，因而能够实现被检测防水层1的90°撕裂。在撕裂试验过程中，安装在所述撕裂夹的上夹头4和下夹头2之间的 拉力传感器3实时对作用在被检测防水层1上的拉力进行检测，并且所述 位移传感器也实时对被检测防水层1的位移进行检测，同时拉力传感器3 和位移传感器同步将其所检测数据传输至单片机MSP430F149进行分析处 理得出撕裂强度数据，单片机MSP430F149同步将其处理结果通过USB接 口具体是D12芯片传送至上位机，由上位机相应实时显示不同撕裂速度和数据釆集频率下的撕裂力波形图即撕裂力变化曲线。上位机的主要作用是将单片机MSP430F149所输入的撕裂过程中所釆集的数据进行解封装、 实时波形显示、对整个数据釆集系统开始、停止进行控制，同时还设置一 些相应的控制参数以及最终的数据分析处理工作。实际应用过程中，在单片机MSP430F149向上位机传送所检测数据前， 先要对USB设备即USB接口进行初始化，完成上位机的枚举过程；之后， 单片机MSP430F149再向上位机发送釆集到的数据；另外，单片机 MSP430F149根据上位机的要求(命令)控制步进电机工作。撕裂试验之前， 撕裂速度可以通过上位机软件进行设置；撕裂试验完成之后，由于所述传 动件上设置有回零机构，则通过上位机控制可以将本实用新型恢复到初始 位置，以备下次使用。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限 制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更 以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种桥梁防水层粘结强度检测仪，其特征在于包括机架(11)、驱动电机(7)、设置在机架(11)上方且能前后向移动的移动箱体(14)、由驱动电机(7)通过传动系统带动进行转动且套装在移动箱体(14)内部的传动轴(15)、套装在传动轴(15)上的传动齿轮(9)和滚轮(6)、与传动齿轮(9)相啮合且驱动移动箱体(14)向前移动的齿条(10)以及对作用在被检测防水层(1)上的撕裂力进行实时检测的拉力传感器(3)，所述滚轮(6)上设置有由其带动向上移动的撕裂带，所述撕裂带通过撕裂夹与被检测防水层相接，齿条(10)固定在机架(11)上，滚轮(6)和传动齿轮(9)同轴且节径相等；还包括对拉力传感器(3)所检测信号进行分析处理并根据处理结果相应对驱动电机进行控制的数据采集及控制系统，以及与所述数据采集及控制系统相接的上位机；拉力传感器(3)接所述数据采集及控制系统，所述数据采集及控制系统为MSP430单片机且其与所述上位机之间通过USB接口进行双向通信。
2. 按照权利要求1所述的桥梁防水层粘结强度检测仪，其特征在于 所述MSP430单片机为MSP430F14x系列单片机。
3. 按照权利要求l或2所述的桥梁防水层粘结强度检测仪，其特征在 于所述MSP430单片机为单片机MSP430F149。
4. 按照权利要求l、 2或3所述的桥梁防水层轱结强度检测仪，其特 征在于还包括对被检测防水层位移进行实时检测的位移传感器，所述位移传感器接所述数据釆集及控制系统。
5. 按照权利要求1、 2或3所述的桥梁防水层粘结强度检测仪，其特 征在于所述拉力传感器(3)安装在所述撕裂夹的上夹头(4)和下夹头(2)之间。
6. 按照权利要求1、 2或3所述的桥梁防水层粘结强度检测仪，其特 征在于所述传动系统由同步带一 (16)、蜗轮蜗杆减速箱(13)和同步 带二 ( 8 )组成，驱动电机(7 )通过同步带一 (16 )对蜗轮蜗杆减速箱(13 )进行驱动，蜗轮蜗杆减速箱(13)通过同步带二 (8)对传动轴(15)进 行驱动。
7. 按照权利要求1、 2或3所述的桥梁防水层粘结强度检测仪，其特 征在于所述撕裂带为帆布(5)。
8. 按照权利要求1、 2或3所述的桥梁防水层粘结强度检测仪，其特 征在于所述传动齿轮(9)和齿条(10)的数量均为两个，滚轮(6)套 装在传动轴(15)中部，两个传动齿轮(9)分别位于滚轮(6)左右两侧 且二者关于滚轮(6)左右对称。
专利摘要本实用新型公开了一种桥梁防水层粘结强度检测仪，包括驱动电机、由驱动电机带动的传动轴、套装在传动轴上的传动齿轮和滚轮、与传动齿轮相啮合的齿条、由齿条驱动向前移动的移动箱体及对作用在被检测防水层上的撕裂力进行实时检测的拉力传感器，滚轮上设置有撕裂带，撕裂带通过撕裂夹与被检测防水层相接，滚轮和传动齿轮同轴且节径相等，还包括对拉力传感器所检测信号分析处理并对驱动电机控制的数据采集及控制系统及上位机，数据采集及控制系统为MSP430单片机且其与上位机间通过USB接口进行双向通信。本实用新型机械结构合理、体积小、重量轻且自动化程度高、使用操作简便，能有效对被检测防水层进行实时监测和控制且测试精度大大提高。
文档编号G01N19/04GK201331486SQ20092003165
公开日2009年10月21日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者吕彭民, 浩 吴, 宋绪丁 申请人:长安大学