脚手架安全监测及预警的方法
【专利摘要】本发明公开了一种脚手架安全监测及预警的方法，首先，通过对脚手架进行易损性分析，找出容易发生损伤的区域作为监测区域，在各监测区域的周围布置声发射传感器阵列；利用声发射传感器阵列采集脚手架发生声发射事件时的声发射信号，并转换电信号输出给信号采集系统；通过分析监测区域不同的声发射传感器采集同一声发射事件的时间差，结合已知的弹性波在钢结构中的传播速度，推算出声发射事件产生的位置。基于上述方法，本发明能够实现利用较少传感器对整个脚手架进行无损伤监测及预警，并有效解决脚手架损伤监测定位不准、成本高的问题。本发明易于在建筑工程中脚手架的使用及拆除阶段大量推广使用。
【专利说明】脚手架安全监测及预警的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脚手架安全监测及预警【技术领域】，具体是涉及一种基于声发射传感技术进行脚手架安全监测及预警的方法。
【背景技术】
[0002]脚手架是建筑施工现场为工人操作解决垂直和水平运输而搭设的各种支架。由于施工人员违规操作、脚手架搭设不合理、不符合规范以及使用过程中有超重现象等原因，使得脚手架在使用过程中事故频发。有统计表明，由于脚手架倒塌造成的人员伤亡事故在所有工程施工伤亡事故中所占比例高达30%以上。
[0003]声发射是指材料或构件在受力过程中产生变形或裂纹时，以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射。而利用接收声发射信号，对材料或构件进行动态无损检测的技术，称为声发射技术。声发射技术作为一种无损检测技术，已经广泛应用于航空航天、石油化工、地下采矿等领域。
[0004]目前，对脚手架实施无损检测的方法，多为利用力传感器及位移传感器对结构的关键构件进行力及位移的量测，这种测量方法直观、简单，但是由于成本原因，无法对各个构件都进行损伤检测，因此，此种方法无法准确给出损伤的位置，甚至造成损伤的漏判，留下安全隐患。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提出一种脚手架安全监测及预警的方法，能够实现利用较少传感器对整个脚手架进行无损伤监测及预警，并有效解决脚手架损伤监测定位不准、成本高的问题，因此，本发明易于在建筑工程中脚手架的使用及拆除阶段大量推广使用。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]一种脚手架安全监测及预警的方法，包括以下几个步骤:
[0008]I)传感器在监测区域的优化布置；对脚手架进行易损性分析，找出容易发生损伤的区域作为监测区域，在各监测区域的周围布置声发射传感器阵列；
[0009]2)脚手架的声发射信号的采集；将步骤I中的声发射传感器与信号采集系统相连，利用声发射传感器阵列采集脚手架发生声发射事件时的声发射信号，并转换成电信号输出给信号采集系统；
[0010]3)损伤发生的定位；信号采集系统对步骤2中声发射传感器阵列提供的电信号进行分析，利用监测区域周围声发射传感器阵列中的不同声发射传感器对该监测区域同一声发射事件的时间差，给合已知的弹性波在脚手架中的传播速度，推算出该监测区域声发射事件产生的位置。
[0011]作为本发明的进一步改进，还包括损伤发生的预警的步骤；该步骤如下:定义监测区域周围声发射传感器阵列输出的电信号的幅值为监测值，定义脚手架容易发生倒塌时的声发射传感器输出的电信号的幅值为预警值，信号采集系统分析比对该监测值与该预警值，做出该声发射事件损伤大小的判定。
[0012]作为本发明的进一步改进，该预警值通过对不同损伤的声发射事件进行统计分析获得，并存储于信号采集系统内。
[0013]作为本发明的进一步改进，还包括噪声前处理及信号分析的步骤，该步骤如下:信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统对幅值小于采样门槛触发值的声发射传感器阵列提供的电信号进行屏蔽。
[0014]作为本发明的进一步改进，还包括状态显示和发出警报的步骤，该步骤如下:设有显示装置和报警装置，利用该显示装置显示脚手架损伤位置和声发射传感器阵列的工作状态，利用该报警装置进行倒塌时的预警。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]本发明提供了一种脚手架安全监测及预警的方法，首先，通过对脚手架进行易损性分析，找出容易发生损伤的区域作为监测区域，在各监测区域的周围布置声发射传感器阵列；然后，利用声发射传感器阵列采集脚手架发生声发射事件时的声发射信号，并转换电信号输出给信号采集系统；最后，信号采集系统对声发射传感器阵列提供的电信号进行分析，通过分析监测区域不同的声发射传感器采集同一声发射事件的时间差，结合已知的弹性波在钢结构中的传播速度，推算出声发射事件产生的位置，即对损伤进行定位。较佳的，信号采集系统预先定义预警值和监测值，信号采集系统通过分析比对监测值与预警值的大小，即可给出损伤大小判定。比如，监测值大于等于预警值时，信号采集系统判定为发生损伤将导致倒塌。因此，本发明能够对建筑工程中容易发生事故的脚手架进行损伤定位和倒塌预警，且对脚手架不造成影响，可有效减少事故发生及人员伤亡。相比其它监测方法，本发明采用了较少的传感器进行整体脚手架的监测，可靠稳定，成本低，易于实施，适用于量大面广的土木工程领域的脚手架工程。较佳的，信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统将对幅值小于采样门槛触发值的声发射传感器提供的电信号进行屏蔽，只采集发生损伤时幅值较大的电信号，比如声`发射传感器采集到电信号可能为噪声干扰信号，这样既可实现屏蔽噪声干扰的功能，以降低信号采集系统的工作压力，提高监测准确性和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明优选实施方式的工作流程图；
[0018]图2为本发明的声发射传感器布置及信号采集示意图。
[0019]结合附图，作以下说明:
[0020]I—脚手架2—声发射传感器
[0021]3——信号采集系统 4——显示装置
[0022]5——报警装置
【具体实施方式】
[0023]如图1和图2所示，一种脚手架安全监测及预警的方法，包括以下几个步骤:
[0024]I)传感器在监测区域的优化布置；对脚手架进行易损性分析，找出容易发生损伤的区域作为监测区域，在各监测区域的周围布置声发射传感器阵列；[0025]2)脚手架的声发射信号的采集；将步骤I中的声发射传感器与信号采集系统相连，利用声发射传感器阵列采集脚手架发生声发射事件时的声发射信号，并转换成电信号输出给信号采集系统；
[0026]3)损伤发生的定位；信号采集系统对步骤2中声发射传感器阵列提供的电信号进行分析，利用监测区域周围声发射传感器阵列中的不同声发射传感器对该监测区域同一声发射事件的时间差，给合已知的弹性波在脚手架中的传播速度，推算出该监测区域声发射事件产生的位置。
[0027]优选的，还包括损伤发生的预警的步骤；该步骤如下:定义监测区域周围声发射传感器阵列输出的电信号的幅值为监测值，定义脚手架容易发生倒塌时的声发射传感器输出的电信号的幅值为预警值，信号采集系统分析比对该监测值与该预警值，做出该声发射事件损伤大小的判定。
[0028]优选的，该预警值通过对不同损伤的声发射事件进行统计分析获得，并存储于信号采集系统内。
[0029]优选的，还包括噪声前处理及信号分析的步骤，该步骤如下:信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统对幅值小于采样门槛触发值的声发射传感器阵列提供的电信号进行屏蔽。
[0030]优选的，还包括状态显示和发出警报的步骤，该步骤如下:设有显示装置和报警装置，利用该显示装置显示脚手架损伤位置和声发射传感器阵列的工作状态，利用该报警装置进行倒塌时的预警。
[0031]综上，本发明的优选实施方式的技术原理如下:如图2所示，初始状态，对脚手架I进行易损性分析，找出容易发生损伤的区域作为监测区域，在各监测区域周围按照声发射理论进行测点优化布置，即在监测区域内设置声发射传感器阵列，声发射传感器阵列包括多个不同的声发射传感器，将不同的声发射传感器与信号采集系统相连，信号采集系统分别与显示装置和报警装置相连，完成脚手架安全监测及预警系统的架设工作，启动信号采集系统、声发射传感器、显示装置和报警装置后，即进入监测和预警状态。
[0032]监测和预警状态，当脚手架发生损伤时，在应力作用下脚手架发生变形及裂纹扩展，快速释放能量并产生瞬态弹性波，即声发射信号，释放出的弹性波将被损伤处周围(监测区域)的不同声发射传感器采集到，并转换成电信号输出给信号采集系统。由于信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统将对幅值小于采样门槛触发值的声发射传感器提供的电信号进行屏蔽，只采集发生损伤时幅值较大的电信号，比如声发射传感器采集到电信号可能为噪声干扰信号，这样既可实现屏蔽噪声干扰的功能，以降低信号采集系统的工作压力，提高监测准确性和效率。当发生损伤时产生的弹性波被声发射传感器采集后输出的电信号的幅值大于采样门槛触发值时，信号采集系统将对该电信号进行分析，通过分析监测区域不同的声发射传感器采集同一声发射事件的时间差，结合已知的弹性波在钢结构中的传播速度，推算出声发射事件产生的位置，即对损伤进行定位。由于信号采集系统预先定义了预警值和监测值，因此，信号采集系统通过分析比对监测值与预警值的大小，即可给出损伤大小判定。比如，监测值大于等于预警值时，信号采集系统判定为发生损伤将导致倒塌，同时，信号采集系统通过显示装置和报警装置发出预警。预警时还可以结合声发射传感器布置的位置给出具体损伤位置，进而实现脚手架损伤定位或者倒塌的监测及预警。[0033]以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种脚手架安全监测及预警的方法，其特征在于:包括以下几个步骤: 1)传感器在监测区域的优化布置；对脚手架进行易损性分析，找出容易发生损伤的区域作为监测区域，在各监测区域的周围布置声发射传感器阵列； 2)脚手架的声发射信号的采集；将步骤I中的声发射传感器与信号采集系统相连，利用声发射传感器阵列采集脚手架发生声发射事件时的声发射信号，并转换成电信号输出给信号采集系统； 3)损伤发生的定位；信号采集系统对声发射传感器阵列提供的电信号进行分析，利用监测区域周围声发射传感器阵列中的不同声发射传感器对该监测区域同一声发射事件的时间差，给合已知的弹性波在脚手架中的传播速度，推算出该监测区域声发射事件产生的位置。
2.根据权利要求1所述的脚手架安全监测及预警的方法，其特征在于:还包括损伤发生的预警的步骤；该步骤如下:定义监测区域周围声发射传感器阵列输出的电信号的幅值为监测值，定义脚手架容易发生倒塌时的声发射传感器输出的电信号的幅值为预警值，信号采集系统分析比对该监测值与该预警值，做出该声发射事件损伤大小的判定。
3.根据权利要求2所述的脚手架安全监测及预警的方法，其特征在于:该预警值通过对不同损伤的声发射事件进行统计分析获得，并存储于信号采集系统内。
4.根据权利要求1至3任一项所述的脚手架安全监测及预警的方法，其特征在于:还包括噪声前处理及信号分析的步骤，该步骤如下:信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统对幅值小于采样门槛触发值的声发射传感器阵列提供的电信号进行屏蔽。
5.根据权利要求4所述的脚手架安全监测及预警的方法，其特征在于:还包括状态显示和发出警报的步骤，该步骤如下:设有显示装置和报警装置，利用该显示装置显示脚手架损伤位置和声发射传感器阵列的工作状态，利用该报警装置进行倒塌时的预警。
【文档编号】G01N29/14GK103852522SQ201410101156
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】宋钢兵, 侯爽 申请人:江苏三川智能科技有限公司