一种基于超声阵列的搅拌站容器混凝土均匀程度检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于超声阵列的搅拌站容器混凝土均匀程度检测方法及系统，本发明专利技术的超声检测方法通过计算均匀度，实时监测混凝土搅拌的均匀度可以实现混凝土均匀度的快速测量，得到搅拌容器中的实时新拌混凝土密度值；尤其适用于对混凝土均匀度要求高的土建工程、水利工程等施工领域，本发明专利技术的方法和系统解决了搅拌不均匀、影响混凝土质量技术问题，对于混凝土产品的安全使用和高效生产都具有十分重要的社会效益和经济效益。重要的社会效益和经济效益。重要的社会效益和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声阵列的搅拌站容器混凝土均匀程度检测方法及系统


[0001]本申请涉及建筑工程领域，尤其涉及一种基于超声阵列的搅拌站容器混凝土均匀程度检测方法及系统。

技术介绍

[0002]在建筑工程项目施工中，需要使用大量的混凝土材料，混凝土对于建筑工程项目的质量起到了至关重要的作用。在建筑项目实际施工过程中，由于混凝土材料受到自然条件、技术因素以及人为因素等方面的影响，极有可能给混凝土结构带来质量问题，甚至会危及到建筑物投入使用时的安全性。通常混凝土品质的优劣，体现在砂石骨料生产工艺、原材料称量差异以及搅拌均匀性差异等方面。因此，水泥混凝土的均匀度检测在建筑施工领域是极为必要的，它直接影响到水泥混凝土的施工性能、力学性能以及使用寿命。
[0003]搅拌是使混合料趋于匀质化的过程，是混凝土生产中的关键工序，目前普遍采用的混凝土均匀度检测方法主要为水洗筛分法，通过人工水洗、筛分、烘干和称量，计算混凝土的均匀性，费时费力且仅适用于实验室配比检测，缺乏时效性和现场性。现有的技术手段为在传统水洗筛分法的基础上开发自动筛分装置，进行现场的在线混凝土均匀度检测。在实际应用中发现，拌和后宏观上均匀的混凝土，在微观上仍然存在许多不均匀的水泥团，这些问题的存在，与混凝土拌和物的均匀性好坏息息相关，影响到水泥混凝土的质量。综上，亟待开发一种高效即时检测新拌混凝土均匀度的方法。

技术实现思路

[0004]为解决混凝土搅拌不均匀、影响混凝土质量技术问题，本专利技术提供了一种基于超声阵列的搅拌站容器混凝土均匀程度检测方法，包括以下步骤：
[0005]步骤一、控制模块控制驱动模块发出信号，驱动超声探头发射超声波；
[0006]步骤二、接收探头接收容器中新拌混凝土传播的超声波信号；
[0007]步骤三、信号调理模块对接收到的超声信号进行放大和滤波处理；
[0008]步骤四、控制模块对接收到的信号调理模块输出信号进行采样，计算超声波在混凝土固定距离内的传输时间；
[0009]步骤五、根据步骤四得到的超声传输时间，计算新拌混凝土的线密度；
[0010]步骤六、根据步骤五得到的混凝土的线密度，计算混凝土的面密度；
[0011]步骤七、根据步骤六得到的混凝土的面密度，计算新拌混凝土的均匀度；
[0012]步骤八、根据步骤七得到的混凝土的均匀度U，判断混凝土拌合物的均匀程度，决定是否继续对容器中的水泥混凝土进行搅拌，若U＝0，检测过程结束；若U值不等于0，则搅拌器工作，继续搅拌一段时间，等待下次的均匀度检测。
[0013]优选的，步骤五所述计算线密度的计算过程如下：
[0014]超声波的传播速度与介质密度和弹性模量的关系式为：
[0015][0016]式(1)中，c为超声波在混凝土拌和物中的传播速度，ρ为混凝土的密度，k为混凝土的弹性模量；
[0017]超声波的传播速度与传播时间的关系式为：
[0018][0019]式(2)中，d为超声波在混凝土拌合物中的传播距离，t为超声波在混凝土中的传播时间；
[0020]由式(1)和式(2)可得，超声波第一声道测得的新拌混凝土线密度为：
[0021][0022]式(3)中，ρ
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为超声阵列模块中第一层面第一声道测得的新拌混凝土线密度；
[0023]所述新拌混凝土同一层面其他声道的线密度计算方法同公式(3)。
[0024]优选的，步骤六所述计算混凝土的面密度的计算过程如下：
[0025][0026]式(4)中，ρ1为超声阵列模块中第一层面的面密度，n为超声阵列第一层面的超声探头数量；
[0027]所述新拌混凝土其他层面的面密度计算方法同公式(4)。
[0028]优选的，步骤七所述计算新拌混凝土的均匀度的计算过程如下：
[0029][0030]式中式中为超声阵列各层面的平均密度，ρ0为新拌混凝土的理论密度，m为超声阵列检测的混凝土层数。
[0031]一种基于超声阵列的搅拌站容器混凝土均匀程度检测系统，其特征在于，包括超声换能器阵列模块、驱动模块、信号调理模块、电源模块、单片机模块和显示模块组成；其中超声换能器阵列模块与信号调理模块连接，信号调理模块与单片机模块连接，单片机模块与显示模块、电源模块连接和驱动模块连接，电源模块分别与超声换能器阵列模块、信号调理模块、单片机模块和驱动模块连接。
[0032]优选的，所述超声换能器阵列模块由多个超声波压电探头排列组成，超声波压电探头包括单收单发探头和收发一体探头；所述超声波换能器的频率范围为100
‑
800KHz。
[0033]优选的，所述超声换能器阵列模块由多个插入式水浸超声发射、接收探头排列组成。
[0034]优选的，所述超声换能器阵列模块由多个外壁式平超声发射、接收探头排列组成。
[0035]优选的，所述超声换能器阵列模块由多个接触式水浸超声发射、接收探头排列组成。
[0036]优选的，所述超声换能器阵列模块由多个接触式水浸超声收发探头排列组成。
[0037]本专利技术的有益效果如下：本专利技术针对无法实时检测搅拌站内容器混凝土均匀度的问题，设计了基于超声阵列的均匀度检测系统与方法，能够通过基于超声阵列系统，监测混凝土拌合物的均匀度，实时调整混凝土的搅拌时间，以获得均匀性好，密实度优良的混凝土，本专利技术适用于各种不同材料容器内的混凝土拌合物检测，使混凝土材料的质量得到更好的保障，对提高建筑物整体的质量具有重要意义。
附图说明
[0038]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0039]图1为本专利技术实施例所述的云凝土均匀度检测流程图；
[0040]图2为本专利技术实施例所述的检测系统结构示意图；
[0041]图3为本专利技术实施例所述的超声换能器阵列模块结构组成示意图一；
[0042]图4为本专利技术实施例所述的超声换能器阵列模块结构组成示意图二；
[0043]图5为本专利技术实施例所述的超声换能器阵列模块结构组成示意图三；
[0044]图6为本专利技术实施例所述的超声换能器阵列模块结构组成示意图四；
[0045]图7为专利技术实施例所述的均匀度检测状态示意图。
[0046]图中1
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超声换能器阵列模块，2
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电源模块，3
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驱动模块，4
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信号调理模块，5
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单片机模块，6
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显示模块，7
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混凝土容器，1.1～1.9
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插入式水浸超声发射探头，2.1～2.9
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插入式水浸超声接收探头，3.1～3.9
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外壁式平超声发射探头，4.1～4.9
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外壁式平超声接收探头，5.1～5.9<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声阵列的搅拌站容器混凝土均匀程度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.控制模块控制驱动模块发出信号，驱动超声探头发射超声波；S2.接收探头接收容器中新拌混凝土传播的超声波信号；S3.信号调理模块对接收到的超声信号进行放大和滤波处理；S4.控制模块对接收到的信号调理模块输出信号进行采样，计算超声波在混凝土固定距离内的传输时间；S5.根据步骤S4得到的超声波传输时间，计算新拌混凝土的线密度；S6.根据步骤S5得到的新拌混凝土线密度，计算混凝土的面密度；S7.根据步骤S6所得混凝土的面密度，计算新拌混凝土的均匀度；S8.根据步骤S7所得混凝土的均匀度U，判断混凝土拌合物的均匀程度，若U＝0，搅拌器停止拌和，检测过程结束；若U值不等于0，则搅拌器工作，等待下次的均匀度检测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5所述计算线密度的计算过程如下：超声波的传播速度与介质密度和弹性模量的关系式为：式(1)中，c为超声波在混凝土拌和物中的传播速度，ρ为混凝土的密度，k为混凝土的弹性模量；超声波的传播速度与传播时间的关系式为：式(2)中，d为超声波在混凝土拌合物中的传播距离，t为超声波在混凝土中的传播时间；由式(1)和式(2)可得，超声波第一声道测得的新拌混凝土线密度为：式(3)中，ρ
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为超声阵列模块中第一层面第一声道测得的新拌混凝土线密度；所述新拌混凝土同一层面其他声道的线密度计算方法同公式(3)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S6所述计算混凝土的面密度的计算过程如下：式(4)中，ρ1为超声阵列模块中第一层面的面密度，n为超声阵列第一层面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞，孙采鹰，王金明，郝斌，任晓颖，刘丕亮，张孟喜，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：