一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置及方法

1.本发明涉及一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置，属于建筑工程领域。


背景技术：

2.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。
3.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，目前工业现场尚未有在线密度检测装置，主要是靠工人的经验来判断新拌混凝土的质量是否符合要求。综上，亟待开发一种高效即时检测新拌混凝土密度从而判断混凝土质量的装置和方法，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明研发目的是为了解决现主要是靠工人的经验来判断新拌混凝土的质量是否符合要求，其误差较大，且无法对待测罐体内部情况进行实时监控的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
5.本发明的技术方案：
6.方案一、一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置，包括主体支架、保护外壳、超声探头、导剂针管、填充剂筒、导压管、电动活塞组和控制箱，控制箱上安装有主体支架，主体支架顶部安装有保护外壳，保护外壳内设置有超声探头和填充剂筒，填充剂筒顶部设置有导剂针管，且导剂针管顶端探出保护外壳置于外侧，主体支架上设置有电动活塞组，电动活塞组通过导压管与填充剂筒内部连通，所述超声探头和电动活塞组分别与控制箱电性连接。
7.优选的：所述电动活塞组包括电机、转盘、连杆和活塞缸，电机和活塞缸分别固定安装于主体支架上，电机的输出端安装有转盘，连杆一端与活塞缸底部的活塞杆固连接，另一端与转盘铰接，活塞缸顶部通过导压管与填充剂筒内部连通，活塞缸、连杆和转盘均平行设置。
8.优选的：所述主体支架包括竖直支架和转向支架，竖直支架顶部铰接有转向支架，转向支架顶部安装有保护外壳，竖直支架固定安装于控制箱上。
9.优选的：所述竖直支架包括第一竖向支架和第二竖向支架，第一竖向支架底部与第二竖向支架顶部螺纹配合，第一竖向支架底部通过固定夹与控制箱顶部建立螺纹配合关
系。
10.优选的：所述控制箱包括控制箱箱体、控制器、wifi模块、显示屏、启动键、停止键和报警灯，控制箱箱体内部设置有控制器和wifi模块，控制箱箱体上设置有显示屏、启动键、停止键和报警灯，所述超声探头、电机、wifi模块、显示屏、启动键、停止键和报警灯均与控制器电性连接。
11.优选的：所述超声探头与待测罐体的切面垂直安装，填充剂筒内填充有耦合剂。
12.优选的：所述超声探头为超声波收发一体探头。
13.方案二、一种罐体新拌混凝土密度在线监测方法，是基于方案一所述的一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置上实现的，包括：
14.s1.根据待测罐体的形状和高度调整主体支架的长度和角度，使超声探头与待测罐体的切面垂直安装，而后将之固定；
15.s2.工作人员按下启动键，启动装置开始工作；
16.s3.控制器控制电机工作，电机旋转通过转盘和连杆推动活塞缸的活塞向上运动，通过导压管推动填充剂筒中的耦合剂，使用导剂针管将耦合剂注射到旋转的待测罐体上；
17.s4.控制器控制超声探头开始工作，通过耦合剂向待测罐体发射和接收超声波信号；
18.s5.随着待测罐体旋转，得到系列轴向阵列超声信号；
19.s6.控制器根据阵列超声信号，计算出待测罐体内混凝土的轴向阵列密度信号，计算混凝土的轴向阵列密度信号的平均值，得到混凝土平均面密度值；
20.s7.将混凝土平均面密度值与一定拌和比例的混凝土标准密度值比较，二者一致则停止待测罐体内部混凝土的拌和，二者不一致则继续待测罐体内部混凝土的搅拌，直至二者一致；
21.s8.当混凝土平均面密度值与一定拌和比例的混凝土标准密度值一致时，拌和过程结束，控制箱上的报警灯进行闪烁提示；
22.s9.所述s6得到的混凝土平均面密度值在控制箱上的显示屏上进行显示；
23.s10.工作人员按下控制箱上的停止键，进行手动急停；
24.s11.控制器通过wifi模块将混凝土平均面密度值，以无线方式传输给工作人员的移动端，并且移动端通过wifi模块输出信号控制控制器。
25.本发明具有以下有益效果：
26.1.本发明针对无法实时在线检测旋转罐体内混凝土密度的问题，设计了基于超声探头的罐体新拌混凝土密度在线监测装置与方法，能够通过超声探头的非接触在线测量装置，监测混凝土拌合物的密度，实时调整控制混凝土的搅拌时间，并通过控制器和wifi模块将检测信息上传至工作人员或司机手机上，实现远程混凝土搅拌控制；
27.2.本发明适用于各种不同的旋转罐体内的混凝土拌合物密度检测，使用范围广，实用性更强，使拌和混凝土的质量得到更好的保障，对提高建筑物整体的建筑质量具有重要意义。
附图说明
28.图1是一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置的立体图；
29.图2是本发明一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置的电动活塞组的结构示意图；
30.图3是本发明一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置的控制箱的立体图；
31.图4是本发明一种罐体新拌混凝土密度在线监测方法的流程图；
32.图5是本发明一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置的待测罐体为混凝土搅拌站工业搅拌机的罐体时的安装示意图；
33.图6是本发明一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置的待测罐体为混凝土运输罐车的罐体时的安装示意图；
34.图7是本发明一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置的待测罐体为家用混凝土搅拌机的罐体时的安装示意图；
35.图中1-主体支架，2-保护外壳，3-超声探头，4-导剂针管，5-填充剂筒，6-导压管，7-电动活塞组，8-控制箱，9-待测罐体，21-输送料斗，22-搅拌机，23-出料口，11-竖直支架，12-转向支架，111-第一竖向支架，112-第二竖向支架，113-固定夹，71-电机，72-转盘，73-连杆，74-活塞缸，81-控制箱箱体，82-控制器，83-wifi模块，84-显示屏，85-启动键，86-停止键，87-报警灯。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
37.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
38.具体实施方式一：结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式的一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置，包括主体支架1、保护外壳2、超声探头3、导剂针管4、填充剂筒5、导压管6、电动活塞组7和控制箱8，控制箱8上安装有主体支架1，主体支架1顶部安装有保护外壳2，保护外壳2内设置有超声探头3和填充剂筒5，填充剂筒5顶部设置有导剂针管4，且导剂针管4顶端探出保护外壳2置于外侧，主体支架1上设置有电动活塞组7，电动活塞组7通过导压管6与填充剂筒5内部连通，所述超声探头3和电动活塞组7分别与控制箱8电性连接，所述超声探头3为超声波收发一体探头，超声探头3的检测端亦探出保护外壳2，所述电动活塞组7包括电机71、转盘72、连杆73和活塞缸74，电机71和活塞缸74分别固定安装于主体支架1上，电机71的输出端垂直固定安装于转盘72的圆心处，连杆73一端与活塞缸74底部的活塞杆固连接，另一端与转盘72的偏心处铰接，转盘72与连杆73起到了曲柄连杆的作用，活塞缸74顶部通过导压管6与填充剂筒5内部连通，活塞缸74、连杆73和转盘72均平行设置，所述超声探头3与待测罐体9的切面垂直安装，填充剂筒5内填充有耦合剂。
39.所述活塞缸74包括缸体、活塞杆、弹簧和活塞，缸体内滑动设置有活塞，活塞杆一端探入缸体内部，且端部与活塞固定连接，另一端置于缸体外侧与连杆73固定连接，弹簧置于缸体内部，且套装于活塞杆外侧。
40.所述主体支架1包括竖直支架11和转向支架12，竖直支架11顶部通过支臂铰接有转向支架12，竖直支架11和转向支架12之间具有360度自由度，转向支架12顶部固定安装有保护外壳2，所述竖直支架11包括第一竖向支架111和第二竖向支架112，第一竖向支架111底部与第二竖向支架112顶部螺纹配合，第一竖向支架111底部通过固定夹113与控制箱8顶部建立螺纹配合关系，第一竖向支架111和第二竖向支架112的螺纹配合设置，竖直支架11的高度可以灵活调节，使超声探头3可以更好地贴合旋转的待测罐体9。
41.如图2所示，所述控制箱8包括控制箱箱体81、控制器82、wifi模块83、显示屏84、启动键85、停止键86和报警灯87，控制箱箱体81内部设置有控制器82和wifi模块83，控制箱箱体81上设置有显示屏84、启动键85、停止键86和报警灯87，所述超声探头3、电机71、wifi模块83、显示屏84、启动键85、停止键86和报警灯87均与控制器82电性连接。
42.工作人员将主体支架1固定在旋转的待测罐体9周边的合适位置后，工作人员按下启动键85，控制器82控制电机71转动，带动活塞缸74运动，通过导压管6推动填充剂筒5中的耦合剂，使用导剂针管4将耦合剂注射到旋转的待测罐体9上；待测罐体9旋转拌和混凝土过程中，控制器82控制超声探头3通过耦合剂向待测罐体9发射超声波，控制器82根据接收的系列超声波信号，计算系列待测罐体9内混凝土的轴向线密度，根据设计的采样时间，每次测量可以获得几十至几百个混凝土线密度，控制器82根据获得的线密度求取均值，得到待测罐体9内混凝土的面密度，作为一次密度测量结果。
43.本实施方式的目的是为建筑工程搅拌站、工业现场搅拌车、家用搅拌器等旋转混凝土罐体中的混凝土拌合物提供一种在线密度监测装置，以便实时读取新拌混凝土密度参数，适时调整混凝土搅拌时间，增强混凝土的拌和质量。
44.图5是待测罐体9为混凝土搅拌站工业搅拌机的罐体时的安装示意图，通过输送料斗21向搅拌机22输送拌和用料，本实施方式的一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置安装在搅拌机22出料漏斗的出料口23侧面，调整竖直支架11和转向支架12角度至超声探头3贴合出料漏斗的位置，在搅拌机22工作出料的过程中，实时监测拌和的混凝土密度，通过显示屏84进行本地显示和工作人员手机显示，作为控制工业搅拌机的拌和时间、混合比例的辅助手段。
45.图6是待测罐体9为混凝土运输罐车的罐体时的安装示意图，混凝土搅拌车在长途运输中，司机无法获知搅拌情况，只能通过车内搅拌器的不停搅拌保持混凝土状态，随着搅拌的进行，需要不停补充水分，造成电力、水分等资源的浪费。在混凝土运输罐车上预先安装本实施方式的一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置后，司机可以实时掌握混凝土的密度情况，当混凝土拌和密度达到要求时，司机或副司机可以通过手机上预先安装的app监控界面选择停止搅拌，降低道路安全隐患，节省能源，提高混凝土拌和质量。
46.图7是待测罐体9为家用混凝土搅拌机的罐体时的安装示意图，家用推车式搅拌车体积小巧，在小搅拌车的搅拌空间内，混凝土的搅拌情况不可见，以往均为人为判断拌和程度，在使用过程中存在拌和不均匀的情况，通过在家用搅拌机的适当位置安装本实施方式的一种罐体新拌混凝土密度在线监测装置，可以通过对混凝土密度的实时监控，在线可视
化掌握家用搅拌机的混凝土拌和情况，提高家用建筑混凝土的使用效率。
47.具体实施方式二：结合图1-图7说明本实施方式，基于具体实施方式一，本实施方式的一种罐体新拌混凝土密度在线监测方法，包括：
48.s1.根据待测罐体9的形状和高度调整主体支架1的长度和角度，使超声探头3与待测罐体9的切面垂直安装，而后将之固定；
49.s2.工作人员按下启动键85，启动装置开始工作；
50.s3.控制器82控制电机71工作，电机71旋转通过转盘72和连杆73推动活塞缸74的活塞向上运动，通过导压管6推动填充剂筒5中的耦合剂，使用导剂针管4将耦合剂注射到旋转的待测罐体9上；
51.s4.控制器82控制超声探头3开始工作，通过耦合剂向待测罐体9发射和接收超声波信号；
52.s5.随着待测罐体9旋转，得到系列轴向阵列超声信号；
53.s6.控制器82根据阵列超声信号，计算出待测罐体9内混凝土的轴向阵列密度信号，计算混凝土的轴向阵列密度信号的平均值，得到混凝土平均面密度值；
54.s7.将混凝土平均面密度值与一定拌和比例的混凝土标准密度值比较，二者一致则停止待测罐体9内部混凝土的拌和，二者不一致则继续待测罐体9内部混凝土的搅拌，直至二者一致；
55.s8.当混凝土平均面密度值与一定拌和比例的混凝土标准密度值一致时，拌和过程结束，控制箱8上的报警灯87进行闪烁提示；
56.s9.所述s6得到的混凝土平均面密度值在控制箱8上的显示屏84上进行显示；
57.s10.工作人员按下控制箱8上的停止键86，进行手动急停；
58.s11.控制器82通过wifi模块83将混凝土平均面密度值，以无线方式传输给工作人员的移动端，并且移动端通过wifi模块83输出信号控制控制器82；
59.所述移动端可以为手机，控制器82通过wifi模块83将混凝土平均面密度值，以无线方式传输给工作人员的手机小程序上，进行密度的远程显示，工作人员通过与标准密度值进行比对，可以在手机上操控控制器的启动和停止工作，从而控制旋转罐体的混凝土搅拌时间；手机小程序的控制界面可以远程关闭控制箱8的报警灯87闪烁。
60.需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
61.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。