基于近红外光的混凝土骨料含水率快速测量方法与装置与流程

本发明涉及混凝土检测，具体地涉及一种基于近红外光的混凝土骨料含水率快速测量方法与装置。

背景技术：

1、在混凝土拌合生产过程中，细骨料的含水率波动是导致混凝土水灰比波动的主要原因。传统的烘干法是实验室公认的细骨料含水率最准确的检测方法，虽然准确度高但该方法存在检测时间长（四个小时以上）、结果滞后、样品代表性差、取样与检测存在含水率损失等问题，已经难以满足混凝土高质量发展的需求。随着工程对混凝土质量要求的提高以及现代施工管理方式的转变，混凝土实时含水率检测技术成为研究的焦点。实时测量具有采样频率高、时间短、误差小等特点。对于混凝土原材料含水率的无损检测，常用的方法主要有微波法、中子法、电阻法以及电容法，但普遍存在成本高、稳定性差、操作烦琐等局限性。因此，为实现混凝土含水量的有效控制，需要研究一种混凝土骨料含水率快速测量方法与装置，使其在提高含水量检测速度的同时，将精度提高到工程可用的水平。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种基于近红外光的混凝土骨料含水率快速测量方法与装置，能够实时、快速、准确的测量混凝土骨料含水率。

2、本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

3、一种基于近红外光的混凝土骨料含水率快速测量方法，通过基于近红外光的混凝土骨料含水率快速测量装置计算被测物料对红外光的吸光率，并根据含水率与近红外光线的关系曲线计算出被测物料的含水率，具体包括以下步骤：

4、步骤1、红外发光管发出特定波长的红外光经过光路组件处理后将平行光照射到被测样品物料上，其中一部分红外光被样品吸收，另外一部分红外光散射后经过光路组件的凹面镜聚集到光电转换板上的近红外传感器中；

5、步骤2、近红外传感器经数字处理单元将测量光经过数字处理后传送给分析控制及传输单元；

6、步骤3、分析控制及传输单元计算被测物料对红外光的吸光率sp(xm)，根据吸光率sp(xm)实测值大小从所有分段线性回归方程中选定出与实测值大小对应的线性回归方程sp(xm)=bm+am(xm-dm)，转换方程得含水率xm：

7、xm=[sp(xm)-bm]/am+dm；

8、其中，bm、am、dm为样品的标定系数。

9、进一步的，所述分析控制及传输单元将测量数据传输至电脑及上位机软件，可以快速显示被测物的含水率。

10、进一步的，步骤3中，所述分段线性回归方程的建立方法，包括：

11、步骤a、采用烘干法测定n组样品的标准式样含水率；

12、步骤b、采用基于近红外光的混凝土骨料含水率快速测量装置，测量n组样品的红外光吸光率；

13、步骤c、采用分段线性回归方法模型标定含水率与近红外光线的关系曲线，得到所述样品的标定系数以及所述标定系数的分段线性回归方程；

14、步骤d、针对不同粒径或颜色的混凝土骨料，均通过所述步骤a至步骤c计算得到不同混凝土骨料对应的标定系数以及所述标定系数的分段线性回归方程。

15、进一步的，所述分段线性回归方法模型sp由一组不相交的线段组成，其公式如下：

16、sp0(x)=b0+a0(x-d0),d0≤x＜d1；

17、sp1(x)=b1+a1(x-d1),d1≤x＜d2；

18、sp2(x)=b2+a2(x-d2),d2≤x＜d3；

19、...

20、spn(x)=bn+an(x-dn),dn≤x；

21、其中，x为含水率；di为分割点（即第i组被测样品含水率真实值）；spi（x）为第i组被测样品对红外光的吸光率；bi、ai、di为样品的标定系数；i=0，1,2，...，n-1，n；

22、每段采用贪心算法训练分段线性回归方法模型sp：计算每个键与起点的斜率，并判断该斜率是否在当前斜率范围内，若超出当前斜率范围，则设置当前的键为新的起点，否则更新当前斜率范围；

23、分段线性回归方程的均方根误差rmse（root mean square error）代表细骨料含水率与实际值的差值，rmse越接近0时，数据越准确，模型性能越好，其中均方根误差 r 2的计算公式如下：

24、；

25、；

26、其中， n代表样本数， y i代表实验中的真实值， y 1代表实验中的预测值，代表实验数据的平均值；

27、当分段线性回归方程的均方根误差 r 2在0.1以下时，判定标定完成，记录并存储该种颜色和粒径大小的细骨料标定系数，从而得到所述标定系数的分段线性回归方程。

28、进一步的，步骤a中，所述n≥3，以便进一步提高测量精度。

29、进一步的，先执行步骤a再执行步骤b或先执行步骤b再执行步骤a。

30、本发明还提供另一种技术方案：

31、一种基于近红外光的混凝土骨料含水率快速测量装置，包括近红外水分测定模块，所述近红外水分测定模块包括光电转换板、光路组件、红外发光管、红外光源转盘、转动轴、马达、换光器、控制处理单元、数字处理单元、分析控制及传输单元；所述红外光源转盘为圆盘结构，圆心与转动轴连接，红外光源转盘上设置有若干个不同红外波长的红外发光管；每个红外发光管均匀分布在以转动轴的轴心为圆的圆周上；所述转动轴与换光器的马达连接，换光器通过马达驱动红外光源转盘，实现不同红外波长的光源切换；所述光路组件与红外发光管相匹配，所有红外发光管在红外光源转盘转动停止后，都会精准停在光路组件光源的唯一固定位置，红外发光管的光经过光路组件到达被测样品物料上并反射聚集到光电转换板；所述光电转换板与数字处理单元连接，用于分析处理光电转换板转换后的光电信号；所述数字处理单元与分析控制及传输单元连接，分析控制及传输单元还与控制处理单元连接，控制处理单元与所述换光器连接，分析控制及传输单元采集、分析数字处理单元的数据，同时根据数据分析结果协调控制处理单元调整换光器切换不同红外波长进行测量。

32、进一步的，所述含水率快速测量装置还包括电脑及上位机软件、升降装置、样品桶及样品桶的搅拌单元；所述近红外水分测定模块的分析控制及传输单元与电脑及上位机软件连接，与电脑及上位机软件实现数据交互；所述电脑及上位机软件与用于控制近红外水分测定模块的升降装置以及用于控制搅拌单元的控制器。分析控制及传输单元控制升降装置升降近红外水分测定模块，便于人工往样品桶中投放被测样品物料，控制样品桶的搅拌单元实现细骨料被测物料样品的搅拌。

33、进一步的，所述含水率快速测量装置采用锂电池供电。

34、进一步的，所述含水率快速测量装置底部安装有行走轮，便于现场检测。

35、本发明的技术效果：

36、与现有技术相比，本发明能够实时、快速、准确的测量混凝土骨料含水率，且具有良好的代表性，该方法能够真实的反应所用细骨料的含水率。本发明通过红外光源转盘、换光器，采用切换不同波长的光源来实现测量，便于光路组件的设计、加工和安装，提高光源和光路组件的互换性和一致性，达到提高测量设备的精准度目的。