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专利名称：桩传感设备及其使用方法
技术领域：
本申请的发明涉及ー种桩传感设备。更具体来说，本申请的发明涉及ー种可随意放置的传感系统，该传感系统可以被直接鋳造在桩或其它结构物中或安装于桩或其它结构物上。引用结合的内容McVay等的专利号6，533，502公开了ー种用于分析桩的无线装置及方法,所述专利以引用方式并入本文中以说明相同内容。另外，Mullins等的专利号6，783，273公开了 ー种用于测试混凝土轴的完整性的方法，所述专利也以引用方式并入本申请中以说明相同内容。Piscsalk0等的专利号6，301，551公开了ー种远程打桩分析仪且以引用方式并入本申请中以说明相同内容。Likins Jr.等的专利号5，978，749公开了ー种桩安装记录系统且以引用方式并入本申请中以说明相同内容。
背景技术：
申请人:已发现本申请的发明在桩的安装和监测方面特别适合，其中本申请整篇中都提及的是桩。然而，本申请不限于桩，其中本申请中对桩的提及并不限制本申请的范围。传感装置已用于建筑エ业多年。这些传感装置包括在现场达到各种各样目的的各种各样的设备。这包括在安装及使用支撑结构(如桩)时使用的传感设备，所述支撑结构是用于支撑上层结构的重量，如支撑建筑物与桥梁的重量。如可了解的，重要的是不但要确保支撑结构(如桩)已被正确安装，而且要确保所述支撑结构在现场使用过程状况正常。对于桩的安装来说，重要的是正确建造这些结构以便桩可以支撑建筑物或上层结构的重量。因此，多年来，已设计出在安装桩时工作的系统，以便确保该桩满足所述结构的建造要求。这个系统包括在打桩时工作的传感设备，如在Piscsalko等的专利号6，301，551中所说明。此外，Piscsalko的专利以引用方式并入本文中作为与结构桩的感测与打桩相关的背景材料。这些设备帮助对这些桩进行打桩的工人确定该桩已被正确打入土壌中而不会打桩エ序期间过度压迫该桩。类似地，用于在打桩后监测桩的设备为已知的。这包括Piscsalko的专利，该专利包括的设备可用于监测该桩，甚至在打桩エ序后也能进行监測。此外，Mcvay等的专利号6，533, 502也公开了ー种用于在打桩エ序完成后监测桩的设备。系统产生的信息可以用于确定桩的当前状态，并用于确定因包括自热灾害的多种事件中的任一事件而可能已发生或可能尚未发生的损坏。然而，这些设备在钻孔桩和灌注桩方面不能完全发挥作用，其中桩的灌注以及这种灌注的质量可以决定桩在所灌注材料已固化后的结构完整性。Mullins等的专利号6，783，273试图通过公开ー种用于测试混凝土轴或桩的完整性的方法来克服在现有技术中的缺点。然而，已发现在Mullins所公开的设备效率低下且操作成本高，其中在用于监测灌注桩的固化工序及确保灌注桩不含夹杂物的技术上仍存在缺点。

发明内容
本申请的发明涉及桩传感器，更具体来说，涉及ー种传感系统，其可被嵌入桩中且可以在桩的形成期间或在桩的形成之后感测桩的不同物理特性。更具体来说，本发明的ー个方面为ー种系统，其通过包括安放在要灌注的空腔内的传感器来监测桩的灌注和/或灌注桩的固化。更具体来说，在一个实施方案中，传感器可以是串接到有线系统的多个传感器，其中该有线系统延伸穿过要灌注的空腔。然而，应注意，本申请全篇中使用的术语“导线”不 限于金属型绞合线。有线系统可以是本领域中已知的和将来本领域中可知的任何通信链路和/或导体，其包括但不限于单股易弯金属绞合线或条棒、多股易弯金属绞合线或条棒、光纤和/或无线系统。根据本申请的发明的另一方面，这种有线系统可包括与导线接合的温度传感器，其中在导线传感器周围对桩进行灌注并且导线上的温度传感器可以监测灌注桩的温度。这种灌注材料可包括但不限于水泥、混凝土、水泥浆和/或其它可灌注材料，并且温度传感器可以用于在固化或凝固エ序期间监测这种灌注材料的变化温度。根据本申请的发明的另一方面，可以将这个温度感测数据送入计算机系统中以获得固化工序的示意解释(schematic interpretation)或矩阵解释,从而确定桩的完整性。根据本发明的其它方面，链绳传感器配置可以包括除温度传感器以外的其它传感设备，所述设备可以用于在灌注エ序期间或之后监测桩的其它物理特性。根据本发明的另一方面，提供ー种用于监测成形固体物的系统，所述成形固体物是通过将材料引入成形结构中且通过固化エ序将成形结构中的材料凝固为成形固体物来产生，该成形固体物具有第一边界(extent)和相対的第二边界。ー种用于监测成形固体物的系统，所述成形固体物是通过将材料引入成形结构中且通过固化エ序将成形结构中的材料凝固为成形固体物来产生，其中该成形固体物具有第一边界和相対的第二边界。所述系统具有可在固化工序前安放在成形结构中的传感器链绳，且具有沿着链绳轴在线路的第一端与第二端之间延伸的通信线路。链绳进一歩包括在第一端与第二端之间与通信线路接合的多个传感器，且每ー传感器都被安装在线路的设定位置处。每ー传感器都具有传感器主体和传感器外売，且传感器主体包括在设定位置处将电结构电接合至通信线路的电连接器。该电结构包括温度传感器，该温度传感器被配置来监测在设定位置附近的材料的实时温度，且所述电结构进ー步包括对应于沿着轴的传感器的设定位置的电子识别码。所述传感器进一歩包括传输设备，其用于将实时温度和识别码选择性地传达至通信线路。根据本发明的另一方面，提供ー种用于监测成形固体物的系统的传感器链绳。该传感器链绳可在非固体材料的固化工序前安放在成形结构中，且具有由电导体形成的通信线路，所述电导体具有由导线套管包裹的至少ー个导线，该导线套管沿着链绳轴在第一端与第二端之间延伸。该第一端具有用于形成电连接的至少ー个引线。该链绳进ー步包括在第一端与第二端之间与通信线路接合的多个传感器，且每ー传感器都在沿着通信线路的设定位置处被安装至电导体。该传感器进ー步包括传感器主体和传感器外売，且传感器主体具有在设定位置处将电结构电接合至电导体的电连接器。该电结构包括温度传感器，该温度传感器被配置来监测在设定位置附近的材料的实时温度，所述电结构进一歩包括对应于沿着轴的传感器的设定位置的电子识别码，以及用于将实时温度和识别码选择性地传达至通信线路的传输设备。根据本发明的另一方面，提供一种测量灌注结构的至少ー种状况的方法，该方法包括以下步骤提供具有第一边界和相対的第二边界的成形结构，其中该成形结构沿着结构轴在第一边界与第二边界之间延伸；提供用于监测的系统，该系统包括至少ー个传感器链绳，该传感器链绳具有沿着链绳轴在第一端与第二端之间延伸的通信线路，以及在第一端与第二端之间与通信线路接 合的多个传感器。多个传感器中的每ー传感器都被安装在沿着通信线路的在第一端与第二端之间的设定位置处，且每一传感器都包括传感器主体和传感器外売。该传感器主体包括在沿着链绳轴的设定位置处将电结构电接合至通信线路的电连接器，且该电结构包括温度传感器，该温度传感器被配置来监测在设定位置附近的实时温度。该电结构进一歩包括对应于沿着轴的传感器的设定位置的识别码，以及用于将实时温度和识别码选择性地传达至通信线路的传输设备；将至少一个链绳安放于成形结构中，其中第一端在第一边界附近且链绳轴的至少ー个部分朝第二边界延伸；将可固化材料灌注至成形结构中，借此链绳至少部分地由可固化材料包封；在灌注步骤后至少以特定时间间隔来监测多个传感器的温度；使多个传感器的实时温度与每ー传感器以及每ー传感器的位置相关联；将相关联温度与多个传感器的位置组合；和/或，确定灌注结构的至少ー种状况。这些目标和其它目标以及优点将从以下结合附图的描述中变得显而易见。


图I为包括本申请的传感设备的钻孔桩的剖视图；图2为示出本申请的发明的另ー实施方案的钻孔桩的剖视图；图3A为沿着图2中线3-3截取的剖视图且示出本申请的发明的另ー实施方案；图3B为沿着图2中线3-3截取的另ー剖视图且示出本申请的发明的另ー实施方案；图3C为沿着图2中线3-3截取的另ー剖视图且示出本申请的发明的另ー实施方案；图3D为沿着图2中线3-3截取的另ー剖视图且示出本申请的发明的另ー实施方案；图4为从图I截取的传感器的放大、局部剖视图；图5为上层结构的一部分的透视图，该图示出本申请的设备的某些应用；图6为从图5获得的公路面的透视图；以及，图7为根据本发明的另一方面的灌注操作的剖视图。
具体实施例方式现參看附图，其中展示的内容仅仅为说明本发明的优选和替代实施方案，且不是为了限制本发明。图I和图4示出系统10，其用于在灌注エ序期间和/或之后测量桩P的ー个或多个特性。更具体来说，在这个实施方案中示出的是具有第一传感器链绳20和第二传感器链绳22的系统，该系统用于在对桩进行灌注期间和/或已对桩进行灌注之后测量该桩的温度变化和/或其它因素。如将在下文更详细地论述，系统10中可使用任何数目的传感器链绳且这些传感器链绳可以用于固化工序和/或在固化工序之后使用。在这方面，且如本领域中已知，可以通过许多不同的技术来构造桩。这些技术中的ー种技术是将混凝土和/或水泥浆灌注至桩空腔26中，该桩空腔被统称为形结构，原因在于在本申请可良好适用于除钻孔桩结构和灌注桩结构以外的结构。然而，这种灌注材料可以是用于形成支撑结构而不有损于本申请的发明的任何灌注材料。这个空腔可以由本领域中已知的任何手段来制造，所述手段包括但不限于用于在地面层30中形成这种孔洞的钻孔エ序。这个空腔在地面层的表面34中具有开ロ 32。这个开ロ可以表示空腔26的上部 或第一边界40。以这种配置下，空腔向下延伸至第二或底部边界42，且包括沿着空腔轴48在上部边界与下部边界之间延伸的侧壁44。此外，可以结合包括但不限于以下的任何技术使用这个系统螺旋钻就地浇铸(Auger Cast In Place, A. C. I. P.)、钻孔竖井灌注的干燥或底部泥楽· (Drilled Shaft poured dry or under slurry, D. S.)、钻孔挤土桩(DrilledDisplacement pile,D. D.)和/或连续旋翼式螺旋钻(Continuous Flight Auger,C. F. A.) 桩空腔26可以进一歩包括加固结构，包括但不限于钢筋笼50，其具有由绑带(tie)或连接体58进行彼此接合的垂直段52和水平段54。这个结构框架可以安放在整个桩空腔中且采用不有损于本申请的发明的任何形式。链绳可以由钢筋笼接合或支撑或可以由単独的结构支撑，所述单独结构仅被构造来支撑链绳，且与支撑结构中的任何加固笼结构分隔开。此外，传感器链绳可以是任何数目的传感器链绳，且可以平行于空腔轴48向下纵向延伸至桩空腔中，或在其它实施方案中为其它定向，如针对道路或桥梁结构的水平定向，下文将更详细地论述。示出的双链绳配置包括链绳20和链绳22。这些链绳中的每ー个都纵向延伸至桩空腔中且可以固定至钢筋以便在将混凝土灌注至空腔中前保持这些链绳的所需位置。这些链绳中的每ー个都沿着链绳轴64在第一端60与第二端62之间延伸，所述链绳轴可以平行于空腔轴48。在一个实施方案中，第一端60可以是传输端，而第二端62可以是在空腔附近或底部的基座端。然而，该第二端或基座端或多个基座端无需对准，且这些链绳不需要平行，即便平行对最大化系统的准确性来说可能是优选的，下文将更详细地论述。多个传感器70位于端部之间，每ー传感器都被安放沿着轴64的设定位置处，其中这些设置点沿着链绳线隔开指定间隔。这个间隔可以是任何所需的间隔。在一个实施方案中，这个间隔可以是统ー的。在另ー实施方案中，间隔可以是大约六英寸。在其它实施方案中，这些传感器可以被彼此隔开大约十二英寸。在其它实施方案中，每ー链绳的这些传感器的间隔可以不同。此外，存在可以用于本申请的发明的各种各样的间隔。传感器70各自相互接合且由可实质上形成链绳20、22的支柱和/或通信线路74支撑，其中传感器可以由线路74完全支撑，下文也将更详细地论述。线路74可以由本领域中已知的任何方法形成以便进行支撑和/或传达数据。如可了解的，支撑线路可以采用许多形式。类似地，用作通信线路的线路74可以采用许多形式，且可以是本领域中已知的任何能够传输数据的线路，包括但不限于单股易弯金属绞合线或条棒、多股柔韧金属多股绞合线或条棒和/或在需要时被覆盖和/或涂覆的光纤。此外，不管线路74是支柱还是通信线路，无线网络都可以用于全部或部分地传输数据，其中在一组实施方案中，线路74可以甚至是用于本申请的系统的电カ馈电线。为了简明起见，这些线路都统称为导线。在一个实施方案中，线路74是具有一起组合在套管86中的两条导线82和84的电导体80。任何电导体、电缆或导线可以在不有损于本申请的发明的情况下用于导体80。在一个实施方案中，导线82和84可以是标准18号导线。在其它实施方案中可以使用一条导线，且在其它实施方案中可以使用两条以上的导线。然而，将传感器70接 合至导体80以使得在沿着链绳轴的设定位置处该传感器相对于导体保持固定。在ー个实施方案中，传感器70包括电连接器90，其为夹钳型连接器；然而，在不有损于本申请的发明的情况下可以使用任何电连接器。这种夹钳可以是简单的锁定夹钳，其具有第一倒刺92和第二倒刺94，其中倒刺92被构造来刺穿导线82的套管86以形成与导线82的电连接。类似地，倒刺94可以被构造来刺穿导线84的套管86以形成与导线84的电连接。连接器90可以进一歩包括锁定配置96，其可以维持倒刺与各自导线之间的所需的锁定配合，从而维持导线间的电连接。在这个实施方案中，导线可以充当“链绳”且在导线空腔内的传感器各自的设置点处完全支撑起系统的传感器。如可了解的，这种系统可以廉价地制造且可以允许将大量的温度传感器安放在桩空腔内。此外，由于可以使用多个传感器，这些传感器可以准确地固定在设定位置处，其中每ー传感器的温度读数可以与桩内的特定位置准确地相关联，且帮助产生三维温度矩阵，下文将更详细地论述。在另ー实施方案中，一个或多个传感器70可以包括应变消除部98以便减小施加在传感器与线路之间的连接部的应力。如可了解的，灌注エ序可以对这个连接部施加应カ，其中应变消除部可以将这个应カ重新定向以免影响电连接。在本申请的其它实施方案中，传感器可以被接合或模制到通信线路中，其中线路与传感器由同一电缆套管(或次生层)封套，从而进ー步保护传感器、増大刚度并降低制造成本。在这个实施方案和其它实施方案中，这种技术可以包括在传感器与线路之间使用焊接接缝，或本领域中已知的适合用于通信线路的技术的其它接合技木。剩余链绳可以具有类似的构造，因此为了简洁起见本文中将不再详细论述。另外，实际上任何样式的传感器布置都可以用来获得用于混凝土的固化工序的任何所需的内部示意表示或矩阵表示。传感器70可以由本领域中已知的任何方法形成，该方法包括但不限于使传感器包括传感器主体100，该传感器主体靠夹钳90支撑在导线80上，且这个主体可以是电子板。传感器70进ー步包括电结构102,该电结构提供了在传感器70内部的可存在于传感器70中的任何设备之间的内部通信。如可了解的，这种传感器可以包括行业中已知的任何传感设备，包括未来本领域中将被知晓的传感装备。在这方面，传感器70可以包括温度测量设备110，且可以包括用于测量压力、声音、加速度、振动、电阻率、应变、电容、湿气和/或化学成分的一个或多个设备111。传感器70可以进一歩包括内存存储器112，该内存存储器可以存储数据、命令、位置和/或校准数据。传感器70可以进一歩包括传输设备114，该传输设备可以是可用于传达由传感器70获得的数据的发射器、接收器和/或收发器(有线-如所示或无线的)，下文将更详细地论述。传感器70可以进一歩包括对应于沿着链绳轴的传感器的设定位置的电子识别码120，以便由传感器70传达的信息可被定位到在空腔内，从而允许建立出空腔内数据点的详细示意表示。如可了解的，仅希望图4是传感器的示意表示，可以用各种各样的形式来制造传感器，且传感器中的部件可以被组合为代码120，成为内存存储器112的一部分。此外，识别码120可以是每一传感器的唯一地址。传感器70可以进一歩包括传感器外壳122，其部分或完全地包封传感器70且保护ー些或全部电子设备不受桩空腔中的灌注材料影响。这种外壳可以是本领域中已知的任何外壳，包括但不限于灌封材料、保形涂料和/或经过涂覆的聚合物涂料。此外，如上文所论述，这种情况可以包括将传感器模制到线路中。在另ー实施方案中，外壳可以是被构造来部分或完全地包封电子设备的蛤壳式外売。此外，外壳可以被涂刷、喷涂或浸涂而成。此外，这种外壳可以是部分外壳，其中仅涂布了与线路的连接部。接着，传感器70可以被配置来监测某一设定參数(例温度和温度变化)以允许准 确地监测固化工序且确保灌注材料的适当固化。传感器也可以用于根据传感器的读数差异来检测灌注结构内的异常。可以通过观察每一传感器的实时温度和/或通过编译这个信息来完成检测，下文也将更详细地论述。如上文所论述，每ー传感器的识别码或唯一地址可以通过电导体80传输以允许确定特定传感器的精确位置，以便可以将其温度读数定向至桩空腔内的特安放置，从而可以建立三维示意图或矩阵。通过包括传感器识别码，可以定位或列举来自桩空腔内的许多传感器的信息，以在固化灌注材料期间获得灌注桩内温度变化的清晰的三维示意性图像。可以将这个信息提供给当地工程师或甚至提供给处在远程位置的工程师，以使得可以在单个远程位置一次性监测多次灌注的所有详细的三维示意图。如可了解的，可以将这个信息送入计算设备中，该计算设备可以实时地提供固化工序的三维示意图，且在桩的固化期间的所有温度变化可以被绘成图表和/或送入计算系统中，该计算系统可以对灌注桩的完整性进行计算或分级。如本领域中已知，温度异�？梢允枪嘧⒆�内缺陷的标志，其可作为被纳入这些计算中的因素。通过利用附连于垂挂导线(hanging wire)的廉价传感器，可以将大量的传感器以阵列形式安放在桩空腔内。这个传感器阵列可以提供以前用现有技术设备不可能提供的详细信息。此外，由于将传感器固定在给定位置，使人为误差降到最低。此外，由于传感器70的温度传感器与混凝土直接接触，实现了更大的准确性。此外，可以使用三角測量技术来帮助建立固化数据的三维示意性影像，可以再次将固化数据送入计算设备中以产生有价值的信息，从而确定整个灌注桩的完整性。由于每ー传感器具有与其相关联的识别并且每ー传感器都被安放在传感链绳上的设定位置处，如果将链绳准确地安放在桩空腔内，那么可以计算整个桩的温度变化和/或当前温度的准确表示。此外，通过包括本申请的设备的导线链绳布置，额外的温度传感器可被安放在桩内，其中整体结果是在固化工序期间桩温度的更准确的三维矩阵。确实是这样，因为每ー链式温度传感器比现有技术温度传感设备更便宜，并且这些温度传感链绳不包括对现有技术设备来说必需的开ロ空腔。从这种传感装置的低成本构造来考虑，这种导线链绳布置在某种程度上是可获得的，其中该传感装置可以是可随意放置的装置。然而，如可了解的，在某些应用中，链式温度传感器可以被重复使用和/或可重复使用。在其它实施方案中，链绳20、22可以由ー个或多个夹箍130接合至钢筋结构50以较好地将每ー传感器的设定位置固定在空腔内并且减少在灌注期间链绳在空腔内的任何移动。这又可以用于増加可以由系统产生的温度矩阵或示意图的准确性。一旦将链式温度传感器安放在桩空腔内，链式温度传感器就可以与操作系统或计算设备150接合，其中可以在任何时间获得温度读数，且可以用电子方式控制这些温度读数而无人为的介入。在这方面，一旦系统被设置用于监测桩的灌注，计算机系统就可以通过收发器114与传感器70通信以在任何时间或 以设定的时间间隔来读出温度数据，该温度数据可以用于以实时方式、连续方式和/或在设定时间间隔期间建立桩的灌注和/或固化温度的三维阵列或示意图。接着，一旦所述桩大致上固化(大约要花18-30小吋)，就可以从设备150中的数据存储器或从数据存储器112中检索这个数据来评估灌注的结构。这个信息可以在本地得到检查或由收发器装置152传输至远程位置再加以检查。此外，如果将数据从现场传输至现场以外的位置，那么可以在现场或在远程位置实现实时检查。这可以包括使用传感设备内的收发器和/或现场计算机以及所存储的计算机数据。传感器70可以无线方式或由ー组或多组通信线路160和162与设备150通信，该通信线路可以由支架164支撑在桩孔的上方。參看图2和图3A至图3D，本申请的发明可以包括许多形式的链绳阵列。在这方面，根据本发明的方面，系统10内可以使用任何数目的传感器链绳来监测灌注空腔。图3A至图3D为若干这样的布置的实施例，但并不意图示出所有可能的布置。如可了解的，用于系统10内的传感器链绳21的数目的増加可以提供要由系统10监测的特性的更准确的示意图矩阵。所有这些链绳都可以与类似的操作系统150接合或可以根据需要连接至単独的操作系统。此外，在不有损于本申请的发明的情况下，每ー链绳和/或传感器可以具有ー个操作系统。另外，在不有损于本申请的发明的情况下，一个或多个传感器链绳的传感器之间的间隔可以不同。在其它实施方案中，ー个或多个传感器链绳可以具有ー个以上传感器的布置，以使得(仅举例而言)所有每隔ー个传感器就包括ー个温度传感器，而链绳内的其它传感器包括以上提及的其它传感器中的ー个。尽管这可能降低矩阵的分辨率，但可以単独地监测単独的參数。图2中示出的是具有传感器链绳21A-21D的传感器布置170。传感器链绳21A仅包括仅具有温度传感器的传感器70，而链绳21B包括传感器70与传感器70A，其中传感器70A具有所述的其它传感器中的一个或多个传感器。链绳21C示出处于不同间隔处的传感器，其又可以用于调节系统产生的矩阵。链绳21D包括传感器70与传感器70A，其中传感器70A位于空腔内的不同位置处。參看图5和图6，示出本申请的发明的其它用法的实施例。在这方面，示出的是使用本申请的设备来监测结构和/或上层结构的ー些或所有部分(甚至在建造阶段后也进行检测)。在这方面，如以上更详细论述的，本申请的链绳可以形成灌注结构的固定部分，因为将可固化材料直接灌注至本申请的传感器的链绳阵列上，其中将可固化材料永久地浇铸在桩或支撑结构中。这不仅节约了成本还提高了准确度(如上文论述)，而且还可以用于监测结构，甚至检测建造完成后的结构。在这方面，可以在完工后 呆作传感设备和 呆作系统以继续监测物理特性(例如温度变化)，从而在操作结构期间实现缺陷測定或实现任何其它目的。示出的是具有根据本申请的某些方面的一个或多个传感系统的道路结构的透视图，所述传感系统被嵌入这个上层结构的多个部件中。更具体来说，桥梁结构200包括桩202、道路面层204和侧面桥礅206。这些部件中的每ー个都可以包括ー个或多个传感器链绳21，该传感器链绳不但可以在这些结构的灌注エ序期间使用，而且甚至在道路完工后也可以使用。温度变化可以是在灌注エ序期间以及在完全固化结构后这些结构内异常的标志。对于桩202来说，在桩的侧面部分212上示出异常部位210。因为传感器链绳21A延伸穿过这个异常部位且可以用于帮助检测异常部位，所以工作人员可以在损坏再加重之前评估和修理异常部位。在这方面，传感器70A和70B在异常部位210内，且传感器70C邻近所述异常部位。由于传感器70A和70B暴露于环境要素更多，所以这些传感器可以比传感器 70C记录到更大的温度变化。这个信息可以被短期或长期地存储和/或可以通过可移动的内存存储器、信息输出端(如，通过USB端ロ或以无线方式)来转移。或者，可以通过收发器216将这个信息传达至远程监测站，该远程监测站可以接着使用这个信息来确定在这个结构内是否存在异常部位或缺陷的机会。接着，一旦确定在桩结构内可能存在缺陷或异常部位，就可以派遣服务人员去检查结构并且确认是否需要进行工作。可以使用这个方法来更有效地将工作人员派遣至可能存在结构问题。在其它实施方案中，系统和/或监测站可以产生可以由经过的道路工作车辆检测的信号，以用信号通知道路工作人员停エ来检查可能的异常。类似地，侧面结构206可以包括与收发器220接合的传感器链绳21B和21C，其中示出为裂缝222的缺陷可以在传感器70D中产生与这结构内的相邻传感器相对比的温度偏差。此外，可以在一段时间周期中监测数据以确定是否需要采取进一歩的措施来修理这结构。这同样适用于道路204，在这附图中，道路204包括经过某些传感器附近的裂缝230和凹坑232。裂缝230经过链绳21D的传感器70E附近，其中传感器70E可以检测出比相邻传感器70F更大的温度变化，以使得监测站和/或系统可以用合理数量的确定性来确定需要另ー动作且需要将工作人员派遣至特定位置。通过包括这些监测布置，可以基于从系统产生的实时信息更有效地派遣工作人员。类似地，也可以监测道路表面状況。例如，传感器可以用于帮助检测在传感器70G附近的凹坑232。再次，可以对传感器70G的温度变化与相邻传感器70H的温度变化进行比较，以便帮助确定在道路表面中可能存在的缺陷。在其它实施方案中，这个操作能够用于检测道路状況，如冬天道路的结冰状況。在其它实施方案中，系统能够使用能量采集器240，其可以是本领域中现已知或本领域未来将知晓已知的任何能量采集器，包括但不限于太阳能系统和通过利用振动产生动力的设备。能量采集器可以用于产生操作系统所需的必需动力。这可对于不具有电源的远程应用来说很有帮助。此外，系统能够这样操作其中仅以设定的时间间隔来传输信息以进一步节约能源的使用。參看图7，示出了浇铸桩的灌注，表示本申请的发明的一组实施方案。更具体来说，示出了在灌注或填充桩空腔期间利用的本申请的传感系统10。在这方面，桩空腔的填充可为困难的程序，因为经常将泥浆300抽入桩空腔26中以在将混凝土灌注至空腔中之前和期间维持空腔壁44的完整性。更具体来说，示出了灌注エ序，其中通过安放在空腔中的填充管310将混凝土 302抽入空腔26中，以使得经由管310在空腔的底部42附近开始抽吸或灌注混凝土 302。这个エ序迫使泥浆300朝向空腔26的顶部32向上并溢出顶部。因此，在将混凝土抽入空腔的底部部分中时，泥浆300在空腔内被向上推。当混凝土 302的顶部边界或水平面314在空腔中升高时，必须将填充管310从空腔的底部向上拉起，以使得填充管310的底部316保持紧密接近混凝土 302与泥浆300之间的边界314。然而，移取填充管太快以使得端部316移动到边界314上方进入泥浆300中，可以造成灌注桩中的瑕疵。另ー方面，保持填充管在边界314下方的混凝土部分中太深会阻止混凝土流出该管并且在混凝土抽吸装备上施加过度的应变。因此，需要监测这エ序且維持填充管的开ロ尽可能接近边界314但位于边界314下方。现有技术的填充技术包括监测抽入桩空腔中的混凝土的体积以及使用这个信息来确定从孔洞取出填充管的速率。由于移取填充管太快可以产生桩的瑕疵，所以误差总是在保持填充管在孔洞中太深的情况下出现，这会不利地影响エ序的效率并缩短装备的预期使用寿命。通过利用根据本申请的发明的传感系统，混凝土与泥浆之间的分界线可以由每ー传感器70处的温度变化来准确地检測。可以实现这种准确性，因为这些传感器都位于桩空腔内的已知位置处。当线路经过传感器时，传感器将开始显示由混凝土的固化产生的温度升高。可以将这个信息传达至填充操作的操作员，其中这个填充线路可以被准确地监测且可以是从空腔26取出填充管310的速率的依据。在一个实施方案中，在传感链绳上每六英寸绑系一个传感器，并且可以在灌注エ序期间启动传感设备。可以通过链绳21A-21D的通信线路80A-80D将这些传感器所产生的数据传达至操作系统或显示器，其中负责填充操作的操作员可以获得有关空腔内的边界314水平面变化的实时信息。这个信息可以接着用于取出填充管且用于将填充管的开ロ维持在泥浆/混凝土分界线下方的所需位置。在另ー实施方案中，可以直接将这个信息发送至填充操作的操作系统，以使得依据从传感器接收的信息来自动地控制填充管。接着，一旦灌注エ序完成，传感链绳可以保留在适当的位置，且可以用于监测固化エ序(如上文描述)。因此，根据本申请的发明的传感器不但有助于灌注エ序，而且有助于在エ序完成后确定桩的完整性。此外，传感器可以在桩已被固化后用于其它传感应用，因为传感器被保留在桩内。这个信息可以用于确保实现适当的灌注，且确保被灌注的混凝土的适当混合。在一个实施方案中，系统可以用于确定桩在何时已固化至所需状态，以便帮助加速建造エ序。由于过早地装载桩可以损坏桩的结构完整性，所以在对桩施加任何负载之前，工作人员通常等待整整28天。这28天的时间是依据以下行业数据灌注材料(如混凝土和水泥浆)将在28天中得到固化。然而，由于以前很难确定桩已实际上达到“完全固化”状况的点，所以这28天的固化周期存在着重大的安全问题，且桩实际上可能第28天前良好地达到了“完全固化”。因此，可能在确保桩的适当固化方面浪费了时间。本申请的系统可以用于确定桩何时已达到“初始固化”，通常要花大约18-30小吋。接着，系统可以保持运转以确定桩或结构构件何吋“完全固化”，以便施工人员不必在等待完整的28天。在许多情形下，灌注材料可以在28天前良好地“完全固化”，且这个信息可以用于缩短对桩灌注与对桩施加负载之间的滞后期。在道路应用情况下，这个信息可以缩短对道路表面灌注与允许车辆在这个道路表面上行驶之间的滞后期。如可了解的，这个信息可以用于任何应用中以确定达到“完全固化”的点，以便缩短固化前置时间。如也可了解，相反情况可以适用，其中存在结构构件在28天中不“完全固化”的情形，其中可以使用本申请的系统向工人发出警报并且帮助防止过早地装载该结构。这种固化测试可以包括测试桩的水合能的水平以确定固化工序的状态。水合能的缺乏可以用于确定“完全固化”的点。此外，一旦桩达到所需的水合能或“完全固化”，就可以对桩装载或可以使用该结构。在本申请的发明的其它实施方案中，链式温度传感器可以安放在纵向延伸的通道内，如在桩的灌注之前由安放在桩空腔内的PVC管形成的那些通道。在这些管中，传感器的位置仍是固定的且可以产生本申请的其它实施方案中描述的温度矩阵，但是允许了链绳被移取并重复使用。 在其它实施方案中，通信线路可以包括多个传输点。在这方面，在一组实施方案中，传输线路具有第一端和第二端，其中这些末端中的ー个末端是可以与操作系统接合或甚至与传输设备接合以传达来自传感器的数据供处理和/或分析的传输端。在其它实施方案中，第一端与第二端两者都可以是用于传达数据的传输端。此外，线路可以甚至在线路的第一端与第二端之间具有ー个或多个额外的传输点350(參见图I)，且这些链绳也可以具有两个以上的末端。在一个实施方案中，线路包括在第一端与第二端之间的传输点350,其中通过本领域中已知的任何方法将这个传输点接合至操作系统，所述方法包括直接线路连接或甚至是射频“RF”连接。在另ー实施方案中，这个传输点是接合系统中的两个邻线或所有线路的线路连接器352。如可了解的，在任何通信线路中的故障可以导致传感器的整个链绳的所有数据的丢失。通过包括多个传输点，可以将该丢失減少到只有链绳的一部分丢失数据的情况。在其它实施方案中，姆ー传感器都可以是传输点，其中姆ー传感器将包括收发器，其被配置来通过本领域中已知的任何方法直接连接至操作系统，所述方法包括但不限于RF通信。在其它实施方案中，本申请的导线链绳可以是以许多构造中的任何ー个构造来大量生产。一个这样的构造将是以定位在特定距离处的100个传感器制造的导线，其中从I至100的姆一传感器都可以具有一种内建式电子位置识别(built in electronic locationidentification)，以便每一温度读数与特定传感器和导线上的特定位置相关联。在其它实施方案中，可以在制造链绳后乃至需要时在现场来分配识别码或地址。此外，可将根据本申请的其它方面的传感导线制造成多个标准长度，其具有根据特定长度而定的许多传感器。例如，可以制造五个不同长度的传感导线链绳，其中五种尺寸中的各种尺寸将是(例如)15、25、35、65和100米长，且终端用户将基于要灌注的桩的尺寸挑选这些尺寸中的ー种或多种(或其它尺寸)。在其它实施方案中，这些设定长度的链绳可以包括位于两端的连接设备，以使得可以串联连接ー个以上的标准链绳。端盖可以用于覆盖任何给定串联中的最后一条链绳的底部。在其它实施方案中，可以基于应用或使用或产品或基于客户需求将链绳制造成定制长度，在其它实施方案中，链绳可以被现场切割或特制，并且将切割的部分如由端接电阻器进行密封或适当地端接。这些导线链绳可以呈线圈形式且可以包括用于指定导线内的每ー传感器的识别的记号。例如，这些识别可以从I编号到100，以第一传感器为顶部传感器，且编号最高的传感器为桩空腔内的最低传感器。可以在将导线链绳安放在导线空腔内期间记录这个信息，其中可以将每一传感器安放在桩空腔内的已知位置处，以使得一旦将信息从传感器传输至监测器和/或计算设备，就可以建立出三维阵列。如上文所论述，在不有损于本申请的发明的情况下，本申请的系统可以使用除温度传感器以外的其它传感设备。这些其它设备可以是传感器70的一部分，或这些其它设备可以沿着线路74与传感器70分开。此外，这些其它传感器设备可以安装在エ厂或现�。�且可以用任何样式(如用与传感器70交替的样式)来使用，以使得每ー传感器可以产生其自身的三维阵列。此外，在本申请的其它实施方案中，可以结合其它测试程序利用温度传感器和这些其它传感设备。在这方面，如上文所论述，本申请的系统可以包括ー个或多个其它传感设备，如用于测量压力、声音、加速度、振动、电阻率、应变、电容、湿气和/或化学成分的设备。这些其它设备可以用于如声学测试的程序，其中用锤子敲打桩的顶部，且分析所得的声波。本申请的系统可以包括传感器以检测和/或记录这些声波，从而帮助测试桩中的瑕疵。 本申请的发明也可以用于能量桩系统，其中灌注桩中的流路是用于加热和/或冷却建筑结构，这类似于地热采暖和冷却系统。本申请的发明可以用于测量桩的或桩中的能量且用于确定桩是否已达到其地热能转移的极限。这个信息可以用于帮助加热和冷却系统更有效地运行，且用于需要ニ级冷却和/或加热方法来补充从桩采集到的能量的点。已參考优选实施方案描述示例性实施方案。显然，在阅读和理解前面的详细描述后，其他技术人员将想到修改和变更。希望将示例性实施方案理解为包括所有这样的修改和变更，只要这些修改和变更在附加权利要求书的范围或其等效范围内即可。
权利要求
1.ー种用于监测成形固体物的系统，所述成形固体物是通过将材料引入成形结构中且通过固化工序将所述成形结构中的所述材料凝固为所述成形固体物来产生，所述成形固体物具有第一边界和相対的第二边界，所述系统包括至少ー个传感器链绳，所述传感器链绳可在所述非固体材料的所述固化工序之前安放在相关联的成形结构中，所述至少一个传感器链绳具有沿着链绳轴在第一端与第二端之间延伸的支撑线路，所述线路具有在所述第一端与所述第二端之间的与所述线路接合的多个传感器，且所述多个传感器中的每ー传感器都被安装在所述第一端与所述第二端之间沿着所述支撑线路的设定位置处，所述每ー传感器都包括传感器主体和电结构，所述传感器主体具有在沿着所述链绳轴的所述设定位置处将所述传感器接合至所述线路的连接器，所述电结构包括传感设备，其被配置来监测在所述设定位置附近的相关联材料的特性，所述电结构进一歩包括对应于沿着所述轴的所述传感器的所述设定位置的电子识别码；所述系统进ー步包括传输设备，所述传输设备用于从所述传感器选择性地传达所述特性和所述识别码。
2.根据权利要求I所述的系统，其中所述支撑线路是通信线路，且所述连接器是用于将所述电结构电接合至所述通信线路的电连接器，所述选择性传达是通过所述通信线路来传达。
3.根据权利要求I所述的系统，其中所述支撑线路是电カ线，且所述连接器是用于将所述电结构电接合至所述电カ线的电连接器。
4.根据权利要求I所述的系统，其中所述传感设备包括温度传感器，所述温度传感器被配置来监测在所述设定位置附近的所述材料的温度。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述温度传感器測量所述材料的实时温度。
6.根据权利要求I所述的系统，其中所述支撑线路是通信线路，且所述连接器是用于将所述电结构电接合至所述通信线路的电连接器，所述选择性传达是通过所述通信线路来传达，所述传输设备电接合至所述通信线路。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述每ー传感器进ー步包括内存存储器，所述内存存储器包括用于以下至少ー个的指令用于所述选择性地传达所述温度的所述传输设备和用于操作所述每ー传感器的所述每ー传感器，所述内存存储器进ー步包括所述识别码。
8.根据权利要求I所述的系统，其中所述传感器进ー步包括用于至少部分地保护所述电结构的传感器外壳。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述外壳至少部分地由涂层形成。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述外壳包括蛤壳。
11.根据权利要求I所述的系统，其中多个传感器中的至少ー个包括在与所述支撑线路的所述连接部处的应变消除部。
12.根据权利要求I所述的系统，其中所述第一边界是在地面层的表面处的孔开ロ，并且所述成形结构从所述表面向下延伸至所述第二边界，所述第一端在所述第一边界附近，且所述第二端在所述第二边界附近。
13.根据权利要求I所述的系统，其中所述支撑线路是通信线路，且所述连接器是用于将所述电结构电接合至所述通信线路的电连接器，所述选择性传达是通过所述通信线路来传达，所述系统进ー步包括操作系统，所述多个传感器通过在所述第一端与所述操作系统接合的所述通信线路来与所述操作系统通信，所述操作系统被配置来至少编译由所述多个传感器产生的数据。
14.根据权利要求I所述的系统，其中所述至少一个传感器链绳为至少3个传感器链绳，所述至少3个传感器链绳。
15.根据权利要求I所述的系统，其中所述识别码是唯一的电子识别码。
16.根据权利要求I所述的系统，其中所述支撑线路是通信线路，且所述连接器是用于将所述电结构电接合至所述通信线路的电连接器，所述选择性传达是通过所述通信线路来传达，所述第一端为传输端，且所述传输端与操作系统接合。
17.根据权利要求I所述的系统，其中所述每ー传感器的所述给定位置是沿着所述链绳轴等间隔分开。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述等间隔是沿着所述链绳轴小于I英尺。
19.根据权利要求I所述的系统，其中所述支撑线路是通信线路，且所述连接器是用于将所述电结构电接合至所述通信线路的电连接器，所述选择性传达是通过所述通信线路来传达，所述通信线路是具有一起组合在套管中的至少两个导线的电导体。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述电连接器包括具有穿透倒刺的锁定夹钳，所述穿透倒刺被构造来穿透所述套管并且电啮合及单独啮合所述至少两个导线中的每ー个。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述通信线路完全支撑所述多个传感器。
22.根据权利要求2所述的系统，其中所述通信线路完全支撑所述多个传感器。
23.根据权利要求2所述的系统，其中所述通信线路是具有包裹所述导线的外套管的双导线导体，所述电连接器包括锁定夹钳，其被构造来穿透所述套管并且单独与所述两个导线中的每ー个电接触，所述锁定夹钳相对于所述双导线导体完全支撑所述每ー传感器，且所述双导线导体完全支撑每一所述传感器，所述至少一个传感器链绳是在所述链绳轴的横向上而彼此间隔分开的至少第一链绳、第二链绳和第三链绳，所述第一传感器链绳具有第一多个传感器、所述第二传感器链绳具有第二多个传感器、所述第三传感器链绳具有第三多个传感器，所述第一、第二和第三多个传感器中的每ー个都具有不同的所述识别码。
24.ー种用于监测成形固体物的系统的传感器链绳，所述成形固体物是通过将材料引入成形结构中且通过固化工序将所述成形结构中的所述材料凝固为所述成形固体物来产生，所述成形固体物具有第一边界和相対的第二边界，所述传感器链绳可在所述非固体材料的所述固化工序之前安放在相关联的成形结构中，所述链绳具有由导体形成的通信线路，所述导体具有由导线套管包裹的至少ー个导线，所述导线套管沿着链绳轴在传输端与終止端之间延伸，所述传输端具有用于形成电连接的至少ー个引线，所述链绳进ー步包括在所述传输端与所述终止端之间与所述通信线路接合的多个传感器，所述多个传感器中的每ー传感器都在所述传输端与所述终止端之间沿着所述通信线路的设定位置处被安装至所述电导体，所述每ー传感器进ー步包括传感器主体和传感器外壳，所述传感器主体包括在所述设定位置处将电结构电接合至所述电导体的电连接器，所述电结构包括温度传感器，其被配置来监测在所述设定位置附近的所述材料的温度，所述电结构进一歩包括对应于沿着所述轴的所述传感器的所述设定位置的电子识别码，以及用于将所述实时温度和所述识别码选择性地传达至所述通信线路的传输设备。
25.根据权利要求24所述的链绳，其中所述至少一个导线为光纤导线。
26.根据权利要求24所述的链绳，其中所述每ー传感器都具有唯一的电子识别码。
27.根据权利要求24所述的链绳，其中所述外壳至少部分地由涂层形成。
28.根据权利要求24所述的链绳，其中所述每ー传感器的所述给定位置是沿着所述链绳轴等间隔分开。
29.根据权利要求28所述的链绳，其中所述等间隔是沿着所述链绳轴小于I英尺。
30.根据权利要求24所述的链绳，其中所述通信线路完全支撑所述多个传感器。
31.根据权利要求24所述的链绳，其中所述每ー传感器进ー步包括内存存储器，所述内存存储器包括用于以下的指令用于所述选择性地传达所述实时温度的所述传输设备，以及存储所述温度和所述识别码。
32.ー种用于监测成形固体物的系统的传感器链绳，所述成形固体物是通过将材料引入成形结构中且通过固化工序将所述成形结构中的所述材料凝固为所述成形固体物来产生，所述成形固体物具有第一边界和相対的第二边界，所述传感器链绳可在所述非固体材料的所述固化工序之前安放在相关联的成形结构中，所述链绳具有沿着链绳轴在第一端与第二端之间延伸的支撑线路，所述传感器链绳进一歩包括在所述第一端与所述第二端之间以已知间隔与所述支撑线接合的多个传感器，所述多个传感器中的每ー传感器都包括传感器主体和传感器外壳，所述传感器主体包括以所述已知间隔将所述每ー传感器接合至所述支撑线路的连接器，所述每ー传感器进ー步包括电结构，所述电结构包括温度传感器，其被配置来监测在所述已知间隔附近的所述材料的温度，所述电结构进一歩包括对应于沿着所述链绳轴的所述每ー传感器的所述已知间隔的电子识别码，以及用于将所述实时温度和所述识别码选择性地传达至操作系统的传输设备。
33.一种测量灌注结构的至少ー种状况的方法，其中所述灌注结构为成形固体物，所述成形固体物是通过将可固化材料引入成形结构中且通过固化工序将所述成形结构中的所述材料凝固为成形固体物来产生，所述方法包括以下步骤 提供具有第一边界和相対的第二边界的成形结构，其中所述成形结构沿着结构轴在所述第一边界与所述第二边界之间延伸； 提供用于监测的系统，所述系统包括至少ー个传感器链绳，所述传感器链绳具有沿着链绳轴在第一端与第二端之间延伸的支撑线路，以及在所述第一端与所述第二端之间与所述支撑线路接合的多个传感器，所述多个传感器中的每ー传感器都被安装在所述第一端与所述第二端之间沿着所述支撑线路的设定位置处，所述每ー传感器都包括传感器主体和传感器外壳，所述传感器主体包括在所述设定位置处将所述每ー传感器接合至所述支撑线路的连接器，所述每ー传感器都包括电结构，所述电结构包括温度传感器，所述温度传感器被配置来监测所述相关联可固化材料的所述设定位置附近的温度，所述电结构进一歩包括对应于沿着所述轴的所述传感器的所述设定位置的识别码，并且所述系统进ー步包括用于选择性地传达所述实时温度和所述识别码的传输设备； 将所述至少ー个链绳安放于所述成形结构中，其中所述第一端在所述第一边界附近且所述链绳轴朝所述第二边界延伸； 将所述可固化材料灌注至所述成形结构中，借此所述链绳至少部分地由所述可固化材料包封； 在所述灌注步骤后监测由所述多个传感器的所述每ー传感器检测的所述温度；使所述每ー传感器的所述温度与所述每ー传感器以及所述每ー传感器的所述设定位置相关联； 将所述相关联温度与所述多个传感器的位置组合；以及， 确定所述灌注结构的所述至少ー种状況。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述成形结构包括在地面中的圆柱孔洞，且所述结构轴与所述孔洞同轴。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述圆柱孔为钻孔，且所述第一边界为所述孔的开ロ。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所述成形结构大体水平地延伸且所述结构轴为大体水平轴。
37.根据权利要求33所述的方法，其中所述支撑线路为通信线路，且所述连接器为用于将所述电结构电接合至所述通信线路的电连接器，所述选择性传达是通过所述通信线路来传达，所述方法进ー步包括以下步骤将每一所述至少一个传感器链绳的所述第一端连接至操作系统，所述操作系统执行监测、关联和组合步骤。
38.根据权利要求26所述的方法，其进ー步包括以下步骤在所述固化工序完成后，监测所述多个传感器的所述实时温度。
全文摘要
本发明提供一种用于监测固体物形成的系统，所述系统具有可在固化工序之前安放在成形结构中的传感器链绳，以及沿着链绳轴在第一端与第二端之间延伸的通信线路。所述链绳进一步包括在两端之间与通信线路接合的多个传感器，且每一传感器都被安装在线路上的设定位置处。每一传感器都具有传感器主体和传感器外壳，且传感器主体包括在设定位置处将电结构电接合至通信线路的电连接器。所述电结构包括温度传感器，所述温度传感器被配置来监测设定位置附近的温度，且所述电结构进一步包括对应于沿着轴的所述传感器的设定位置的电子识别码。所述系统进一步包括用于选择性地传达所述温度和识别码的传输设备。
文档编号G01K1/08GK102822649SQ201180009585
公开日2012年12月12日 申请日期2011年2月11日 优先权日2010年2月17日
发明者乔治·R·皮斯科萨尔克, 弗兰克·劳舍, 迪恩·A·科顿, 迈克尔·费伦斯 申请人:桩基动力测试公司