钢筋套筒连接扭矩与位移双控智能监测振动提醒装置及其使用方法

本发明涉及建筑施工中的智能监测设备，特别涉及钢筋套筒连接扭矩与位移双控智能监测振动提醒装置及其使用方法。

背景技术：

1、在建筑工程领域，钢筋之间的连接是确保结构强度和稳定性的关键环节。其中，钢筋套筒连接作为一种广泛应用的机械连接方法，凭借其连接强度高、施工便捷等优势，在桥梁、高层建筑、大型基础设施等工程中扮演着至关重要的角色。然而，现有的钢筋套筒连接技术在实施过程中仍面临一系列挑战，特别是在连接质量的控制和监测方面。

2、传统的钢筋套筒连接大多依赖于人工经验和简单的扭矩检测手段。操作人员通常使用扳手对钢筋与套筒进行旋紧操作，并凭借个人经验判断连接是否达到技术标准。这种方法不仅效率低下，而且存在较大的主观性和误差，难以确保每个连接都达到设计要求的扭矩值和钢筋插入深度。按照《钢筋机械连接技术规程》(jgj107-2016)的严格规定，钢筋直螺纹接头在安装完成后，丝头应在套筒中央位置相互顶紧，单侧外露螺纹不宜超过2p完整丝（p为螺距），这一标准进一步强调了连接精度的重要性。然而，在实际施工过程中，操作人员需要不断弯腰低头检查钢筋与套筒的连接状态，不仅耗时耗力，而且难以保证判断的准确性和一致性。

3、此外，传统扭力扳手仅具备扭矩测量功能，无法同时监测钢筋插入套筒的深度。由于钢筋插入深度的不足或过度都可能影响连接的稳定性和可靠性，因此仅凭扭矩值来判断连接是否完成是片面的，可能导致连接质量无法得到全面保障。这一现状不仅增加了施工过程中的安全隐患，还可能对建筑物的整体结构强度产生不利影响。

4、鉴于上述问题，业内迫切需要一种能够同时监测扭矩值和钢筋插入位移的智能监测装置，以实现对钢筋套筒连接状态的全面、准确判断。通过智能化的监测手段，可以减少人工操作的误差和不确定性，提高连接的精度和可靠性，从而保障施工质量和安全。本发明正是在此背景下应运而生，旨在通过集成扭矩传感器、位移传感器以及先进的pid控制系统，实现钢筋套筒连接扭矩与位移的双控智能监测及振动提醒，以推动建筑工程领域的技术进步和创新发展。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供钢筋套筒连接扭矩与位移双控智能监测振动提醒装置及其使用方法，解决现有建筑施工中钢筋套筒连接领域存在的连接依赖人工经验，难以确保连接质量的问题，特别是在确保钢筋与套筒连接质量方面的不足。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：钢筋套筒连接扭矩与位移双控智能监测振动提醒装置，包括扳手组件上集成有传感器组件，传感器组件包括扭矩传感器和位移传感器，扭矩传感器用于实时监测钢筋与套筒连接时的扭矩值，并将扭矩数据传输至控制系统；位移传感器用于实时监测钢筋插入套筒的深度，并将位移数据传输至控制系统；控制组件接收扭矩传感器和位移传感器的数据输入，通过前馈控制和反馈控制机制，综合分析扭矩值和位移数据，判断钢筋与套筒的连接状态；控制组件判断连接状态符合预设要求，振动提醒组件发出声光振动提示。

3、优选的方案中，所述扳手组件包括扳手本体，扳手本体前端活动安装有活动扳手头，后端设置有卡扣。

4、优选的方案中，所述扭矩传感器和位移传感器均安装在活动扳手头上，扭矩传感器基于应变片技术高精度地测量扭矩值，位移传感器通过测量钢筋和套筒的相对位移来判断钢筋的插入深度。

5、优选的方案中，所述控制组件为pid（proportion integrationdifferentiation，比例-积分-微分控制器）控制器，pid控制器安装在扳手组件后端的卡扣下方，振动提醒组件安装在扳手组件后端卡扣的后端，由塑料套筒整体包覆住，pid控制器采用数据传输线分别与扭矩传感器和位移传感器连通，数据传输线穿设在扳手组件扳手本体内。

6、优选的方案中，所述振动提醒组件包括外壳，外壳上嵌装有显示屏和开关，外壳内安装有震动马达和led（light emitting diode，发光二极管）显示灯，且通过螺栓与外壳固定在在一起，显示屏、开关均分别与震动马达和led显示灯连通。

7、优选的方案中，所述振动提醒组件还包括控制主板，控制主板作为振动提醒组件的核心部件，与pid控制器、震动马达和led显示灯连通，负责处理pid控制器的输出信号，并根据所述输出信号控制震动马达的启动和停止，以及控制led显示灯的报警状态。

8、优选的方案中，所述pid控制器通过接收和处理外部信号，判断连接是否完成，并在判断为连接完成时，向控制主板发送控制信号，以启动震动马达发出振动提示，并同时控制led显示灯发出报警信号；pid控制器结合前馈控制和反馈控制，前馈控制根据输入的目标扭矩和位移值预测可能出现的偏差并进行调整，反馈控制实时检测实际扭矩和位移与目标值的差距并进行误差修正。

9、优选的方案中，所述pid控制器的控制策略包括设置比例增益、积分增益和微分增益，以优化控制性能，pid控制器的输出信号由设定值与实际值的误差、比例增益、积分增益和微分增益共同决定，通过算法分析确保连接的精度和可靠性。

10、优选的方案中，所述pid控制器还设置有输入模块，用于输入连接规格参数，包括但不限于目标丝扣长度即钢筋插入套筒的丝扣长度、钢筋直径、套筒型号、材质和连接强度要求，系统根据输入的规格参数自动匹配并配置pid控制器的控制策略。

11、钢筋套筒连接扭矩与位移双控智能监测振动提醒装置的使用方法，是采用上述任意一项所述的钢筋套筒连接扭矩与位移双控智能监测振动提醒装置，所述方法包括以下步骤：

12、step1：进行装置自检，检查所有部件，包括显示屏、震动马达、螺栓、led显示灯、开关、数据传输线等，确保装置无故障运行，自检结果将显示在显示屏上，便于用户查看和处理；

13、step2：自检完成后，打开开关并通过位于振动提醒组件外壳上的显示屏输入具体的连接规格参数，包括目标丝扣长度、钢筋直径、套筒型号、材质和连接强度要求；

14、step3：输入完成后，采用控制主板自动校验输入的参数是否合理，并将这些参数存储用于后续pid控制器的配置和控制策略的制定；此时，用户通过pid控制器按钮在控制主板上预设不同的挡位来适配不同直径范围和螺距的钢筋丝扣；

15、step4：系统根据输入的规格参数和pid控制器按钮设定的挡位，自动选择并配置，其中，pid控制器的三个关键参数，包括比例增益、积分增益、微分增益，通过预设的算法或用户自定义进行调整，以优化控制性能，其输出信号由以下公式确定：

16、（1）

17、式中，为设定值与实际值的误差，为比例增益，为积分增益，为微分增益，为时间；

18、step5：传感器模块实时采集数据丝扣长度和扭矩值并进行预处理；

19、step6：基于预处理后的数据，系统评估当前连接状态；

20、step7：连接状态评估与调整阶段，系统根据预处理后的数据评估当前连接状态，系统计算丝扣长度偏差，并根据pid控制算法计算出调整量，根据偏差、、、以及历史数据经验，通过pid公式计算出控制量，即扭矩的调整量，pid控制算法的基本公式为：

21、（2）

22、计算实际丝扣长度与目标丝扣长度的偏差以及扭矩是否达标，评估结果将显示在显示屏上，系统计算丝扣长度偏差，并根据pid控制算法计算出调整量，将计算得到的控制量转换为具体的控制指令发送给执行机构活动扳手头；

23、step8：动态自适应调整与阈值监测阶段，在连接过程中，系统持续进行偏差检测、pid算法计算和控制指令输出，形成闭环控制，系统自动调整pid参数以适应不同的连接条件，确保连接过程始终处于最佳状态，同时，系统设定关键参数的阈值，如丝扣长度偏差阈值、扭矩阈值等，实时监测这些参数，一旦超出阈值，系统立即执行异常处理措施；

24、step9：实时数据监控阶段，传感器模块，包括位移传感器和扭矩传感器，实时采集丝扣长度和扭矩值，并将数据传输至pid控制器，数据将实时显示在显示屏上，用户可以进行查看，装置自动进行异常检测，如数据波动过大或超出正常范围时，会发出振动并提醒用户进行处理；

25、step10：完成连接与振动提醒阶段，当扭矩值和位移值均达到预设要求时，pid控制器向震动马达和led显示灯发送信号，使得震动马达振动发声，led显示灯发光提示报警，提醒工人操作完成，若连接未达到标准，pid控制器将继续等待进一步操作，并不会触发振动提醒。

26、本发明提供的钢筋套筒连接扭矩与位移双控智能监测振动提醒装置及其使用方法，有如下有益效果：

27、1、本发明解决了现有建筑施工中钢筋套筒连接领域存在的连接依赖人工经验，难以确保连接质量的问题，特别是在确保钢筋与套筒连接质量方面的不足；

28、2、本发明通过集成智能扭矩和位移监测技术，实现了对钢筋套筒连接过程中扭矩和位移变化的实时、准确监测，大幅减少了人工判断可能引入的误差，显著提升了连接精度和可靠性，有效保障了连接质量；

29、3、本发明内置的pid控制器能够迅速响应监测数据，对连接过程中的偏差进行实时修正，确保连接始终符合既定的技术标准，这一特性不仅提高了工作效率，还进一步增强了连接的安全性和稳定性；

30、4、本发明通过pid控制器对扭矩和位移数据进行处理，自动判断连接状态，并通过振动提醒组件及时提醒操作人员，解决了传统方法操作人员需要不断弯腰低头判断是否达到连接标准，耗时又耗力的难题，提高了施工效率和质量；

31、5、本发明的pid控制器能够根据不同工况和钢筋套筒类型自动调整控制策略，具有较强的适应性和灵活性；

32、6、本发明同时监测扭矩和位移，形成了双重安全保障机制，有效避免了钢筋未完全插入到位或扭矩施加不足等潜在问题，极大地降低了连接失效或连接不完全的风险，为工程安全提供了坚实保障；

33、7、本发明引入振动提醒组件，使施工人员能够直观感知连接状态，减少了不必要的重复操作，显著提升了施工效率，并降低了人力成本；

34、8、本发明采用自适应控制策略，能够对外界扰动进行智能调整，降低了对模型精度的依赖，增强了系统的适应性和稳定性，这种灵活性确保了装置在不同工况和钢筋套筒类型下都能保持稳定的控制品质，进一步提升了套筒连接过程的可靠性和稳定性；

35、9、本发明相对传统方法仅依赖扭矩值判断连接状态，无法确保每个连接达到设计标准，存在安全隐患，而该装置同时监测扭矩和位移，提高了连接的准确性、可靠性及其安全性；

36、10、本发明具有广泛的适用性和灵活性，能够根据不同工况和钢筋套筒类型自动调整控制策略，满足了各种建筑工程中不同场景下的连接需求，展现了极强的自适应能力。