基于声波特性的墙体检测电钻及检测方法

摘要

本发明提供了一种基于声波特性的墙体检测电钻及检测方法，包括：壳体，内置动力模块，外置显示器，且动力模块与显示器均与内置于壳体上的控制模块电连接，其中，声波仪设置于壳体上，当电钻在钻孔时产生声波信号时，通过声波仪接收该声波信号，并将该声波信号传输至控制模块，由控制模块对其进行算法识别，从而得出被测墙体的内部结构以及强度参数，并在显示器上实时展示。本发明提供的一种基于声波特性的墙体检测电钻，实时推断出被测墙体的内部结构与强度参数，并在显示器上实时展示，具有较高的可靠性，使得施工人员能够根据实际情况及时作出相对应的调整施工方案，提高施工质量与安全性，另外，通过声波进行实时检测，对墙体的损伤较小。

权利要求

1.一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，包括：步骤一：声波信号采集；

步骤二：声波信号的处理；

步骤三，模式识别；

步骤四：材料判别；其中，

步骤三中的模式识别依据有限元分析理论，将岩石化为若干个质点，其中，某单个质点对于连续脉冲作用的总响应方程为：其中，ξ是阻尼因子，ωn是不考虑阻尼系统的固有振动频率，ωd是考虑阻尼系统的固有振动频率，f(t)是表示激励力，h(t-τ)是单脉冲激起的响应，x0是初位移，x'0是初速度，t是时间，dτ是单位时间；

根据各质点的总响应方程，可得到被测墙体的频谱图样；

其中，墙体检测电钻包括：壳体，内置动力模块，外置显示器，且动力模块与显示器均与内置于壳体上的控制模块电连接，其中，声波仪设置于壳体上，将电钻在钻孔时产生的声波信号，通过声波仪接收该声波信号，并将该声波信号传输至控制模块，由控制模块对其进行算法识别，从而得出被测墙体的内部结构以及强度参数，并在显示器上实时展示。

2.根据权利要求1所述的一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，声波仪安装于靠近电钻钻孔的一端。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，动力模块包括电机组件，安装于壳体上，其中，电机组件的一端上设置有输出轴；钻孔组件，一端安装于壳体上，并通过传动组件与输出轴相连，钻孔组件的另一端设置有钻头。

4.根据权利要求3所述的一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，电机组件的输出轴的轴线方向与钻孔组件的钻头进给方向相互平行。

5.根据权利要求3所述的一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，传动组件为齿状传动。

6.根据权利要求3所述的一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，传动组件包括设置于输出轴上的小齿轮和设置于钻孔组件上的大齿轮。

7.根据权利要求3所述的一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，钻孔组件包括钻杆，且钻头连接于钻杆的端部，其中，大齿轮安装于钻杆上。

8.根据权利要求7所述的一种基于声波特性的墙体检测电钻的检测方法，其特征在于，声波仪的声波接收方向与钻杆的进给方向相互平行。

说明书

基于声波特性的墙体检测电钻及检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于机械技术领域，涉及一种电钻，特别是一种基于声波特性的墙体检测电钻及检测方法。

背景技术

[0002] 房屋内饰、改造前，必须了解墙体内部结构状况，包括墙体构造、建筑材料、是否有空洞等信息。无论是新造房屋还是老旧房屋，往往不同程度存在图纸与实际结构不符、图纸资料不全、不够细致等问题。

[0003] 现有的墙体检测方法主要有钻孔取芯法。但是，这种方法需要使用专用装置，而且钻孔取芯法对墙体的损伤较大，另外，工程上对墙体结构的判断一般借助于施工者的经验，误差较大。

[0004] 综上所述，需要设计一种能够精确测量墙体强度，且不会损坏墙体结构的电钻。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能够精确测量墙体强度，且尽可能减少墙体损坏的电钻。

[0006] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于声波特性的墙体检测电钻，包括：壳体，内置动力模块，外置显示器，且动力模块与显示器均与内置于壳体上的控制模块电连接，其中，声波仪设置于壳体上，当电钻在钻孔时产生的声波信号时，通过声波仪接收该声波信号，并将该声波信号传输至控制模块，由控制模块对其进行算法识别，从而得出被测墙体的内部结构以及强度参数，并在显示器上实时展示。

[0007] 在上述的一种基于声波特性的墙体检测电钻中，声波仪安装于靠近电钻钻孔的一端。

[0008] 在上述的一种基于声波特性的墙体检测电钻中，动力模块包括电机组件，安装于壳体上，其中，电机组件的一端上设置有输出轴；钻孔组件，一端安装于壳体上，并通过传动组件与输出轴相连，钻孔组件的另一端设置有钻头。

[0009] 在上述的一种基于声波特性的墙体检测电钻中，电机组件的输出轴的轴线方向与钻孔组件的钻头进给方向相互平行。

[0010] 在上述的一种基于声波特性的墙体检测电钻中，传动组件为齿轮传动。

[0011] 在上述的一种基于声波特性的墙体检测电钻中，传动组件包括设置于输出轴上的小齿轮和设置于钻孔组件上的大齿轮。

[0012] 在上述的一种基于声波特性的墙体检测电钻中，钻孔组件包括钻杆，且钻头连接于钻杆的端部，其中，大齿轮安装于钻杆上。

[0013] 本发明还提供一种检测方法，其包括：

[0014] 步骤一：声波信号采集；

[0015] 步骤二：声波信号的处理；

[0016] 步骤三，模式识别；

[0017] 步骤四：材料判别。

[0018] 在上述的一种检测方法中，模式识别依据有限元分析理论，将岩石分割为若干个质点，其中，某单个质点对于连续脉冲的总响应方程为：

[0019]

[0020] 其中，ξ是阻尼因子，ωn是不考虑阻尼系统的固有振动频率，ωd是考虑阻尼系统的固有振动频率，f(t)是表示激励力，h(t-τ)是单脉冲激起的响应，x0是初位移，x'0是初速度，t是时间，dτ是单位时间；

[0021] 通过每个质点的总响应方程，得到被测墙体的频谱图样。

[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果：

[0023] (1)本发明提供的一种基于声波特性的墙体检测电钻，通过电钻上的声波仪实时监测电钻钻孔时产生的声波信息，并将该声波信息传输至控制模块，由控制模块对其进行一定的算法识别，实时推断出被测墙体的内部结构与强度参数，并在显示器上实时展示，具有较高的可靠性，使得施工人员能够根据实际情况及时做出相对应的调整施工方案，提高施工质量与安全性，另外，通过声波进行实时检测，对墙体的损伤较小，便于广泛推广；

[0024] (2)本发明提供的一种检测方法，依据有限元分析理论，并结合质点阻尼多自由度受迫振动机理，形成该质点的总响应公式，从而得出被测墙体的频谱样图，让施工人员依据排频谱样图与现有墙体的频谱样图进行比对，从而做出及时的调整，提高工作效率，另外，该公式所占内存较小，运行速率较快，实现实时监控，并且该种检测方式对墙体的损伤降低至最小，提高施工的可靠性。

附图说明

[0025] 图1是本发明一种基于声波特性的墙体检测电钻的结构示意图。

[0026] 图2是本发明一种检测方法的流程图。

[0027] 图3是钻床空转的频谱样图。

[0028] 图4是木材的频谱样图。

[0029] 图5是加气混凝土的频谱样图。

[0030] 图6是人造大理石的频谱样图。

[0031] 图中，100、壳体；200、动力模块；210、电机组件；211、输出轴；220、钻孔组件；221、钻头；222、钻杆；230、传动组件；231、小齿轮；232、大齿轮；300、显示器；400、控制模块；500、声波仪。

具体实施方式

[0032] 以下是本发明的具体实施例。并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0033] 如图1所示，本发明提供的一种基于声波特性的墙体检测电钻，包括：壳体100，内置动力模块200，外置显示器300，且动力模块200与显示器300均与内置于壳体100上的控制模块400电连接，其中，声波仪500设置于壳体100上，并靠近电钻钻孔的一端，通过电钻在钻孔时产生的声波信号，通过声波仪500接收该声波信号，并将该声波信号传输至控制模块400，由控制模块400对其进行算法识别，从而得出被测墙体的内部结构以及强度参数，并在显示器300上实时展示。

[0034] 本发明提供的一种基于声波特性的墙体检测电钻，通过电钻上的声波仪500实时监测电钻钻孔时产生的声波信息，并将该声波信息传输至控制模块400，由控制模块400对其进行一定的算法识别，实时推断出被测墙体的内部结构与强度参数，并在显示器300上实时展示，具有较高的可靠性，使得施工人员能够根据实际情况及时做出相对应的调整施工方案，提高施工质量与安全性，另外，通过声波进行实时检测，对墙体的损伤较小，便于广泛推广。

[0035] 优选地，如图1所示，动力模块200包括电机组件210，一端通过轴承安装于壳体100上，另一端设置有输出轴211；钻孔组件220，一端通过轴承安装于壳体100上，并通过传动组件230与输出轴211相连，钻孔组件220的另一端设置有钻头221，通过电机组件210将电能转化成机械能输出，供钻孔组件220转动。进一步优选地，电机组件210的输出轴211的轴线方向与钻孔组件220的钻头221进给方向相互平行，使得动力传动更加的快速与平稳

[0036] 进一步优选地，如图1所示，传动组件230为类似齿轮传动，例如齿轮传动，包括外啮合齿轮传动或者内啮合齿轮传动，或者蜗轮蜗杆传动，均可以，当传动组件230为齿轮传动，并为外啮合齿轮传动时，将直径较大的齿轮安装于钻孔组件220上，将直径较小的齿轮安装于电机组件210的输出轴211上，即通过直径较小的小齿轮231带动直径较大的大齿轮232旋转，从而实现降速，如果传动组件230由多组齿轮所组成，形成轮系，可实现多级降速，本实施例中只是通过一组小齿轮231与大齿轮232之间的啮合传动，即为一级降速传动，通过降低电机组件210上输出轴211传动至钻孔组件220上的转速，使得声波仪500的检测更加的精准、可靠。

[0037] 进一步优选地，如图1所示，钻孔组件220包括钻杆222，且钻头221连接于钻杆222的端部，其中，直径较大的大齿轮232安装于钻杆222上。

[0038] 进一步优选地，如图1所示，声波仪500的声波接收方向与钻杆222的进给方向相互平行，使得声波仪500能够实时准确的接收电钻钻孔时发出的声波信号，而且采用平行设置，使得声波仪500能够所能接收的声波信号的阈值范围较广，因此所得到的声波信号较为全面，进而通过控制模块400的算法识别以后，所得到的被测墙体的内部结构以及强度参数较为准确。

[0039] 本发明还提供一种检测方法，如图2所示，其包括：

[0040] 步骤一：声波信号采集。

[0041] 通过电钻上声波仪500实时监测电钻钻孔时产生的声波信息，并将该声波信息实时反馈给控制模块400。

[0042] 步骤二：声波信号的处理。

[0043] 通过控制模块400，将接收到的声波信号进行傅里叶变换，将时域信号转换成频域信号，其中，窗口宽度为1s。

[0044] 步骤三，模式识别。

[0045] 本发明基于有限元分析理论，将岩石简化为有限个质点的组合，各质点之间用多个不带有重量的弹簧连接，其中，某质点的固有频率ω为：

[0046]

[0047] 其中，k是该质点的刚度，m是该质点的质量。

[0048] 首先，某质点受周边质点通过某弹簧传来的频率为ω的正弦激振力作用，稳态响应应为：

[0049] x(t)＝X sin(ωt-ψ)；

[0050] 其中，X为位移响应振幅，ψ为相位角，这两个量都与系统本身性质(如质量m，弹簧刚度k、粘性阻尼系数c)和激振力的性质(激振力幅Fo、激振频率ωo)所决定；t为时间。

[0051] 考虑钻孔过程的复杂性，某质点的振动装置，还应视为任意激励力f(t)作用下有阻尼多自由度受迫振动。利用杜哈梅积分描述该质点总响应为：

[0052]

[0053] 其中，ξ是阻尼因子，ωn是不考虑阻尼系统的固有振动频率，ωd是考虑阻尼系统的固有振动频率，h(t-τ)是单脉冲激起的响应，x0是初位移，x'0是初速度，t是时间，dτ是单位时间。

[0054] 由此可见，任意质点的振动频率与该质点质量(密度)、刚度、阻尼性质有关，也与周边质点与介质性质及振动特性有关。

[0055] 步骤四：材料判别。

[0056] 基于步骤三的公式，可将声波信号视为所有质点的稳态响应，并形成频谱图形，与表1中的判别准则表内所述的各个墙体材料的频谱样图相比较，即可得出被测墙体的材料以及构造特征，为现场施工人员能够及时调整施工方案做出依据。

[0057]

[0058] 表1判别准则表

[0059] 本发明提供的一种检测方法，依据有限元分析理论，并结合质点阻尼多自由度受迫振动，形成该质点的总响应公式，从而得出被测墙体的频谱样图，让施工人员依据排频谱样图与现有墙体的频谱样图进行比对，从而做出及时的调整，提高工作效率，另外，该公式所占内存较小，运行速率较快，实现实时监控，并且该种检测方式对墙体的损伤降低至最小，提高施工的可靠性。

[0060] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。