一种用于新拌混凝土的快速测定仪的制作方法

本实用新型涉及一种用于新拌混凝土的快速测定仪。

背景技术：

混凝土的强度主要取决于水灰比，在一定范围内水灰比越低，混凝土强度越高；水灰比越大，混凝土强度越低，混凝土密实度、抗渗性和耐久性都会降低；因此混凝土的含水量对混凝土的强度和耐久性都有着直接的影响。近些年来，我省河砂供需矛盾日益突出，一些混凝土生产企业为追求利润，不惜铤而走险使用氯离子超标的海砂；另外大量取自珠江口的河砂受季节水量变化及潮汐的影响，也会出现氯离子超标现象，这些砂用到混凝土当中，会给混凝土工程带来不可逆转的破坏，造成严重的工程质量安全问题，同时造成极大的浪费，社会影响恶劣。因此开发一种能快速测定混凝土含水量和氯离子含量的设备，对建设工程，避免有质量隐患的混凝土用于建设工程之中，对混凝土的质量进行实时监测及早期预警意义重大。

预测新拌混凝土强度时，一般是检测新拌混凝土的含水量，通过与理论用水量的对比来确定混凝土是否符合配合比的要求；同时，通过水灰比与混凝土强度的对应关系，进而可以确定混凝土的强度能否达到设计要求。但目前直接和快速检测新拌混凝土含水量的成熟方法较少，传统的热重法虽然可以测量新拌混凝土的含水量，但所需时间较长不适宜于现场检测和监控。

目前对混凝土中氯离子的检测主要采用三种方法：铬酸钾法、电位滴定法和氯离子选择性电极法。这三种方法中铬酸钾法和电位滴定法检测步骤繁琐，只适合实验室使用，只有氯离子选择性电极法适用于现场检测，但是目前的设备无法用于直接检测新拌混凝土，需要把混凝土制备成溶液，操作过程繁复，影响因素较多，会对氯离子的检测带来误差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于新拌混凝土的快速测定仪。

解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种用于新拌混凝土的快速测定仪，其特征在于：所述的快速测定仪设有处理器模块、红外发射管、红外发射管驱动电路、红外传感器、信号转换模块和上位机；所述红外发射管和红外传感器朝向新拌混凝土的同一部位设置，所述处理器模块通过所述红外发射管驱动电路驱动所述红外发射管发出红外线、通过所述信号转换模块接收所述红外传感器感应到的红外线信号，且所述处理器模块能够分别计算出所述红外发射管所发出红外线的发射功率和所述红外传感器所感应红外线信号的接收功率，并将计算出的所述发射功率和接收功率发送给所述上位机，所述上位机能够计算出所述接收功率相对于所述发射功率的能量衰减。

为了实现对新拌混凝土中氯离子含量的现场快速检测，作为本实用新型的优选实施方式：所述的快速测定仪还包括用于测定新拌混凝土中氯离子含量的氯离子选择性电极；所述处理器模块通过所述信号转换模块接收所述氯离子选择性电极检测到的氯离子含量信号并将所述氯离子含量信号发送给所述上位机。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的信号转换模块设有红外信号放大器、电流电压转换器、电极信号放大器、反相器和模数转换器，所述红外传感器的输出端依次通过所述红外信号放大器和电流电压转换器与所述模数转换器的第一数据通道输入端电气连接，所述氯离子选择性电极的输出端依次通过所述电极信号放大器和反相器与所述模数转换器的第二数据通道输入端电气连接，所述模数转换器的外部时钟信号输入端和输出端分别与所述处理器模块的时钟信号输出端和数据输入端电气连接，使得所述红外传感器感应到的红外线信号能够依次通过所述红外信号放大器进行信号放大、通过所述电流电压转换器转换为模拟电压信号、通过所述模数转换器转换为数字信号后输入所述处理器模块，并使得所述氯离子选择性电极检测到的氯离子含量信号能够依次通过所述电极信号放大器进行信号放大、通过所述反相器进行相位反转、通过所述模数转换器转换为数字信号后输入所述处理器模块。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的处理器模块的采样频率输出端与所述模数转换器的控制端电气连接，所述处理器模块能够接收所述上位机发出的采样频率控制信号并将其发送至所述模数转换器的控制端，使得所述模数转换器按所述采样频率控制信号所指定的采样频率进行模数转换。

作为本实用新型的优选实施方式：所述模数转换器的外部时钟信号输入端与所述处理器模块的时钟信号输出端之间、所述模数转换器的输出端与所述处理器模块的数据输入端之间、所述模数转换器的控制端与所述处理器模块的采样频率输出端之间均设有光耦隔离电路。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的模数转换器为型号为AD7705的高精度模数转换器。

为了实现对新拌混凝土温度的现场快速检测，作为本实用新型的优选实施方式：所述的快速测定仪还设有温度传感器；所述的处理器模块能够接收所述温度传感器感应到的温度信号并将其发送给所述上位机。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的处理器模块为由型号为STC12C5410AD的单片机及其外围电路组成的单片机系统；所述的上位机为ARM9开发板。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型设有处理器模块、红外发射管、红外发射管驱动电路、红外传感器、信号转换模块和上位机，能够测定出表征了新拌混凝土某部位含水量的红外线能量衰减，其对新拌混凝土含水量的测定不仅包含了混凝土中的游离水，还包含了水泥水化结合水和骨料中的含水量，因此，本实用新型能够实现对新拌混凝土含水量的现场快速检测，具有测定快速、准确性高、性能稳定、使用方便、仪器体积小和携带方便的优点，克服了目前存在的现场检测不便及准确性不高的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本实用新型的快速测定仪的电路原理框图；

图2为本实用新型中红外发射管和红外发射管驱动电路的电路原理图；

图3为本实用新型中红外传感器、红外信号放大器和电流电压转换器的电路原理图；

图4为本实用新型中氯离子选择性电极、电极信号放大器和反相器的电路原理图；

图5为本实用新型中模数转换器和光耦隔离电路的电路原理图；

图6为本实用新型中单片机及其外围电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本实用新型公开的是一种用于新拌混凝土的快速测定仪，其发明构思为：快速测定仪设有处理器模块、红外发射管、红外发射管驱动电路、红外传感器、信号转换模块和上位机；红外发射管和红外传感器朝向新拌混凝土的同一部位设置，处理器模块通过红外发射管驱动电路驱动红外发射管发出红外线、通过信号转换模块接收红外传感器感应到的红外线信号，且处理器模块能够分别计算出红外发射管所发出红外线的发射功率和红外传感器所感应红外线信号的接收功率，并将计算出的发射功率和接收功率发送给上位机，上位机能够计算出接收功率相对于发射功率的能量衰减。

本实用新型的快速测定仪的工作原理为：

由于红外发射管和红外传感器朝向新拌混凝土的同一部位设置，使得处理器模块计算出的发射功率即为入射到新拌混凝土该部位的红外线的功率、接收功率记为新拌混凝土该部位发反射的红外线的功率，因此上位机所计算出的能量衰减就是红外线在新拌混凝土该部位入射前和反射后的能量衰减，而由于红外线对水的特征吸收峰(特征波长在1.43μm和1.94μm)特性，因此上位机所计算出的能量衰减也就表征了新拌混凝土在该部位的含水量，而对于具体型号混凝土的新拌混凝土，其含水量与对红外线的能量衰减之间的关系可以通过实验进行测定，从而将该关系输入上位机中，上位机即可根据计算出的能量衰减从关系中查询到新拌混凝土在对应部位的含水量。

在上述发明构思的基础上，本实用新型采用以下优选的结构：

为了实现对新拌混凝土中氯离子含量的现场快速检测，作为本实用新型的优选实施方式：上述快速测定仪还包括用于测定新拌混凝土中氯离子含量的氯离子选择性电极；处理器模块通过信号转换模块接收氯离子选择性电极检测到的氯离子含量信号并将氯离子含量信号发送给上位机。

作为本实用新型的优选实施方式：上述信号转换模块设有红外信号放大器、电流电压转换器、电极信号放大器、反相器和模数转换器，红外传感器的输出端依次通过红外信号放大器和电流电压转换器与模数转换器的第一数据通道输入端电气连接，氯离子选择性电极的输出端依次通过电极信号放大器和反相器与模数转换器的第二数据通道输入端电气连接，模数转换器的外部时钟信号输入端和输出端分别与处理器模块的时钟信号输出端和数据输入端电气连接，使得红外传感器感应到的红外线信号能够依次通过红外信号放大器进行信号放大、通过电流电压转换器转换为模拟电压信号、通过模数转换器转换为数字信号后输入处理器模块，并使得氯离子选择性电极检测到的氯离子含量信号能够依次通过电极信号放大器进行信号放大、通过反相器进行相位反转、通过模数转换器转换为数字信号后输入处理器模块。

作为本实用新型的优选实施方式：上述处理器模块的采样频率输出端与模数转换器的控制端电气连接，处理器模块能够接收上位机发出的采样频率控制信号并将其发送至模数转换器的控制端，使得模数转换器按采样频率控制信号所指定的采样频率进行模数转换。

作为本实用新型的优选实施方式：上述模数转换器的外部时钟信号输入端与处理器模块的时钟信号输出端之间、模数转换器的输出端与处理器模块的数据输入端之间、模数转换器的控制端与处理器模块的采样频率输出端之间均设有光耦隔离电路。

作为本实用新型的优选实施方式：上述模数转换器为型号为AD7705的高精度模数转换器。

为了实现对新拌混凝土温度的现场快速检测，作为本实用新型的优选实施方式：上述快速测定仪还设有温度传感器；处理器模块能够接收温度传感器感应到的温度信号并将其发送给上位机。

作为本实用新型的优选实施方式：上述处理器模块为由型号为STC12C5410AD的单片机及其外围电路组成的单片机系统；上位机为ARM9开发板。

参见图2，上述红外发射管D1可由SR5D5电源稳压芯片提供精准的电压，保证红外发射的稳定，可以提供相同功率的红外发射源，保证检测的精度，控制信号在STC12C5410AD单片机的P1.3脚输出低电平或高电平，从而控制红外发射管的接通和关闭。

参见图3和图4，红外传感器D2和氯离子选择性电极D3是通过OP-27运算放大器放大后送入AD7705进行模数A/D转换；温度传感器DS18B20可以直接把温度信号传递到单片机进行处理。

参见图5，型号为AD7705的模数转换器的电路采用其芯片资料的推荐电路，光耦隔离电路采用6N137光耦合器电路。

参见图6，型号为STC12C5410AD的单片机及其外围电路以及单片机与上位机ARM9的串口连接电路。

本实用新型优选采用饱和甘汞电极组成原电池供电。

另外，本实用新型可通过用上位机外接电脑和打印机。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。