CN114061471B - 一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，基于底板（2）应用环状滑轨模块（3）与U形支撑装置（4）构建组合载体结构，通过表面位移精细感知模块（5）在U形支撑装置（4）内侧面滑轨上的移动，并结合基于系统所设计的监测方法，实现对标准化早龄期水泥基材料试件（1）三维表面变形数据的采集监测；克服了传统采用千分表等设备进行局部特征点变形测量，不足以综合反映试件整体变形的问题；整个设计系统适合长期布设，并以多种通讯方式实现指令收发与数据传输，高效实现了对水泥基材料试件的变形监测，为水泥基材料早龄期变形分析和抗裂性能研究提供了准确的支持。

Description

一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统及监测方法，属于土木工程材料早龄期性能监测技术领域。

背景技术

包括混凝土在内的水泥基材料具有造价低廉等特点，目前使用最为广泛。随着高性能混凝土的大量使用，非荷载因素（例如混凝土的自收缩变形、温度变化产生的温度变形、干燥环境中失水引起的干燥变形等）导致的裂缝占比越来越高，研究表明占比最高可达80%。其中，早龄期收缩引起的裂缝又在非荷载因素中占有非常大的比重。因此，水泥基材料早龄期变形监测，对于研究混凝土早龄期由于变形引起的开裂、以及后续裂缝控制研究具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，采用全新装置结构设计，通过滑轨移动方式，能够高效实现对水泥基材料试件的变形监测。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统及监测方法，用于针对标准化早龄期水泥基材料试件进行变形监测，包括底板、环状滑轨模块、U形支撑装置、表面位移精细感知模块；其中，环状滑轨模块包括环状支撑装置与旋转步进电机，环状支撑装置活动置于底板上表面，环状支撑装置所在面与底板上表面相平行，旋转步进电机的驱动端与环状支撑装置相连，环状支撑装置在其所连旋转步进电机的驱动下、以其包围区域的中心位置为轴心在其所在面内进行转动；标准化早龄期水泥基材料试件置于底板上表面、对应环状支撑装置所包围区域的中心位置进行应用；

U形支撑装置内侧面上设置滑轨，U形支撑装置上两端之间间距与环状支撑装置上一组彼此相对、且彼此连线经过环状支撑装置包围区域中心位置的两位置之间间距相等，U形支撑装置上的两端向下分别固定连接环状支撑装置上该两位置背向底板上表面的侧面位置，且U形支撑装置所在面与底板上表面相垂直姿态，U形支撑装置随环状支撑装置的转动而转动；

表面位移精细感知模块包括盒体、电机行走装置，以及固定置于盒体中的电源模块、MCU芯片、高精度激光位移传感器、第二通讯模块；电源模块分别为MCU芯片、高精度激光位移传感器、第二通讯模块进行供电，电机行走装置、高精度激光位移传感器、第二通讯模块分别与MCU芯片相连，电机行走装置设置于盒体表面，且电机行走装置与U形支撑装置内侧面上的滑轨相接触，盒体随电机行走装置在U形支撑装置内侧面滑轨上的移动而移动，实现表面位移精细感知模块在U形支撑装置内侧面滑轨上的来回移动，高精度激光位移传感器上检测端穿出盒体表面，且指向标准化早龄期水泥基材料试件表面；

高精度激光位移传感器基于U形支撑装置随环状支撑装置的转动、以及表面位移精细感知模块在U形支撑装置内侧面滑轨上的移动，实现对标准化早龄期水泥基材料试件三维表面变形数据的采集监测。

作为本发明的一种优选技术方案：所述表面位移精细感知模块还包括卡环，所述电机行走装置包括步进电机、以及连接于步进电机驱动端上的齿轮，步进电机与所述MCU芯片相连，所述U形支撑装置内侧面上的滑轨为与齿轮相匹配的齿纹；步进电机、卡环固定连接于所述盒体表面，卡环活动套设于所述U形支撑装置上，且步进电机上所连齿轮与U形支撑装置内侧面上齿纹相咬合，基于步进电机驱动对所连齿轮的驱动转动、实现表面位移精细感知模块在U形支撑装置内侧面滑轨上的来回移动。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括刷片供电触点、以及一组或两组第一接触式触点组，所述环状滑轨模块还包括设置于所述环状支撑装置外侧一周表面的取电触轨，所述表面位移精细感知模块中的电源模块包括充电电池模块、以及与充电电池模块相连接的一组或两组第二接触式触点组；充电电池模块分别为MCU芯片、高精度激光位移传感器、第二通讯模块进行供电；各第一接触式触点组与各第二接触式触点组分别均包括用于供电的供电触点；

其中，刷片供电触点连接外部电源进行取电，刷片供电触点位于环状支撑装置外侧，且刷片供电触点与取电触轨相接触进行供电；各第一接触式触点组分别一一对应设置于所述U形支撑装置两端的位置，且各第一接触式触点组中的供电触点背向所述底板上表面方向，各组第一接触式触点组中的供电触点与取电触轨相接触取电，由刷片供电触点经取电触轨为各第一接触式触点组中的供电触点进行供电；

第二接触式触点组的数量与第一接触式触点组的数量相等，各第二接触式触点组分别与各第一接触式触点组一一对应，伴随表面位移精细感知模块沿U形支撑装置内侧面滑轨上的来回移动，各第二接触式触点组分别设置于盒体外表面上面向对应第一接触式触点组的位置，且伴随表面位移精细感知模块向U形支撑装置两端的移动，各第二接触式触点组上的供电触点分别与对应第一接触式触点组上的供电触点相接触，实现第二接触式触点组由第一接触式触点组进行取电，并向充电电池模块进行供电。

作为本发明的一种优选技术方案：所述表面位移精细感知模块还包括与MCU芯片相连的存储模块；所述各第一接触式触点组中、以及相对应第二接触式触点组中分别均还包括用于进行数据传输的数据触点，第二接触式触点组中的数据触点连接所述MCU芯片，第一接触式触点组中的数据触点连接所述旋转步进电机、以及第三通讯模块；伴随表面位移精细感知模块向U形支撑装置两端的移动，各第一接触式触点组分别与其对应第二接触式触点组相接触，实现第一接触式触点组上供电触点与对应第二接触式触点组上供电触点的彼此对应接触、以及第一接触式触点组上数据触点与对应第二接触式触点组上数据触点的彼此对应接触。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括预置于所述标准化早龄期水泥基材料试件中的可旋转埋入式应变计，可旋转埋入式应变计所连数据线自标准化早龄期水泥基材料试件顶部外延串联旋转端子后、由所述U形支撑装置顶边中间非滑轨位置进行固定，并外接相应第四通讯模块，且数据线不经过所述表面位移精细感知模块沿U形支撑装置的移动轨迹区域。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括拉绳，所述底板上表面对应环状支撑装置包围区域中心位置的位置设置固定螺孔，通过该固定螺孔针对置于底板上表面该位置的标准化早龄期水泥基材料试件实现固定；拉绳的一端连接所述可旋转埋入式应变计所连数据线上的旋转端子，拉绳的另一端连接所述U形支撑装置顶边中间非滑轨位置，由拉绳对标准化早龄期水泥基材料试件施加轴向拉伸荷载。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括相互连接的终端与第一通讯模块，终端经其所连第一通讯模块与系统中各个通讯模块所连装置进行数据通信。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第二通讯模块包括第二无线通讯模块、以及具有配重的自适应竖直天线，第二无线通讯模块与所述MCU芯片相连接，自适应竖直天线与第二无线通讯模块通过SMA接口相连，自适应竖直天线保持竖直向上姿态。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括设置于所述底板上表面、且围绕所述环状支撑装置包围区域中心位置一周的角度刻度标记。

与上述相对应，本发明所要解决的技术问题是提供一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统的监测方法，采用全新装置结构所设计监测系统的应用，能够高效实现对水泥基材料试件的变形监测。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统的监测方法，首先终端向表面位移精细感知模块中MCU芯片发送用于控制电机行走装置在U形支撑装置上移动的工作指令、以及用于控制所述环状支撑装置所连旋转步进电机的工作指令；

接着基于所述表面位移精细感知模块停在U形支撑装置端部，且第一接触式触点组与其对应第二接触式触点组相接触，即该第一接触式触点组上供电触点、数据触点分别与对应第二接触式触点组上供电触点、数据触点彼此对应接触，首先表面位移精细感知模块中充电电池模块进行取电，并且由表面位移精细感知模块中MCU芯片将用于控制所述环状支撑装置所连旋转步进电机的工作指令，发送至旋转步进电机；

基于旋转步进电机工作带动环状支撑装置转动，以及电机行走装置工作带动表面位移精细感知模块在U形支撑装置内侧面滑轨上的移动，高精度激光位移传感器采集获得标准化早龄期水泥基材料试件三维表面变形数据；

基于表面位移精细感知模块中MCU芯片与终端间的通信，实现高精度激光位移传感器所采集数据向终端的上传；或者基于表面位移精细感知模块上其中一个第一接触式触点组与其对应第二接触式触点组相接触，由MCU芯片将高精度激光位移传感器所采集数据经彼此相接触的数据触点，通过第三通讯模块与第一通讯模块之间的通信上传至终端。

本发明所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统及监测方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明所设计一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，基于底板应用环状滑轨模块与U形支撑装置构建组合载体结构，通过表面位移精细感知模块在U形支撑装置内侧面滑轨上的移动，并结合基于系统所设计的监测方法，实现对标准化早龄期水泥基材料试件三维表面变形数据的采集监测；克服了传统采用千分表等设备进行局部特征点变形测量，不足以综合反映试件整体变形的问题；整个设计系统适合长期布设，并以多种通讯方式实现指令收发与数据传输，克服了传统数据传输易受复杂环境干扰、且线缆铺设与维护成本高昂、布线工作量大等问题；本发明设计高效实现了对水泥基材料试件的变形监测，为水泥基材料早龄期变形分析和抗裂性能研究提供了准确的支持。

附图说明

图1是本发明所设计滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统的整体结构示意图；

图2是本发明所设计滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统中监测装置结构示意图；

图3是本发明所设计滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统中表面位移精细感知模块结构示意图；

图4是本发明所设计滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统及监测方法的流程示意图。

其中，1. 标准化早龄期水泥基材料试件，2. 底板，3. 环状滑轨模块，31. 环状支撑装置，32. 取电触轨，4. U形支撑装置，5. 表面位移精细感知模块，51. 盒体，52. 电机行走装置，53. 电源模块，531. 第二接触式触点组，532. 充电电池模块，54. MCU芯片，55.高精度激光位移传感器，56. 第二通讯模块，561. 第二无线通讯模块，562. 自适应竖直天线， 6. 刷片供电触点，7. 第一接触式触点组，8. 可旋转埋入式应变计，9. 终端，10. 第一通讯模块，11. 角度刻度标记，12. 旋转端子，13. 固定螺孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明设计了一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，用于针对标准化早龄期水泥基材料试件1进行变形监测，实际应用当中，如图1至图4所示，具体包括底板2、环状滑轨模块3、U形支撑装置4、表面位移精细感知模块5；其中，环状滑轨模块3包括环状支撑装置31与旋转步进电机，环状支撑装置31活动置于底板2上表面，环状支撑装置31所在面与底板2上表面相平行，旋转步进电机的驱动端与环状支撑装置31相连，环状支撑装置31在其所连旋转步进电机的驱动下、以其包围区域的中心位置为轴心在其所在面内进行转动；标准化早龄期水泥基材料试件1置于底板2上表面、对应环状支撑装置31所包围区域的中心位置进行应用。

U形支撑装置4内侧面上设置滑轨，U形支撑装置4上两端之间间距与环状支撑装置31上一组彼此相对、且彼此连线经过环状支撑装置31包围区域中心位置的两位置之间间距相等，U形支撑装置4上的两端向下分别固定连接环状支撑装置31上该两位置背向底板2上表面的侧面位置，且U形支撑装置4所在面与底板2上表面相垂直姿态，U形支撑装置4随环状支撑装置31的转动而转动。

表面位移精细感知模块5包括盒体51、电机行走装置52，以及固定置于盒体51中的电源模块53、MCU芯片54、高精度激光位移传感器55、第二通讯模块56；电源模块53分别为MCU芯片54、高精度激光位移传感器55、第二通讯模块56进行供电，电机行走装置52、高精度激光位移传感器55、第二通讯模块56分别与MCU芯片54相连，电机行走装置52设置于盒体51表面，且电机行走装置52与U形支撑装置4内侧面上的滑轨相接触，盒体51随电机行走装置52在U形支撑装置4内侧面滑轨上的移动而移动，实现表面位移精细感知模块5在U形支撑装置4内侧面滑轨上的来回移动，高精度激光位移传感器55上检测端穿出盒体51表面，且指向标准化早龄期水泥基材料试件1表面。

实际应用中，所应用高精度激光位移传感器55的传感器参数如下：测量范围0-30mm、重复精度30μm、激光光束直径70 μm、激光旋转角度±60°，并且实际针对盒体51的设计应用中，诸如PC+玻璃纤维阻燃材质制成的盒体。

对于实现表面位移精细感知模块5在U形支撑装置4内侧面滑轨上的来回移动，具体设计表面位移精细感知模块5还包括卡环，所述电机行走装置52包括步进电机、以及连接于步进电机驱动端上的齿轮，步进电机与所述MCU芯片54相连，所述U形支撑装置4内侧面上的滑轨为与齿轮相匹配的齿纹；步进电机、卡环固定连接于所述盒体51表面，卡环活动套设于所述U形支撑装置4上，且步进电机上所连齿轮与U形支撑装置4内侧面上齿纹相咬合，基于步进电机驱动对所连齿轮的驱动转动、实现表面位移精细感知模块5在U形支撑装置4内侧面滑轨上的来回移动。

高精度激光位移传感器55基于U形支撑装置4随环状支撑装置31的转动、以及表面位移精细感知模块5在U形支撑装置4内侧面滑轨上的移动，实现对标准化早龄期水泥基材料试件1三维表面变形数据的采集监测。

对于上述所设计滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统的技术方案，如图3所示，进一步设计包括刷片供电触点6、以及一组或两组第一接触式触点组7，所述环状滑轨模块3还包括设置于所述环状支撑装置31外侧一周表面的取电触轨32，所述表面位移精细感知模块5中的电源模块53包括充电电池模块532、以及与充电电池模块532相连接的一组或两组第二接触式触点组531；充电电池模块532分别为MCU芯片54、高精度激光位移传感器55、第二通讯模块56进行供电；各第一接触式触点组7与各第二接触式触点组531分别均包括用于供电的供电触点。

其中，刷片供电触点6连接外部电源进行取电，刷片供电触点6位于环状支撑装置31外侧，且刷片供电触点6与取电触轨32相接触进行供电；各第一接触式触点组7分别一一对应设置于所述U形支撑装置4两端的位置，且各第一接触式触点组7中的供电触点背向所述底板2上表面方向，各组第一接触式触点组7中的供电触点与取电触轨32相接触取电，由刷片供电触点6经取电触轨32为各第一接触式触点组7中的供电触点进行供电。

第二接触式触点组531的数量与第一接触式触点组7的数量相等，各第二接触式触点组531分别与各第一接触式触点组7一一对应，伴随表面位移精细感知模块5沿U形支撑装置4内侧面滑轨上的来回移动，各第二接触式触点组531分别设置于盒体51外表面上面向对应第一接触式触点组7的位置，且伴随表面位移精细感知模块5向U形支撑装置4两端的移动，各第二接触式触点组531上的供电触点分别与对应第一接触式触点组7上的供电触点相接触，实现第二接触式触点组531由第一接触式触点组7进行取电，并向充电电池模块532进行供电。

实际应用当中，进一步设计表面位移精细感知模块5还包括与MCU芯片54相连的存储模块；并且针对第一接触式触点组7、以及第二接触式触点组531，进一步设计各第一接触式触点组7中、以及相对应第二接触式触点组531中分别均还包括用于进行数据传输的数据触点，第二接触式触点组531中的数据触点连接所述MCU芯片54，第一接触式触点组7中的数据触点连接所述旋转步进电机、以及第三通讯模块；伴随表面位移精细感知模块5向U形支撑装置4两端的移动，各第一接触式触点组7分别与其对应第二接触式触点组531相接触，实现第一接触式触点组7上供电触点与对应第二接触式触点组531上供电触点的彼此对应接触、以及第一接触式触点组7上数据触点与对应第二接触式触点组531上数据触点的彼此对应接触。

实际应用设计当中，还包括预置于所述标准化早龄期水泥基材料试件1中的可旋转埋入式应变计8，可旋转埋入式应变计8所连数据线自标准化早龄期水泥基材料试件1顶部外延串联诸如SMA接口端子的旋转端子12后、由所述U形支撑装置4顶边中间非滑轨位置进行固定，并外接相应第四通讯模块，且数据线不经过所述表面位移精细感知模块5沿U形支撑装置4的移动轨迹区域。

基于上述可旋转埋入式应变计8在标准化早龄期水泥基材料试件1中的预置设计，还可以进一步设计包括拉绳，所述底板2上表面对应环状支撑装置31包围区域中心位置的位置设置固定螺孔13，通过该固定螺孔13针对置于底板2上表面该位置的标准化早龄期水泥基材料试件1实现固定；拉绳的一端连接所述可旋转埋入式应变计8所连数据线上的旋转端子12，拉绳的另一端连接所述U形支撑装置4顶边中间非滑轨位置，由拉绳对标准化早龄期水泥基材料试件1施加轴向拉伸荷载。

对于上述导线或拉绳所经过U形支撑装置4顶边中间的非滑轨位置，实际应用中，诸如设计为L形孔，即孔的一端位于U形支撑装置4顶边中间的上顶面，另一端位于U形支撑装置4顶边的侧面，两端竖直和横向连通，构成L形通孔，即避开了U形支撑装置4顶边内侧的轨道区域。

实际应用中针对上述设计系统，进一步加入相互连接的终端9与第一通讯模块10，终端9经其所连第一通讯模块10与系统中各个通讯模块所连装置进行数据通信，即终端9经其所连第一通讯模块10分别与第二通讯模块56、第三通讯模块、第四通讯模块相通信，其中，诸如第一通讯模块10与第二通讯模块56之间应用无线通信方式，即实现终端9与表面位移精细感知模块5中MCU芯片54之间的无线通信联系，并且在考虑到无线通信过程中可能存在的丢包问题，针对终端9与MCU芯片54之间还加入基于触点接触的有线连接，即第三通讯模块的应用，在表面位移精细感知模块5移动实现第一接触式触点组7与对应第二接触式触点组531相接触时，MCU芯片54即与第一接触式触点组7所接第三通讯模块相连，基于第一通讯模块10与第三通讯模块之间的有线通讯，再次实现终端9与MCU芯片54之间的有线通讯，如此实现了终端9与MCU芯片54之间的两种通讯方式，保证数据传输的稳定性。另外，基于第一通讯模块10与第四通讯模块之间的通讯，既可由终端9获取到可旋转埋入式应变计8对标准化早龄期水泥基材料试件1的应力检测数据。

关于第一通讯模块10与第二通讯模块56之间无线通信方式的应用，具体设计第二通讯模块56包括第二无线通讯模块561、以及具有配重的自适应竖直天线562，第二无线通讯模块561与所述MCU芯片54相连接，自适应竖直天线562与第二无线通讯模块561通过SMA接口相连，自适应竖直天线562保持竖直向上姿态。

实际应用当中，还包括设置于所述底板2上表面、且围绕所述环状支撑装置31包围区域中心位置一周的角度刻度标记11，如此在执行环状支撑装置31转动的过程中，能够准确知晓转动的角度。

基于上述设计滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，具体设计了监测方法，应用中，首先终端9向表面位移精细感知模块5中MCU芯片54发送用于控制电机行走装置52在U形支撑装置4上移动的工作指令、以及用于控制所述环状支撑装置31所连旋转步进电机的工作指令。

接着基于所述表面位移精细感知模块5停在U形支撑装置4端部，且第一接触式触点组7与其对应第二接触式触点组531相接触，即该第一接触式触点组7上供电触点、数据触点分别与对应第二接触式触点组531上供电触点、数据触点彼此对应接触，首先表面位移精细感知模块5中充电电池模块532进行取电，并且由表面位移精细感知模块5中MCU芯片54将用于控制所述环状支撑装置31所连旋转步进电机的工作指令，发送至旋转步进电机。

基于旋转步进电机工作带动环状支撑装置31转动，以及电机行走装置52工作带动表面位移精细感知模块5在U形支撑装置4内侧面滑轨上的移动，高精度激光位移传感器55采集获得标准化早龄期水泥基材料试件1三维表面变形数据。

基于表面位移精细感知模块5中MCU芯片54与终端9间的通信，实现高精度激光位移传感器55所采集数据向终端9的上传；或者基于表面位移精细感知模块5上其中一个第一接触式触点组7与其对应第二接触式触点组531相接触，由MCU芯片54将高精度激光位移传感器55所采集数据经彼此相接触的数据触点，通过第三通讯模块与第一通讯模块之间的通信上传至终端9。

将本发明所设计滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统应用于实际当中，按上述结构设计进行组件的安装，将标准化早龄期水泥基材料试件1置于底板2上表面、对应环状支撑装置31所包围区域的中心位置，并且应用底板2上表面的固定螺孔13对标准化早龄期水泥基材料试件1底部进行固定；刷片供电触点6连接外部电源进行取电，由刷片供电触点6经取电触轨32为各第一接触式触点组7中的供电触点进行供电；初始状态下，表面位移精细感知模块5停在U形支撑装置4的其中一端上，即使得表面位移精细感知模块5上的其中一个第二接触式触点组531与U形支撑装置4该端上的第一接触式触点组7相接触，则表面位移精细感知模块5中的充电电池模块532即可经相接触触点组中的供电触点进行取电，同时基于相接触触点组中数据触点的连接、以及第一接触式触点组7中数据触点连接旋转步进电机，第二接触式触点组531中数据触点连接所述MCU芯片54，终端9经其所连第一通讯模块10、以及第一接触式触点组7中数据触点所连接的第三通讯模块，终端9将电机行走装置52的工作参数发送给电机行走装置52，以及将旋转步进电机的工作参数发送至旋转步进电机。

实际工作中，环状支撑装置31在其所连旋转步进电机按所接收工作参数的工作下进行转动，同时，表面位移精细感知模块5按其中电机行走装置52按所接收工作参数的工作、实现在U形支撑装置4内侧滑轨上来回移动，如此高精度激光位移传感器55即可在表面位移精细感知模块5的移动过程中，针对标准化早龄期水泥基材料试件1实现三维表面变形数据的采集监测，数据采集监测过程中，MCU芯片54经其所连第二无线通讯模块561、通过自适应竖直天线562将所获监测数据向终端9进行发送，即实现了终端9对数据的接收，并且对于无线通信过程中可能出现的丢包现象，在数据采集监测过程中，MCU芯片54可以将所获监测数据先发至存储模块进行存储，然后在表面位移精细感知模块5上其中一个第二接触式触点组531与对应第一接触式触点组7相接触时，通过相接触的数据触点，经第三通讯模块经有线传输方式将存储于存储模块中的监测数据发送至终端9，如此保证了监测数据传输的稳定性。

实际应用当中，关于由高精度激光位移传感器55所获得的监测数据，MCU芯片54执行数据预处理，以扇形数据中的最小值作为该时刻的表面位移感知数据，将时间数据与表面位移感知数据以json格式打包，然后再执行对打包数据的存储或发送。

并且在最终的数据处理中，以底板2表面固定螺孔12上表面圆心为原点，以底板2上表面为xoy平面建立笛卡尔三维坐标系。根据环状支撑装置31的步进角度、步进时间间隔，垂直 U形支撑装置4的滑动速度，计算对应时刻高精度激光位移传感器55的位置与扫描扇面的角度，计算得到对应的标准化早龄期水泥基材料试件1表面监测点坐标数据，并实时形成三维表面模型。通过对上一组监测对应位置的坐标数据进行对比，即可得到相应的水泥基材料早龄期表面变形数据。

上述技术方案所设计一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，基于底板2应用环状滑轨模块3与U形支撑装置4构建组合载体结构，通过表面位移精细感知模块5在U形支撑装置4内侧面滑轨上的移动，并结合基于系统所设计的监测方法，实现对标准化早龄期水泥基材料试件1三维表面变形数据的采集监测；克服了传统采用千分表等设备进行局部特征点变形测量，不足以综合反映试件整体变形的问题；整个设计系统适合长期布设，并以多种通讯方式实现指令收发与数据传输，克服了传统数据传输易受复杂环境干扰、且线缆铺设与维护成本高昂、布线工作量大等问题；本发明设计高效实现了对水泥基材料试件的变形监测，为水泥基材料早龄期变形分析和抗裂性能研究提供了准确的支持。

下面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，用于针对标准化早龄期水泥基材料试件（1）进行变形监测，其特征在于：包括底板（2）、环状滑轨模块（3）、U形支撑装置（4）、表面位移精细感知模块（5）；其中，环状滑轨模块（3）包括环状支撑装置（31）与旋转步进电机，环状支撑装置（31）活动置于底板（2）上表面，环状支撑装置（31）所在面与底板（2）上表面相平行，旋转步进电机的驱动端与环状支撑装置（31）相连，环状支撑装置（31）在其所连旋转步进电机的驱动下、以其包围区域的中心位置为轴心在其所在面内进行转动；标准化早龄期水泥基材料试件（1）置于底板（2）上表面、对应环状支撑装置（31）所包围区域的中心位置进行应用；

U形支撑装置（4）内侧面上设置滑轨，U形支撑装置（4）上两端之间间距与环状支撑装置（31）上一组彼此相对、且彼此连线经过环状支撑装置（31）包围区域中心位置的两位置之间间距相等，U形支撑装置（4）上的两端向下分别固定连接环状支撑装置（31）上该两位置背向底板（2）上表面的侧面位置，且U形支撑装置（4）所在面与底板（2）上表面相垂直姿态，U形支撑装置（4）随环状支撑装置（31）的转动而转动；

表面位移精细感知模块（5）包括盒体（51）、电机行走装置（52），以及固定置于盒体（51）中的电源模块（53）、MCU芯片（54）、高精度激光位移传感器（55）、第二通讯模块（56）；电源模块（53）分别为MCU芯片（54）、高精度激光位移传感器（55）、第二通讯模块（56）进行供电，电机行走装置（52）、高精度激光位移传感器（55）、第二通讯模块（56）分别与MCU芯片（54）相连，电机行走装置（52）设置于盒体（51）表面，且电机行走装置（52）与U形支撑装置（4）内侧面上的滑轨相接触，盒体（51）随电机行走装置（52）在U形支撑装置（4）内侧面滑轨上的移动而移动，实现表面位移精细感知模块（5）在U形支撑装置（4）内侧面滑轨上的来回移动，高精度激光位移传感器（55）上检测端穿出盒体（51）表面，且指向标准化早龄期水泥基材料试件（1）表面；

高精度激光位移传感器（55）基于U形支撑装置（4）随环状支撑装置（31）的转动、以及表面位移精细感知模块（5）在U形支撑装置（4）内侧面滑轨上的移动，实现对标准化早龄期水泥基材料试件（1）三维表面变形数据的采集监测。

2.根据权利要求1所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：所述表面位移精细感知模块（5）还包括卡环，所述电机行走装置（52）包括步进电机、以及连接于步进电机驱动端上的齿轮，步进电机与所述MCU芯片（54）相连，所述U形支撑装置（4）内侧面上的滑轨为与齿轮相匹配的齿纹；步进电机、卡环固定连接于所述盒体（51）表面，卡环活动套设于所述U形支撑装置（4）上，且步进电机上所连齿轮与U形支撑装置（4）内侧面上齿纹相咬合，基于步进电机驱动对所连齿轮的驱动转动、实现表面位移精细感知模块（5）在U形支撑装置（4）内侧面滑轨上的来回移动。

3.根据权利要求1所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：还包括刷片供电触点（6）、以及一组或两组第一接触式触点组（7），所述环状滑轨模块（3）还包括设置于所述环状支撑装置（31）外侧一周表面的取电触轨（32），所述表面位移精细感知模块（5）中的电源模块（53）包括充电电池模块（532）、以及与充电电池模块（532）相连接的一组或两组第二接触式触点组（531）；充电电池模块（532）分别为MCU芯片（54）、高精度激光位移传感器（55）、第二通讯模块（56）进行供电；各第一接触式触点组（7）与各第二接触式触点组（531）分别均包括用于供电的供电触点；

其中，刷片供电触点（6）连接外部电源进行取电，刷片供电触点（6）位于环状支撑装置（31）外侧，且刷片供电触点（6）与取电触轨（32）相接触进行供电；各第一接触式触点组（7）分别一一对应设置于所述U形支撑装置（4）两端的位置，且各第一接触式触点组（7）中的供电触点背向所述底板（2）上表面方向，各组第一接触式触点组（7）中的供电触点与取电触轨（32）相接触取电，由刷片供电触点（6）经取电触轨（32）为各第一接触式触点组（7）中的供电触点进行供电；

第二接触式触点组（531）的数量与第一接触式触点组（7）的数量相等，各第二接触式触点组（531）分别与各第一接触式触点组（7）一一对应，伴随表面位移精细感知模块（5）沿U形支撑装置（4）内侧面滑轨上的来回移动，各第二接触式触点组（531）分别设置于盒体（51）外表面上面向对应第一接触式触点组（7）的位置，且伴随表面位移精细感知模块（5）向U形支撑装置（4）两端的移动，各第二接触式触点组（531）上的供电触点分别与对应第一接触式触点组（7）上的供电触点相接触，实现第二接触式触点组（531）由第一接触式触点组（7）进行取电，并向充电电池模块（532）进行供电。

4.根据权利要求3所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：所述表面位移精细感知模块（5）还包括与MCU芯片（54）相连的存储模块；所述各第一接触式触点组（7）中、以及相对应第二接触式触点组（531）中分别均还包括用于进行数据传输的数据触点，第二接触式触点组（531）中的数据触点连接所述MCU芯片（54），第一接触式触点组（7）中的数据触点连接所述旋转步进电机、以及第三通讯模块；伴随表面位移精细感知模块（5）向U形支撑装置（4）两端的移动，各第一接触式触点组（7）分别与其对应第二接触式触点组（531）相接触，实现第一接触式触点组（7）上供电触点与对应第二接触式触点组（531）上供电触点的彼此对应接触、以及第一接触式触点组（7）上数据触点与对应第二接触式触点组（531）上数据触点的彼此对应接触。

5.根据权利要求1所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：还包括预置于所述标准化早龄期水泥基材料试件（1）中的可旋转埋入式应变计（8），可旋转埋入式应变计（8）所连数据线自标准化早龄期水泥基材料试件（1）顶部外延串联旋转端子（12）后、由所述U形支撑装置（4）顶边中间非滑轨位置进行固定，并外接相应第四通讯模块，且数据线不经过所述表面位移精细感知模块（5）沿U形支撑装置（4）的移动轨迹区域。

6.根据权利要求5所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：还包括拉绳，所述底板（2）上表面对应环状支撑装置（31）包围区域中心位置的位置设置固定螺孔（13），通过该固定螺孔（13）针对置于底板（2）上表面该位置的标准化早龄期水泥基材料试件（1）实现固定；拉绳的一端连接所述可旋转埋入式应变计（8）所连数据线上的旋转端子（12），拉绳的另一端连接所述U形支撑装置（4）顶边中间非滑轨位置，由拉绳对标准化早龄期水泥基材料试件（1）施加轴向拉伸荷载。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：还包括相互连接的终端（9）与第一通讯模块（10），终端（9）经其所连第一通讯模块（10）与系统中各个通讯模块所连装置进行数据通信。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：所述第二通讯模块（56）包括第二无线通讯模块（561）、以及具有配重的自适应竖直天线（562），第二无线通讯模块（561）与所述MCU芯片（54）相连接，自适应竖直天线（562）与第二无线通讯模块（561）通过SMA接口相连，自适应竖直天线（562）保持竖直向上姿态。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统，其特征在于：还包括设置于所述底板（2）上表面、且围绕所述环状支撑装置（31）包围区域中心位置一周的角度刻度标记（11）。

10.一种基于权利要求7所述一种滑轨式水泥基材料早龄期变形监测系统的监测方法，其特征在于：首先终端（9）向表面位移精细感知模块（5）中MCU芯片（54）发送用于控制电机行走装置（52）在U形支撑装置（4）上移动的工作指令、以及用于控制所述环状支撑装置（31）所连旋转步进电机的工作指令；

接着基于所述表面位移精细感知模块（5）停在U形支撑装置（4）端部，且第一接触式触点组（7）与其对应第二接触式触点组（531）相接触，即该第一接触式触点组（7）上供电触点、数据触点分别与对应第二接触式触点组（531）上供电触点、数据触点彼此对应接触，首先表面位移精细感知模块（5）中充电电池模块（532）进行取电，并且由表面位移精细感知模块（5）中MCU芯片（54）将用于控制所述环状支撑装置（31）所连旋转步进电机的工作指令，发送至旋转步进电机；

基于旋转步进电机工作带动环状支撑装置（31）转动，以及电机行走装置（52）工作带动表面位移精细感知模块（5）在U形支撑装置（4）内侧面滑轨上的移动，高精度激光位移传感器（55）采集获得标准化早龄期水泥基材料试件（1）三维表面变形数据；

基于表面位移精细感知模块（5）中MCU芯片（54）与终端（9）间的通信，实现高精度激光位移传感器（55）所采集数据向终端（9）的上传；或者基于表面位移精细感知模块（5）上其中一个第一接触式触点组（7）与其对应第二接触式触点组（531）相接触，由MCU芯片（54）将高精度激光位移传感器（55）所采集数据经彼此相接触的数据触点，通过第三通讯模块与第一通讯模块之间的通信上传至终端（9）。

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