專利名稱：混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量測(cè)量的方法及系統(tǒng)，尤其是涉及一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè) 量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
混凝土的攪拌和泵送通常是在相距較遠(yuǎn)的兩地進(jìn)行的，攪拌、運(yùn)輸和施工 方也常為三個(gè)不同的單位。建筑機(jī)械租賃業(yè)中因信息不對(duì)稱處于劣勢(shì)的一方一 一施工用戶方——提出急需流量計(jì)量系統(tǒng)(主要是隨泵車的流量計(jì)量系統(tǒng))來 彌補(bǔ)這方面的不足。在泵(車)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、施工管理和施工質(zhì)量、泵車質(zhì) 量的評(píng)價(jià)方面也存在著對(duì)流量計(jì)量系統(tǒng)的需求。混凝土流量計(jì)量技術(shù)已成為建 筑施工設(shè)備中的-一項(xiàng)亟待解決的工程實(shí)際應(yīng)用技術(shù)問題，隨車的流量計(jì)量裝置 及控制系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)的開發(fā)，被國內(nèi)各主要建筑機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)視為新一 代泵車的標(biāo)志性功能。
國內(nèi)外有關(guān)混凝土泵流量計(jì)量技術(shù)的直接研究鮮有報(bào)道，正使用或正在研究之 中的計(jì)量方法和技術(shù)方案包括
(1) 利用位移傳感器、開關(guān)傳感器進(jìn)行流量計(jì)量的方法。這種方法釆用開關(guān)傳感 器對(duì)泵送沖程次數(shù)進(jìn)行記數(shù)，并根據(jù)按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的泵送效率進(jìn)行活塞式混凝土泵
(泥漿泵)流量的計(jì)量。由于不能在計(jì)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(jì)量誤差。
(2) 利用液壓系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行流量計(jì)量的方法。這種方法利用液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào) 與活塞缸往復(fù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行混凝土泵的流量計(jì)量。這一方法雖具有簡單可靠的特 點(diǎn)，但本質(zhì)上仍停留在測(cè)量液壓驅(qū)動(dòng)活塞的往復(fù)次數(shù)上，且不能區(qū)分背壓信號(hào)，在 復(fù)雜工況下的精度是很有限的。
(3) 基于實(shí)測(cè)吸入容積效率的計(jì)量方法。通過現(xiàn)場實(shí)測(cè)混凝土缸吸入容積效率計(jì) 算平均吸入容積效率，并測(cè)量混凝土缸的活塞在最大行程時(shí)每分鐘的沖程數(shù)，然后 根據(jù)平均吸入容積效率對(duì)混凝土泵流量進(jìn)行計(jì)量。該方法原理簡單，可以減少因流 量系數(shù)不準(zhǔn)確而造成的實(shí)際平均流量的誤差。但要求有專門的測(cè)量管道，同時(shí)也增 加了操作人員的勞動(dòng)量。不僅耗費(fèi)時(shí)間，頻繁測(cè)定也不現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以計(jì)算混凝土泵實(shí)際泵送流量。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一. 混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明將四個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將四個(gè)超聲波傳感器分 別安裝在四個(gè)聲楔中，其中兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器通過發(fā)射模塊向混凝土輸送 管道中流動(dòng)的混凝土發(fā)射一定強(qiáng)度的超聲波，超聲波經(jīng)過混凝土后被混凝土中 的流動(dòng)噪聲信號(hào)調(diào)制，接收模塊通過兩個(gè)超聲波接收傳感器檢測(cè)出流動(dòng)噪聲信 號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理，提取出含有混凝土流動(dòng)信息的有用流動(dòng)噪聲，測(cè)量混凝土 通過相距一定距離的兩個(gè)截面的時(shí)間間隔，計(jì)算混凝土的流動(dòng)速度，由于混凝 土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流 量進(jìn)行測(cè)量；該方法的具體步驟如下
1) 將四個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將四個(gè)超聲波傳感器分別安裝 在四個(gè)聲楔中；
2) 將發(fā)射模塊分別與兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器連接，使兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器 一直處于發(fā)射狀態(tài)；
3) 將接收模塊分別與兩個(gè)超聲波接收傳感器連接，一直接收兩個(gè)超聲波接收 傳感器輸出的信號(hào)；
4) 將高頻振蕩模塊與DSP連接，產(chǎn)生發(fā)射超聲波觸發(fā)脈沖；
5) 將信號(hào)處理模塊與接收模塊連接，對(duì)接收模塊檢測(cè)出的流動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行 處理；
6) 計(jì)算混凝土通過相距一定距離的兩個(gè)截面的時(shí)間間隔，得到混凝土的流動(dòng) 速度，由于混凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì) 混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量；
式中
e-混凝土泵總的實(shí)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(gè)超聲波發(fā)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(gè)截面的時(shí)間間隔(s)。
二. 混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量系統(tǒng)
包括混凝土泵；還包括兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器，兩個(gè)超聲波接收傳感器，
四個(gè)聲楔，混凝土輸送管道，信號(hào)處理模塊，發(fā)射模塊，接收模塊，溫度補(bǔ)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 楔分別置于混凝土輸送管道兩側(cè)，再沿混凝土輸送管道軸向，第二聲楔和第四 聲楔分別置于混凝土輸送管道兩側(cè)，第一超聲波發(fā)射傳感器安裝在第一聲楔中， 第二超聲波發(fā)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(fā)射模塊分別與第一、第 二超聲波發(fā)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(hào)處理模塊與接收模塊、DSP分別與信號(hào)處理模塊，溫度補(bǔ)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 置于混凝土輸送管道兩側(cè)。
本發(fā)明具有的有益效果是
通過檢測(cè)混凝土輸送管道中被流動(dòng)噪聲信號(hào)調(diào)制的超聲波，提取出含有混凝 土流動(dòng)信息的有用流動(dòng)噪聲，測(cè)量混凝土通過相距一定距離的兩個(gè)截面的時(shí)間間 隔，計(jì)算混凝土的流動(dòng)速度，對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)不影響混凝 土輸送管道中混凝土的流場分布，而且測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受混凝土的溫度、壓力、 濃度等參數(shù)的影響。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖3是本發(fā)明的軟件結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖4是本發(fā)明的工作流程原理示意圖。
圖中1、超聲波發(fā)射傳感器，2、超聲波發(fā)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(hào)處理模塊，11、發(fā)射模塊12、接收模塊，13、溫度補(bǔ)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(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括混凝土泵；還包括兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器l、
2，兩個(gè)超聲波接收傳感器3、 4，四個(gè)聲楔5、 6、 7、 8，混凝土輸送管道9，信 號(hào)處理模塊10，發(fā)射模塊11，接收模塊12，溫度補(bǔ)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
別置于混凝土輸送管道9兩側(cè)，再沿混凝土輸送管道9軸向，第二聲楔6
和第四聲楔8分別置于混凝土輸送管道9兩側(cè)，第一超聲波發(fā)射傳感器1安裝 在第一聲楔5中，第二超聲波發(fā)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(fā)射模塊ll分別與第一、第二超聲波發(fā)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(hào)處理模塊10與接收模塊 12、 DSP15分別與信號(hào)處理模塊10，溫度補(bǔ)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 或垂直置于混凝土輸送管道9兩側(cè)。
如圖3所示，本發(fā)明軟件系統(tǒng)包括自檢和故障處理模塊、參數(shù)設(shè)置和修改 模塊、測(cè)量和信號(hào)處理模塊、控制和串行通信模塊以及數(shù)據(jù)顯示和打印模塊。
本發(fā)明的工作過程如下
結(jié)合圖2和圖4，啟動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)首先進(jìn)行自檢，然后進(jìn)行各種測(cè)量參 數(shù)的設(shè)置。DSP程序發(fā)出控制信號(hào)至高頻振蕩模塊，產(chǎn)生發(fā)射超聲波觸發(fā)脈沖， 超聲波換能器開始發(fā)射超聲波。接收模塊接收到調(diào)制信號(hào)后，對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行 濾波、放大和解調(diào)，分離出含有流體流速信息的低頻流動(dòng)信號(hào)，輸送至A/D轉(zhuǎn) 換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將信號(hào)傳輸給DSP。編制DSP程序計(jì)算流動(dòng)噪聲信號(hào)的互 相關(guān)函數(shù)，同時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各種測(cè)量參數(shù)進(jìn)行誤差修正和數(shù)據(jù)處理，計(jì)算 實(shí)時(shí)排量和累積流量，并將計(jì)算結(jié)果顯示出來。
如圖2所示，超聲波發(fā)射傳感器1、 2通過發(fā)射模塊11向混凝土輸送管道9 中的混凝土發(fā)射一定強(qiáng)度的超聲波，超聲波經(jīng)過混凝土后被混凝土中的流動(dòng)噪 聲信號(hào)調(diào)制，到達(dá)超聲波接收傳感器3、 4，然后被接收模塊12接收。通過適當(dāng) 的信號(hào)解調(diào)，分別從超聲波接收傳感器3、 4中提取出與混凝土流動(dòng)狀況有關(guān)的 流動(dòng)噪聲信號(hào)x")和少仍。當(dāng)混凝土在管道內(nèi)平穩(wěn)流動(dòng)時(shí)，隨機(jī)流動(dòng)噪聲信號(hào)雄) 和KO可以分別看作是來自各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)過程k(W和k的一個(gè)樣本 函數(shù)。將x(/)和y(O做互相關(guān)運(yùn)算可以得到互相關(guān)函數(shù)& ("為<formula>formula see original document page 7</formula>
當(dāng)超聲波發(fā)射傳感器l、 2之間的距離在一定范圍內(nèi)時(shí)，流體流動(dòng)噪聲信號(hào)
x(0和j^)具有一定的相似性，其互相關(guān)函數(shù)&("會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，該峰值所對(duì) 應(yīng)的時(shí)間位移r。即為理想狀態(tài)下混凝土從超聲波發(fā)射傳感器1到超聲波發(fā)射傳
感器2的時(shí)間。在該測(cè)量系統(tǒng)中，如果超聲波發(fā)射傳感器1和超聲波發(fā)射傳感 器2之間的距離足夠小，并且超聲波發(fā)射傳感器1和超聲波發(fā)射傳感器2前后 的直管段比較長，那么當(dāng)流體從超聲波發(fā)射傳感器1流動(dòng)到超聲波發(fā)射傳感器2 時(shí)，流體的流動(dòng)相對(duì)變化較小，可以近似認(rèn)為該流動(dòng)系統(tǒng)滿足"凝固"流動(dòng)模 型假設(shè)條件,因此流體的速度"為
由于混凝土輸送管道的截面積S為定值，根據(jù)測(cè)得的流速"就可以得到混凝 土的流量
2 = " = s.A (3)
本發(fā)明采用的器件如超聲波發(fā)射傳感器T/R40、超聲波接收傳感器T/R40、 發(fā)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(bǔ)償模塊143-131A、信號(hào)處理模塊KLM-4701、流量顯示模 塊LCM141和DSP市面上均可購買。
權(quán)利要求
1.一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法，其特征在于將四個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，四個(gè)超聲波傳感器分別安裝在四個(gè)聲楔中，其中兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器通過發(fā)射模塊向混凝土輸送管道中流動(dòng)的混凝土發(fā)射一定強(qiáng)度的超聲波，超聲波經(jīng)過混凝土后被混凝土中的流動(dòng)噪聲信號(hào)調(diào)制，接收模塊通過兩個(gè)超聲波接收傳感器檢測(cè)出流動(dòng)噪聲信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理，提取出含有混凝土流動(dòng)信息的有用流動(dòng)噪聲，測(cè)量混凝土通過相距一定距離的兩個(gè)截面的時(shí)間間隔，計(jì)算混凝土的流動(dòng)速度，由于混凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量；該方法的具體步驟如下1)將四個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將四個(gè)超聲波傳感器分別安裝在四個(gè)聲楔中；2)將發(fā)射模塊分別與兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器連接，使兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器一直處于發(fā)射狀態(tài)；3)將接收模塊分別與兩個(gè)超聲波接收傳感器連接，一直接收兩個(gè)超聲波接收傳感器輸出的信號(hào)；4)將高頻振蕩模塊與DSP連接，產(chǎn)生發(fā)射超聲波觸發(fā)脈沖；5)將信號(hào)處理模塊與接收模塊連接，對(duì)接收模塊檢測(cè)出的流動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行處理；6)計(jì)算混凝土通過相距一定距離的兩個(gè)截面的時(shí)間間隔，得到混凝土的流動(dòng)速度，由于混凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量；
2. —種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量系統(tǒng)，包括混凝土泵(18);其特征在于還包 括兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器(l、 2)，兩個(gè)超聲波接收傳感器(3、 4)，四個(gè)聲楔(5、 6、 7、 8)，混凝土輸送管道(9)，信號(hào)處理模塊(IO)，發(fā)射模塊(ll)，接收模塊(12)，溫度補(bǔ)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)分別置于混凝土輸送管道(9)兩側(cè)，再沿混 凝土輸送管道(9)軸向，第二聲楔(6)和第四聲楔(8)分別置于混凝土輸送管道(9) 兩側(cè)，第一超聲波發(fā)射傳感器(1)安裝在第一聲楔(5)中，第二超聲波發(fā)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(fā)射模塊(ll)分別與第一、第二超 聲波發(fā)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(hào)處理模塊(10)與接收模塊(12)、DSP(15)分別與信號(hào)處理模塊(10)， 溫度補(bǔ)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(jù)權(quán)利要求2所述的一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 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 直置于混凝土輸送管道(9)兩側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法及系統(tǒng)。將裝有超聲波傳感器的四個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，其中兩個(gè)超聲波發(fā)射傳感器通過發(fā)射模塊向混凝土輸送管道中流動(dòng)的混凝土發(fā)射一定強(qiáng)度的超聲波，超聲波經(jīng)過混凝土后被混凝土中的流動(dòng)噪聲信號(hào)調(diào)制，接收模塊通過兩個(gè)超聲波接收傳感器檢測(cè)出流動(dòng)噪聲信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理，提取出含有混凝土流動(dòng)信息的有用流動(dòng)噪聲，測(cè)量混凝土通過相距一定距離的兩個(gè)截面的時(shí)間間隔，計(jì)算混凝土的流動(dòng)速度，由于混凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)不影響混凝土輸送管道中混凝土的流場分布，且測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受混凝土的溫度、壓力、濃度等參數(shù)的影響。
文檔編號(hào)G01F1/66GK101178322SQ20071016441
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者劉會(huì)勇, 偉 李, 顧大強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)