本發(fā)明屬于混凝土無損檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電磁驅(qū)動(dòng)的無損回彈儀及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

在土木工程檢測(cè)中，已有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的無損檢測(cè)是一項(xiàng)非常重要的檢測(cè)項(xiàng)目，而回彈儀則是混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)中最重要的儀器設(shè)備?；貜梼x具有操作簡(jiǎn)單，攜帶方便的特點(diǎn)，非常適合于建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)。盡管長期以來國內(nèi)外先后研制了一系列用于混凝土強(qiáng)度非破損檢測(cè)的儀器，但回彈儀仍始終保持著它在混凝土抗壓強(qiáng)度非破損檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的主導(dǎo)地位。

目前的回彈儀是利用金屬彈簧作為動(dòng)力和回彈測(cè)量機(jī)構(gòu)的。這種設(shè)計(jì)使得彈簧的重復(fù)利用率、回彈精度等決定了回彈儀的使用壽命和精度。但金屬彈簧在長期重復(fù)使用下會(huì)有所松弛，彈性系數(shù)降低，因此重復(fù)利用率較低，后期精度不準(zhǔn)，同時(shí)還有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大、不方便維修等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電磁驅(qū)動(dòng)的無損回彈儀及測(cè)量方法，能解決目前回彈儀的壽命短、重復(fù)利用率低、容易松弛等缺陷。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種電磁驅(qū)動(dòng)的無損回彈儀，包括設(shè)有空腔的回彈儀殼體、手柄和槍筒，空腔內(nèi)設(shè)有定塊和動(dòng)塊，動(dòng)塊內(nèi)嵌有彈擊錘，動(dòng)塊的前端邊沿與扳機(jī)相貼合；定塊上纏繞有與電源相連通的線圈；

彈擊桿在槍筒開設(shè)的出擊通道內(nèi)運(yùn)行，彈擊桿上套設(shè)有彈擊桿縮放彈簧，彈擊桿還與深入空腔的推桿相連接；

槍體上還設(shè)有刻度尺，刻度尺上設(shè)有指針片和指針塊，在其末端還設(shè)有指針回位桿。

所述的動(dòng)塊通過滑軌與導(dǎo)柱相連接，在受電磁力或回壓彈力驅(qū)動(dòng)后，可沿導(dǎo)柱前后移動(dòng)；定塊還與導(dǎo)柱固定連接。

所述的定塊是電磁鐵，電源設(shè)置在空腔外側(cè)，其與線圈之間還設(shè)有電壓表；

動(dòng)塊是銜鐵，定塊與動(dòng)塊之間留有初始間隙δ₀；

定塊通過線圈中的靜態(tài)平衡電流，產(chǎn)生靜態(tài)電磁斥力作為電磁彈簧力推動(dòng)動(dòng)塊。

所述的推桿前端設(shè)有定位卡扣，槍筒上設(shè)有與其相匹配的定位卡槽；推桿上套設(shè)有推桿縮放彈簧。

所述指針片豎直方向投影的長度大于彈擊錘與回彈儀殼體間的距離。

一種所述電磁驅(qū)動(dòng)的無損回彈儀的測(cè)量方法，包括以下操作：

測(cè)量前，彈擊桿垂直接觸被測(cè)平面，將無損回彈儀壓向被測(cè)平面，使彈擊桿縮放彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈擊桿部分縮進(jìn)回彈儀，在縮放彈簧帶動(dòng)推桿向里橫向移動(dòng)，推動(dòng)彈擊錘移動(dòng)至指定的擊發(fā)位置同時(shí)被扳機(jī)定位，此時(shí)動(dòng)塊和定塊之間間隙為設(shè)定值δ₀；線圈與直流電源接通，定塊上的線圈由電磁感應(yīng)產(chǎn)生對(duì)于動(dòng)塊的設(shè)定靜態(tài)電磁斥力，同時(shí)通過電壓表觀測(cè)實(shí)時(shí)電壓；

測(cè)量時(shí)，扣動(dòng)扳機(jī)，彈擊錘在電磁斥力作用下推著推桿移動(dòng)，在移動(dòng)過程中彈擊錘會(huì)與指針片相接觸，彈擊錘帶動(dòng)指針片使得指針塊回到零位，此時(shí)指針塊被限位而停止運(yùn)動(dòng)，之后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的彈擊錘越過回彈儀指針片繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈擊錘接觸到彈擊桿后，彈擊錘在力的作用下反彈，在彈擊錘連著的動(dòng)塊克服定塊上電磁線圈產(chǎn)生的電磁斥力反向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)指針片(7)會(huì)卡在其后側(cè)的軸肩與其一起運(yùn)動(dòng)；

在彈擊錘接觸彈擊桿時(shí)位于推桿末端的定位卡扣剛好運(yùn)動(dòng)到定位卡槽里，將推桿固定??；通過讀取指針塊在刻度尺上的讀數(shù)來獲取該被測(cè)平面的回彈值。

完成一次測(cè)量后，使彈擊桿離開被測(cè)平面，處于壓縮狀態(tài)的彈擊桿縮放彈簧自動(dòng)回到平衡位置，同時(shí)帶動(dòng)彈擊桿向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)到設(shè)定位置時(shí)定位卡扣凸出部分會(huì)受到回彈儀殼體的擠壓，使其脫離定位卡槽，推桿在彈擊桿縮放彈簧的推力下又伸出彈擊桿；

完成一次測(cè)量的彈擊錘停留在指針片的左側(cè)，進(jìn)行下一次測(cè)量時(shí)，在推桿帶動(dòng)彈擊錘向右運(yùn)動(dòng)過程中指針片會(huì)隨彈擊錘向右運(yùn)動(dòng)，在該過程中，與彈擊錘聯(lián)動(dòng)的動(dòng)塊與定塊的間距減小，電磁斥力增加；

當(dāng)指針片接觸到指針回位桿后在回位桿推力的作用下，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的彈擊錘和動(dòng)塊會(huì)運(yùn)動(dòng)到指針片的右側(cè)，當(dāng)彈擊錘再一次被扳機(jī)定位后，為下一次測(cè)量做好準(zhǔn)備。

通過動(dòng)塊的動(dòng)力學(xué)控制來控制電磁彈簧剛度；

動(dòng)塊的動(dòng)力學(xué)方程式為：

式中，m₁為沖擊錘和動(dòng)塊的總質(zhì)量；

并通過電壓控制補(bǔ)償?shù)玫较率剑?/p>

m₁gcosθ-f(i,δ)＝-k^*Δδ (7)

式中，k^*為電磁彈簧剛度，k^*＝k_i(k_I-k₀) (8)

其中：

式(7)代入到式(4)，可得動(dòng)塊11動(dòng)力學(xué)方程式第二種表達(dá)形式：

式中，k和x₁分別表示電磁彈簧的實(shí)際剛度和動(dòng)塊的絕對(duì)位移；使用時(shí)根據(jù)控制要求以及氣隙增量Δδ，保持電流恒定，以控制電磁彈簧剛度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明將利用電磁彈簧的原理，通過直流電磁鐵對(duì)撞擊錘的銜鐵產(chǎn)生排斥力，推動(dòng)撞擊錘快速?zèng)_擊。當(dāng)撞擊桿回彈時(shí)，該電磁斥力作為回彈值檢測(cè)力，通過標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)所確定出撞擊錘回彈高度、電磁彈簧的剛度與混凝土材料的硬度和強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度檢測(cè)。

本發(fā)明以電磁斥力代替?zhèn)鹘y(tǒng)回彈儀的彈簧壓力，作為彈擊錘的沖擊動(dòng)力源；以電磁斥力代替?zhèn)鹘y(tǒng)回彈儀的拉簧拉力，作為回彈值檢測(cè)機(jī)構(gòu)；相對(duì)于傳統(tǒng)的彈簧式回彈儀具有使用壽命長、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明利用電流磁場(chǎng)所產(chǎn)生的作用力驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)體的一種先進(jìn)技術(shù),它具有無污染、無噪聲、無煙和有效空間小等特點(diǎn)。電磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是電磁運(yùn)動(dòng)定律，電磁能以光速傳播，只要有足夠的動(dòng)力提供所需的電流，產(chǎn)生足夠大的電磁力斥力作為驅(qū)動(dòng)力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是回彈儀的電磁式動(dòng)力機(jī)構(gòu)的示意圖；

其中，1為彈擊桿；2為彈擊桿縮放彈簧；3為定位卡槽；4為定位卡扣；5為推桿；6為刻度尺；7為指針片；8為指針塊；9為指針回位桿；10為彈擊錘；11為動(dòng)塊；12為線圈；13為定塊；14為電源；15為電壓表；16為滑軌；17為導(dǎo)柱；18為扳機(jī)；19為回彈儀殼體；20為推桿縮放彈簧；21為手柄。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

一種電磁驅(qū)動(dòng)的無損回彈儀，包括設(shè)有空腔的回彈儀殼體19、手柄21和槍筒，空腔內(nèi)設(shè)有定塊13和動(dòng)塊11，動(dòng)塊11內(nèi)嵌有彈擊錘10，動(dòng)塊11的前端邊沿與扳機(jī)18相貼合；定塊13上纏繞有與電源14相連通的線圈12；

彈擊桿1在槍筒開設(shè)的出擊通道內(nèi)運(yùn)行，彈擊桿1上套設(shè)有彈擊桿縮放彈簧2，彈擊桿1還與深入空腔的推桿5相連接；

槍體上還設(shè)有刻度尺6，刻度尺6上設(shè)有指針片7和指針塊8，在其末端還設(shè)有指針回位桿9。

測(cè)量前，將彈擊桿1垂直接觸被測(cè)平面，操作人員將回彈儀壓向被測(cè)平面，使彈擊桿縮放彈簧2處于壓縮狀態(tài)，彈擊桿1在力的作用下會(huì)部分縮進(jìn)回彈儀，在縮放彈簧2的作用下帶動(dòng)推桿5向右橫向移動(dòng)，推動(dòng)彈擊錘10移動(dòng)至指定的擊發(fā)位置同時(shí)被扳機(jī)18定位，此時(shí)動(dòng)塊11和定塊13之間間隙為設(shè)定值δ₀。接通直流電源16產(chǎn)生設(shè)定靜態(tài)平衡電流，通過定塊13上的線圈12由電磁感應(yīng)產(chǎn)生對(duì)于動(dòng)塊11的設(shè)定靜態(tài)電磁斥力。此通過電壓表15觀測(cè)實(shí)時(shí)電壓，以掌握電磁斥力達(dá)到預(yù)定值。

測(cè)量時(shí)，扣動(dòng)扳機(jī)18，使彈擊錘10在電磁斥力作用下沿導(dǎo)柱17上的滑軌16推著推桿5沿著回彈儀筒體移動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)至某一位置時(shí)，彈擊錘10會(huì)與指針片7相接觸設(shè)計(jì)時(shí)使得指針片豎直方向投影的長度大于彈擊錘與回彈儀殼體間的距離，并且彈擊錘10帶動(dòng)指針片7使得指針塊8回到零位，此時(shí)指針塊8被限位而停止運(yùn)動(dòng)，之后指針片7與殼體19的角度在彈擊錘推力作用下會(huì)自動(dòng)調(diào)整受壓變小，所以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的彈擊錘10會(huì)越過回彈儀指針片7使得指針片在彈擊錘大端右側(cè)，并且其與殼體的角度會(huì)自動(dòng)變大繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈擊錘10接觸到彈擊桿1后，彈擊錘10在力的作用下會(huì)反彈，在彈擊錘10連著的動(dòng)塊11克服定塊13上電磁線圈12產(chǎn)生的電磁斥力反向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)指針片7會(huì)卡在其右側(cè)的軸肩與其一起運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，在彈擊錘10接觸彈擊桿1時(shí)位于推桿5末端的定位卡扣4剛好運(yùn)動(dòng)到定位卡槽里，將推桿5固定住，這樣推桿就不會(huì)與彈擊錘一起向右運(yùn)動(dòng)，能防止它給彈擊錘一個(gè)向右推力，進(jìn)而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。這樣一來，通過讀取指針塊8在刻度尺6上的讀數(shù)來獲取該被測(cè)平面的回彈值。

完成一次測(cè)量后使彈擊桿1離開被測(cè)平面，處于壓縮狀態(tài)的彈擊桿縮放彈簧2自動(dòng)回到平衡位置，同時(shí)帶動(dòng)彈擊桿1向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)到設(shè)定位置時(shí)定位卡扣4凸出部分會(huì)受到回彈儀殼體19的擠壓，使其脫離定位卡槽3，推桿5在縮放彈簧2的推力下又伸出彈擊桿1。完成一次測(cè)量的彈擊錘10停留在指針片7的左側(cè)，進(jìn)行下一次測(cè)量時(shí)，在推桿5帶動(dòng)彈擊錘10向右運(yùn)動(dòng)過程中指針片7會(huì)隨彈擊錘10向右運(yùn)動(dòng)，在該過程中，與彈擊錘10聯(lián)動(dòng)的動(dòng)塊11與定塊13的間距減小，電磁斥力增加。當(dāng)指針片7接觸到指針回位桿9后在回位桿推力的作用下，其與回彈儀殼體19的夾角會(huì)減小，因此繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的彈擊錘10和動(dòng)塊11會(huì)運(yùn)動(dòng)到指針片7的右側(cè)，當(dāng)彈擊錘10再一次被扳機(jī)18定位后，為下一次測(cè)量做好準(zhǔn)備。

圖2是回彈儀的電磁式動(dòng)力機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型，主要由下面幾個(gè)部分組成，分別是10彈擊錘；11動(dòng)塊；12線圈；13定塊；14電源；15電壓表；16滑軌；17導(dǎo)柱。

這里動(dòng)塊11是銜鐵，定塊13是電磁鐵，通過直流電源14在線圈12中的靜態(tài)平衡電流，產(chǎn)生靜態(tài)電磁斥力來做為電磁彈簧力，把彈擊錘10及連接動(dòng)塊11一起推動(dòng)，沿導(dǎo)柱17上的滑軌16運(yùn)動(dòng)。

電磁式回彈儀的電磁斥力是該回彈儀的擊發(fā)力動(dòng)力源，又是回彈時(shí)的斥力源，由電磁學(xué)知識(shí)得電磁鐵的電磁斥力為:

式中，空氣磁導(dǎo)率μ0＝0.4π×10^-6，H/m；S為電磁鐵兩個(gè)磁極的總面積，m²；δ₀為靜平衡時(shí)的氣隙，m；N為勵(lì)磁線圈的匝數(shù)；IN為勵(lì)磁線圈的磁勢(shì)，安匝。當(dāng)動(dòng)塊11沿導(dǎo)柱17滑動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生Δδ，這樣動(dòng)態(tài)時(shí)電磁鐵的電磁斥力f只是電流i和δ的二元函數(shù),可以表示為：

式中，i和δ為動(dòng)態(tài)時(shí)線圈中的瞬時(shí)電流和動(dòng)塊、靜塊間的瞬時(shí)氣隙，可分別表示為:

i＝I₀+Δi (3a)

δ＝δ₀+Δδ (3b)

式中，Δi、Δδ分別表示動(dòng)態(tài)時(shí)線圈中的電流增量和氣隙增量；I₀為初始電流,δ₀為初始?xì)庀?動(dòng)態(tài)時(shí)，動(dòng)塊11的動(dòng)力學(xué)方程式為：

式中，m₁為沖擊錘和動(dòng)塊的總質(zhì)量。m₁gcosθ表示沖擊錘的使用角度造成的重量補(bǔ)償。由公式(2)知，電磁力f是勵(lì)磁電流i和氣隙δ的非線性函數(shù)，當(dāng)電流增量Δi和氣隙增量Δδ滿足下面關(guān)系式時(shí)：

|Δi|＜＜I₀ (5a)

|Δδ|＜＜δ₀ (5b)

可以應(yīng)用線性理論進(jìn)行分析，式(3)代入式(4)后，把式(3)在靜態(tài)平衡點(diǎn)(I₀,δ₀)展為泰勒級(jí)數(shù)如下：

f(i,δ)＝m₁gcosθ+k_iΔi-k_δΔδ (6)

式中：f(i₀,δ₀)＝m₁gcosθ，因線性化引起的誤差,將由電壓控制系統(tǒng)得到補(bǔ)償。式(6)變形便可以得到下面公式：

m₁gcosθ-f(i,δ)＝-k^*Δδ (7)

式中，k^*為電磁彈簧剛度，可以表示為：

k^*＝k_i(k_I-k₀) (8)

其中：

式(7)代入到公式(4)，可得動(dòng)塊11動(dòng)力學(xué)方程式的另外一種表達(dá)形式：

式中，k和x₁分別表示電磁彈簧的實(shí)際剛度和動(dòng)塊的絕對(duì)位移。使用時(shí)根據(jù)控制要求以及氣隙增量Δδ，保持電流恒定，便可達(dá)到控制電磁彈簧剛度的目的，從而計(jì)算出測(cè)量的相應(yīng)回彈高度的力，回彈值與混凝土材料的強(qiáng)度通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定可以一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度的無損檢測(cè)目的。

以上給出的實(shí)施例是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征所做出的任何非本質(zhì)的添加、替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。