一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的制作方法

一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置
1.技术领域：
2.本实用新型涉及振动测量技术领域，尤其涉及一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置。
3.

背景技术：

4.玻璃幕墙是建筑结构的外围护结构，具有防风、防水等作用和装饰美观的效果。国内大约于20世纪90年底开始使用，随着经济发展，近年来玻璃幕墙的使用越来越广泛。同所有材料和结构一样，玻璃幕墙在长期使用过程中，其使用的结构胶、螺栓、龙骨等均存在不同程度的性能退化、松动和腐蚀等现象，影响了作用在幕墙玻璃上的粘结力和紧固力，造成幕墙玻璃松动，极端情况下幕墙玻璃可能脱落。幕墙玻璃的松动和脱落不仅影响其使用功能，如防风、防水等作用，其最大的危害是高空坠落所导致的人员伤亡和财产损失。近年来，我国发生了多起幕墙玻璃坠落事故，造成严重后果。
5.对于上述事故防患于未然的方法，一方面是改进设计方法和施工安装技术等，另一方面需要对现有玻璃幕墙定期进行大规模检测，尤其是超过设计使用年限，使用过程中长期遭受阳光照射、潮湿雨水和强风影响的玻璃幕墙。目前适用于玻璃幕墙，且简单、高效、可靠的松动和脱落风险检测方法非常少。基于振动的方法是近年来由学者提出的一种玻璃幕墙松动和脱落风险检测方法。该方法的主要原理为，幕墙玻璃的松动是由于其四周边界条件发生了改变，而边界条件的改变会影响到幕墙玻璃的自振频率。因此，通过振动法测量结构某阶振动频率的改变可判断其边界条件是否变化，从而分析出幕墙玻璃的松动程度和脱落风险。然而，目前在幕墙检测领域，缺少可用于幕墙玻璃板块现场振动检测的专用装置。
6.与实验室的幕墙玻璃振动测试相比，玻璃幕墙的现场检测具有一些特殊性，例如：1）大型建筑外墙面积通常很大，因此，一次性检测玻璃板块数量和工作量很大，对检测效率要求较高；2）绝大部分检测需要高空作业，对检测设备的轻便性和可单人携带性能要求高；3）大范围检测无法使用有线传输方式进行数据采集和传输；4）当部分玻璃板块检测数据有问题时，重复检测耗费人力物力，因此需实时判断检测数据的正确性；5）环境激励下的玻璃板块振动幅值很小，需要可重复的外部激励等等。上述问题的特殊性对玻璃幕墙检测装置提出了特别的要求。因此，亟待提出了一种适用于玻璃幕墙现场检测的装置，对于玻璃幕墙快速检测、判别脱落风险、保证玻璃幕墙结构正常使用、保障人民群众生命财产安全。
7.

技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置，以解决现有技术的不足。
9.本实用新型由如下技术方案实施：一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置，包括壳体和设置在壳体内的电路板，所述电路板包括数据分析模块和与数据分析模块电连接的数据存储模块、电源模块、无线数据传输模块、显示与操作模块、模拟电压采集模块、激励电压输出模块，所述激励电压输出模块输出端连接微型压电式激振器，所述微型压电式激振器安装于被检测的玻璃面板上，所述被检测的玻璃面板上安装加速度传感器，所
述加速度传感器输出端连接模拟电压采集模块。
10.优选的，所述壳体上设置第一数据采集口、第二数据采集口、模拟输出接口、触摸式显示屏、功能按钮、电源开关、确定按钮、取消按钮、内部电源充电接口、usb接口、micro
‑
usb接口、tf卡卡槽。
11.优选的，所述数据分析模块为单片机处理器。
12.优选的，所述无线数据传输模块为4g或者5g模块。
13.优选的，所述显示与操作模块为触摸屏。
14.优选的，所述模拟电压采集模块为ad7321芯片。
15.优选的，所述激励电压输出模块采用数模转换芯片ad5722，搭配adi高速放大芯片ada4870芯片。
16.优选的，所述加速度传感器为iepe式加速度传感器。
17.本实用新型的优点：
18.本幕墙玻璃板块检测装置连接微型激振器和加速度传感器后，具有玻璃板块振动激励和振动信号采集的功能，具备数据显示、触摸屏操作、数据存储、数据无线传输、电池供电的功能。测量数据可通过互联网发送给远程服务器，便于对数据进行深入分析。因此，本装置与激振器和加速度传感器配合使用，可方便用于现场检测，能提供玻璃板块振动数据用于判断玻璃板块的脱落风险。本发明具有功能完备、结构简单、易携带、方便操作及稳定性好等特点。
19.附图说明：
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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。
21.图1为本实用新型实施例的一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的外部结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例的一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的内部电路原理框图；
23.图3为本实用新型实施例的一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的无线数据传输模块电路图。
24.图4为本实用新型实施例的一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的模拟电压采集模块电路图。
25.图5为本实用新型实施例的一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的数据存储模块电路图。
26.图6为本实用新型实施例的一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的数模转换芯片电路图。
27.图7为本实用新型实施例的一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置的高速放大芯片电路图。
28.具体实施方式：
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.如图2所示，一种小型多功能玻璃幕墙板块振动模态测量装置，包括壳体和设置在壳体内的电路板，电路板包括数据分析模块101和与数据分析模块101电连接的数据存储模块102、电源模块103、无线数据传输模块104、显示与操作模块105、模拟电压采集模块106、激励电压输出模块107，激励电压输出模块107输出端连接微型压电式激振器108，微型压电式激振器108安装于被检测的玻璃面板110上，被检测的玻璃面板110上安装加速度传感器109，加速度传感器109输出端连接模拟电压采集模块106。
31.如图1所示，壳体上设置第一数据采集口1、第二数据采集口2、模拟输出接口3、触摸式显示屏4、功能按钮5、电源开关6、确定按钮7、取消按钮8、内部电源充电接口9、usb接口10、micro
‑
usb接口11、tf卡卡槽12。
32.其中，数据分析模块101为单片机处理器。本实施例中，采用mcu核心板，它是以stm32f407zgt6为核心芯片的开发板，体积小，集成度高，接口灵活，方便进行二次开发。它实现对整个系统的控制，包括实现模拟电压的输出及采集，数据的分析及处理。
33.其中，无线数据传输模块104为4g或者5g模块，本实施例中采用ec20芯片，如图3所示；显示与操作模块105为触摸屏；模拟电压采集模块106为ad7321芯片，如图4所示；激励电压输出模块107采用数模转换芯片ad5722，搭配adi高速放大芯片ada4870芯片，如图6、7所示；加速度传感器109为iepe式加速度传感器。
34.在装置使用前，将激励波形即模拟电压信号以数据文件的形式存储于图1中tf卡卡槽12所放置的tf卡中，主控模块stm32f407zgt6通过sdio+dma的传输方式将tf卡中的数据读取到内部缓存，对内存中数据进行解析。
35.激励电压输出模块采用数模转换芯片ad5722搭配adi高速放大芯片ada4870芯片，用于输出tf卡读入的模拟电压信号。主控芯片stm32f407vgt6通过spi将解析好的波形数据发送给da转换模块ad9850，后经ada4870芯片进行信号驱动能力放大。将微型压电式激振器的接线端连接至图1中模拟输出接口3，并将微型压电式激振器108临时固定于玻璃面板上。按下功能按钮5，实现上述激励过程，对玻璃面板施加激励使其振动。
36.模拟电压采集模块采用ad7321芯片，用于采集iepe式加速度传感器信号，并将其存储于图1中tf卡卡槽12所放置的tf卡中。在上述激励模块工作的同时，即按下功能按钮5，微型压电式激振器108对玻璃面板施加激励使其振动，iepe传感器获得的玻璃面板振动信号是微弱的uv级信号，经放大器放大后进入ad7321采集，控制器通过硬件spi接口获得数据存入缓存区，对数据进行格式转换通过sdio接口存入tf卡。
37.数据分析模块采用stm32f407zgt6芯片，用于对上述加速度实时数据进行傅立叶变换并得到其频谱曲线，通过该频谱曲线可初步判断所采集信号的质量及其是否正确。数据分析模块在数据采集之后接收到信号，即对该信号进行傅立叶变换，结果显示于液晶屏。
38.检测人员初步判断信号是否正确，如正确，按“确定”键，发送至无线传输模块；如不正确，按“取消”键，然后检查传感器与激励器，重复上述过程。按确认键后，先将采集数据存储到tf卡，之后再通过4g或者5g模块将tf卡中的信息上传至服务器；按取消键后删除本次采集数据，进入实时采集，等待再次产生激励信号采集数据。
39.本实施例中，无线数据传输模块采用ec20芯片，如图3所示，将采集到的玻璃板块振动数据通过移动网络传输至远程服务器。将采集的时域数据和傅立叶变化后的频域数据、频率值转换为json数据格式，通过无线数据传输至平台，接收后再发送“成功”或“失败”至设备。同时，设定每隔2分钟，通过无线数据传输模块发送“搜寻”指令，查看是否有错误板块信息。
40.显示与操作模块采用触摸屏，用于进行检测时的必要操作，如登陆远程系统，查看数据，放大曲线等。用户在触摸屏上输入信号为灵敏信号，触摸屏根据识别结果和设定模式对触摸信号进行处理，将信息传输至主控模块，进行指令发送和信息采集。
41.供电模块采用电池供电，并通过micro
‑
usb接口充电。
42.本实用新型的原理是：
43.如图2所示，通过在装置使用前，将激励波形即模拟电压信号存储于数据存储模块102（本实施例采用tf卡，如图5所示），数据分析模块stm32f407zgt6通过sdio+dma的传输方式将tf卡中的数据读取到内部缓存，对内存中数据进行解析。激励电压输出模块107输出tf卡读入的模拟电压信号，具体为主控芯片stm32f407vgt6通过spi将解析好的波形数据发送给da转换模块ad9850，后经ada4870芯片进行信号驱动能力放大，然后放大后的激励电压信号输出到微型压电式激振器108，微型压电式激振器108临时固定于玻璃面板上，对玻璃面板施加激励使其振动。iepe式加速度传感器采集玻璃面板上的振动加速度信号，然后输出到模拟电压采集模块，最后又通过数据分析模块对加速度实时数据进行傅立叶变换并得到其频谱曲线，因为振动加速度信号就反映了玻璃面板是否稳固，因此通过该频谱曲线可初步判断所采集信号的质量及其是否正确。
44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。