混凝土泵實時流量測量方法及系統的製作方法

2023-08-03 01:48:56

專利名稱：混凝土泵實時流量測量方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及流量測量的方法及系統，尤其是涉及一種混凝土泵實時流量測 量方法及系統。
背景技術：
混凝土的攪拌和泵送通常是在相距較遠的兩地進行的，攪拌、運輸和施工 方也常為三個不同的單位。建築機械租賃業中因信息不對稱處於劣勢的一方一 一施工用戶方——提出急需流量計量系統(主要是隨泵車的流量計量系統)來 彌補這方面的不足。在泵(車)運行狀態監測、施工管理和施工質量、泵車質 量的評價方面也存在著對流量計量系統的需求。混凝土流量計量技術已成為建 築施工設備中的-一項亟待解決的工程實際應用技術問題，隨車的流量計量裝置 及控制系統、統計管理系統的開發，被國內各主要建築機械生產企業視為新一 代泵車的標誌性功能。
國內外有關混凝土泵流量計量技術的直接研究鮮有報導，正使用或正在研究之 中的計量方法和技術方案包括
(1) 利用位移傳感器、開關傳感器進行流量計量的方法。這種方法釆用開關傳感 器對泵送衝程次數進行記數，並根據按照經驗設定的泵送效率進行活塞式混凝土泵
(泥漿泵)流量的計量。由於不能在計量方法上排除"空行程"及出口壓力變化的 影響，這種方法存在較大計量誤差。
(2) 利用液壓系統信號進行流量計量的方法。這種方法利用液壓系統的壓力信號 與活塞缸往復的對應關係進行混凝土泵的流量計量。這一方法雖具有簡單可靠的特 點，但本質上仍停留在測量液壓驅動活塞的往複次數上，且不能區分背壓信號，在 複雜工況下的精度是很有限的。
(3) 基於實測吸入容積效率的計量方法。通過現場實測混凝土缸吸入容積效率計 算平均吸入容積效率，並測量混凝土缸的活塞在最大行程時每分鐘的衝程數，然後 根據平均吸入容積效率對混凝土泵流量進行計量。該方法原理簡單，可以減少因流 量係數不準確而造成的實際平均流量的誤差。但要求有專門的測量管道，同時也增 加了操作人員的勞動量。不僅耗費時間，頻繁測定也不現實。

發明內容
本發明的目的在於提供一種混凝土泵實時流量測量方法及系統。該系統可以計算混凝土泵實際泵送流量。 本發明採用的技術方案如下
一. 混凝土泵實時流量測量方法
技術領域：
本發明將四個聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將四個超聲波傳感器分 別安裝在四個聲楔中，其中兩個超聲波發射傳感器通過發射模塊向混凝土輸送 管道中流動的混凝土發射一定強度的超聲波，超聲波經過混凝土後被混凝土中 的流動噪聲信號調製，接收模塊通過兩個超聲波接收傳感器檢測出流動噪聲信 號並進行信號處理，提取出含有混凝土流動信息的有用流動噪聲，測量混凝土 通過相距一定距離的兩個截面的時間間隔，計算混凝土的流動速度，由於混凝 土輸送管道的截面積為定值，根據測得的混凝土流速就可以對混凝土泵實時流 量進行測量；該方法的具體步驟如下
1) 將四個聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將四個超聲波傳感器分別安裝 在四個聲楔中；
2) 將發射模塊分別與兩個超聲波發射傳感器連接，使兩個超聲波發射傳感器 一直處於發射狀態；
3) 將接收模塊分別與兩個超聲波接收傳感器連接，一直接收兩個超聲波接收 傳感器輸出的信號；
4) 將高頻振蕩模塊與DSP連接，產生發射超聲波觸發脈衝；
5) 將信號處理模塊與接收模塊連接，對接收模塊檢測出的流動噪聲信號進行 處理；
6) 計算混凝土通過相距一定距離的兩個截面的時間間隔，得到混凝土的流動 速度，由於混凝土輸送管道的截面積為定值，根據測得的混凝土流速就可以對 混凝土泵實時流量進行測量；
式中
e-混凝土泵總的實際流量(m^S-混凝土輸送管道的截面積(m2》u-混凝土 流速(m/s);丄-兩個超聲波發射(接收)傳感器安裝間隔(m); r。-混凝土通過相距 一定距離的兩個截面的時間間隔(s)。
二. 混凝土泵實時流量測量系統
包括混凝土泵；還包括兩個超聲波發射傳感器，兩個超聲波接收傳感器，
四個聲楔，混凝土輸送管道，信號處理模塊，發射模塊，接收模塊，溫度補償 模塊，流量顯示模塊，DSP，串行通信模塊和高頻振蕩模塊；第一聲楔和第三聲 楔分別置於混凝土輸送管道兩側，再沿混凝土輸送管道軸向，第二聲楔和第四 聲楔分別置於混凝土輸送管道兩側，第一超聲波發射傳感器安裝在第一聲楔中， 第二超聲波發射傳感器安裝在第二聲楔中，第一超聲波接收傳感器安裝在第三 聲楔中，第二超聲波接收傳感器安裝在第四聲楔中；發射模塊分別與第一、第 二超聲波發射傳感器連接，接收模塊分別與第一、第二超聲波接收傳感器連接； 信號處理模塊與接收模塊、DSP分別與信號處理模塊，溫度補償模塊，流量顯 示模塊，串行通信模塊和高頻振蕩模塊連接。
所述的第一聲楔和第三聲楔、第二聲楔和第四聲楔均平行分別斜置或垂直 置於混凝土輸送管道兩側。
本發明具有的有益效果是
通過檢測混凝土輸送管道中被流動噪聲信號調製的超聲波，提取出含有混凝 土流動信息的有用流動噪聲，測量混凝土通過相距一定距離的兩個截面的時間間 隔，計算混凝土的流動速度，對混凝土泵實時流量進行測量。測量時不影響混凝 土輸送管道中混凝土的流場分布，而且測量準確度幾乎不受混凝土的溫度、壓力、 濃度等參數的影響。


圖1是本發明的總體結構原理示意圖。 圖2是本發明的硬體結構原理示意圖。 圖3是本發明的軟體結構原理示意圖。 圖4是本發明的工作流程原理示意圖。
圖中1、超聲波發射傳感器，2、超聲波發射傳感器，3、超聲波接收傳感 器，4、超聲波接收傳感器，5、聲楔，6、聲楔，7、聲楔，8、聲楔，9、混凝 土輸送管道，10、信號處理模塊，11、發射模塊12、接收模塊，13、溫度補償 模塊，14、流量顯示模塊，15、 DSP， 16、串行通信模塊，17、高頻振蕩模塊， 18、混凝土泵。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，本發明包括混凝土泵；還包括兩個超聲波發射傳感器l、
2，兩個超聲波接收傳感器3、 4，四個聲楔5、 6、 7、 8，混凝土輸送管道9，信 號處理模塊10，發射模塊11，接收模塊12，溫度補償模塊13，流量顯示模塊 14， DSP15，串行通信模塊16和高頻振蕩模塊17;第一聲楔5和第三聲楔7分
別置於混凝土輸送管道9兩側，再沿混凝土輸送管道9軸向，第二聲楔6
和第四聲楔8分別置於混凝土輸送管道9兩側，第一超聲波發射傳感器1安裝 在第一聲楔5中，第二超聲波發射傳感器2安裝在第二聲楔6中，第一超聲波 接收傳感器3安裝在第三聲楔7中，第二超聲波接收傳感器4安裝在第四聲楔8 中發射模塊ll分別與第一、第二超聲波發射傳感器l、 2連接，接收模塊12 分別與第一、第二超聲波接收傳感器3、 4連接；信號處理模塊10與接收模塊 12、 DSP15分別與信號處理模塊10，溫度補償模塊13，流量顯示模塊14，串行 通信模塊16和高頻振蕩模塊17連接。
所述的第一聲楔5和第三聲楔7、第二聲楔6和第四聲楔8均平行分別斜置 或垂直置於混凝土輸送管道9兩側。
如圖3所示，本發明軟體系統包括自檢和故障處理模塊、參數設置和修改 模塊、測量和信號處理模塊、控制和串行通信模塊以及數據顯示和列印模塊。
本發明的工作過程如下
結合圖2和圖4，啟動測量系統，系統首先進行自檢，然後進行各種測量參 數的設置。DSP程序發出控制信號至高頻振蕩模塊，產生發射超聲波觸發脈衝， 超聲波換能器開始發射超聲波。接收模塊接收到調製信號後，對調製信號進行 濾波、放大和解調，分離出含有流體流速信息的低頻流動信號，輸送至A/D轉 換器進行數據採集，將信號傳輸給DSP。編制DSP程序計算流動噪聲信號的互 相關函數，同時根據實時採集的各種測量參數進行誤差修正和數據處理，計算 實時排量和累積流量，並將計算結果顯示出來。
如圖2所示，超聲波發射傳感器1、 2通過發射模塊11向混凝土輸送管道9 中的混凝土發射一定強度的超聲波，超聲波經過混凝土後被混凝土中的流動噪 聲信號調製，到達超聲波接收傳感器3、 4，然後被接收模塊12接收。通過適當 的信號解調，分別從超聲波接收傳感器3、 4中提取出與混凝土流動狀況有關的 流動噪聲信號x")和少仍。當混凝土在管道內平穩流動時，隨機流動噪聲信號雄) 和KO可以分別看作是來自各態歷經的平穩隨機過程k(W和k的一個樣本 函數。將x(/)和y(O做互相關運算可以得到互相關函數& ("為formula see original document page 7
當超聲波發射傳感器l、 2之間的距離在一定範圍內時，流體流動噪聲信號
x(0和j^)具有一定的相似性，其互相關函數&("會出現一個峰值，該峰值所對 應的時間位移r。即為理想狀態下混凝土從超聲波發射傳感器1到超聲波發射傳
感器2的時間。在該測量系統中，如果超聲波發射傳感器1和超聲波發射傳感 器2之間的距離足夠小，並且超聲波發射傳感器1和超聲波發射傳感器2前後 的直管段比較長，那麼當流體從超聲波發射傳感器1流動到超聲波發射傳感器2 時，流體的流動相對變化較小，可以近似認為該流動系統滿足"凝固"流動模 型假設條件,因此流體的速度"為
由於混凝土輸送管道的截面積S為定值，根據測得的流速"就可以得到混凝 土的流量
2 = " = s.A (3)
本發明採用的器件如超聲波發射傳感器T/R40、超聲波接收傳感器T/R40、 發射模塊RBA-24、接收模塊RBA-23、串行通信模塊ADAM-4510I、髙頻振蕩 模塊FU-19、溫度補償模塊143-131A、信號處理模塊KLM-4701、流量顯示模 塊LCM141和DSP市面上均可購買。
權利要求
1.一種混凝土泵實時流量測量方法，其特徵在於將四個聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，四個超聲波傳感器分別安裝在四個聲楔中，其中兩個超聲波發射傳感器通過發射模塊向混凝土輸送管道中流動的混凝土發射一定強度的超聲波，超聲波經過混凝土後被混凝土中的流動噪聲信號調製，接收模塊通過兩個超聲波接收傳感器檢測出流動噪聲信號並進行信號處理，提取出含有混凝土流動信息的有用流動噪聲，測量混凝土通過相距一定距離的兩個截面的時間間隔，計算混凝土的流動速度，由於混凝土輸送管道的截面積為定值，根據測得的混凝土流速就可以對混凝土泵實時流量進行測量；該方法的具體步驟如下1)將四個聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將四個超聲波傳感器分別安裝在四個聲楔中；2)將發射模塊分別與兩個超聲波發射傳感器連接，使兩個超聲波發射傳感器一直處於發射狀態；3)將接收模塊分別與兩個超聲波接收傳感器連接，一直接收兩個超聲波接收傳感器輸出的信號；4)將高頻振蕩模塊與DSP連接，產生發射超聲波觸發脈衝；5)將信號處理模塊與接收模塊連接，對接收模塊檢測出的流動噪聲信號進行處理；6)計算混凝土通過相距一定距離的兩個截面的時間間隔，得到混凝土的流動速度，由於混凝土輸送管道的截面積為定值，根據測得的混凝土流速就可以對混凝土泵實時流量進行測量；
2. —種混凝土泵實時流量測量系統，包括混凝土泵(18);其特徵在於還包 括兩個超聲波發射傳感器(l、 2)，兩個超聲波接收傳感器(3、 4)，四個聲楔(5、 6、 7、 8)，混凝土輸送管道(9)，信號處理模塊(IO)，發射模塊(ll)，接收模塊(12)，溫度補償模塊(13)，流量顯示模塊(14)， DSP(15)，串行通信模塊(16)和高頻振蕩 模塊(17);第一聲楔(5)和第三聲楔(7)分別置於混凝土輸送管道(9)兩側，再沿混 凝土輸送管道(9)軸向，第二聲楔(6)和第四聲楔(8)分別置於混凝土輸送管道(9) 兩側，第一超聲波發射傳感器(1)安裝在第一聲楔(5)中，第二超聲波發射傳感器 (2)安裝在第二聲楔(6)中，第一超聲波接收傳感器(3)安裝在第三聲楔(7)中，第二 超聲波接收傳感器(4)安裝在第四聲楔(8)中；發射模塊(ll)分別與第一、第二超 聲波發射傳感器(l、 2)連接，接收模塊(12)分別與第一、第二超聲波接收傳感器 (3、4)連接；信號處理模塊(10)與接收模塊(12)、DSP(15)分別與信號處理模塊(10)， 溫度補償模塊(B)，流量顯示模塊(14)，串行通信模塊(16)和高頻振蕩模塊(17) 連接。
3.根據權利要求2所述的一種混凝土泵實時流量測量系統，其特徵在於所 述的第一聲楔(5)和第三聲楔(7)、第二聲楔(6)和第四聲楔(8)均T行分別斜置或垂 直置於混凝土輸送管道(9)兩側。
全文摘要
本發明公開了一種混凝土泵實時流量測量方法及系統。將裝有超聲波傳感器的四個聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，其中兩個超聲波發射傳感器通過發射模塊向混凝土輸送管道中流動的混凝土發射一定強度的超聲波，超聲波經過混凝土後被混凝土中的流動噪聲信號調製，接收模塊通過兩個超聲波接收傳感器檢測出流動噪聲信號並進行信號處理，提取出含有混凝土流動信息的有用流動噪聲，測量混凝土通過相距一定距離的兩個截面的時間間隔，計算混凝土的流動速度，由於混凝土輸送管道的截面積為定值，根據測得的混凝土流速就可以對混凝土泵實時流量進行測量。測量時不影響混凝土輸送管道中混凝土的流場分布，且測量準確度幾乎不受混凝土的溫度、壓力、濃度等參數的影響。
文檔編號G01F1/66GK101178322SQ20071016441
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月29日 優先權日2007年11月29日
發明者劉會勇, 偉 李, 顧大強 申請人:浙江大學