CN102449478A

CN102449478A - 监控混凝土的混合器波形分析

Info

Publication number: CN102449478A
Application number: CN2010800233637A
Authority: CN
Inventors: E.克勒; S.费尔迪诺; R.卡利
Original assignee: Verifi LLC
Current assignee: Verifi LLC
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2012-05-09
Also published as: US8960990B2; KR101756100B1; CO6460699A2; SG174574A1; CA2756771A1; JP5730847B2; WO2010111204A1; MX2011009990A; AU2010229014B2; BRPI1009214A2; MY157427A; AU2010229014A1; JP2012522215A; KR20120004424A; US20120020180A1; BRPI1009214B1; ES2626158T3; CA2756771C; EP2411803A4; EP2411803A1

Abstract

监测和获得有关旋转混合罐中的水泥材料的数量和特性的信息的方法和系统。本发明涉及对应于反映旋转期间连续的情况下转动混凝土混合罐所需的液压的波形的值序列的分析。优选实施方案涉及将这种时域数据转换成为频域数据。可以实时检验多重谐波的行为以及获得有关混凝土物理性能的其它信息。可以通过基于由罐中的试样混凝土获得的时域和/或频域值与预先存储的时域和/或频域值之间的对比，将液体引入混凝土中来调节流变性或其它性能，所述预先存储的时域和/或频域值优选与混凝土的物理特性，例如坍落度、坍落流动、载荷重量和其它因素有关。

Description

监控混凝土的混合器波形分析

技术领域

本发明涉及混凝土的制造，和更具体地涉及通过分析能量波形(例如液压)，和更优选将时域波形转换成为频域谱，来监测和获得有关混合罐中的水泥材料的数量和/或特性的信息的方法，借此可以获得其它信息并加以评价。

背景技术

通过使用传感器监测旋转混合罐所需的能量(例如US 4,008,093)和/或由液压施加于罐的扭矩(例如US 5,713,633)，来监控即混运送卡车中的混凝土的“坍落”或流动性是已知的。以给定速率转动罐所需的安培数或液压越高，混凝土混合料越硬或可流动性越低(坍落越低)。

自动控制系统通过添加水或其它液体允许调节运输中的坍落，使得混凝土搅拌车能够长途运输混凝土。偶合至液压传动装置的液压传感器和/或连接到罐的转速传感器可以用于监测目的。这种传感器可以无线连接到计算机处理单元和无线通信系统，以允许在工作期间进行改进。参见例如美国序列号10/599130 (公开号2007/01856A1)。

混凝土坍落的监测涉及校准由混凝土搅拌车上的液压传感器和/或电气传感器获得的输出或值，以及将这些与使用标准坍落度锥体试验获得的坍落值关联。在标准坍落度锥体试验中，去除容纳新鲜混凝土的12英寸截锥体以允许混凝土落下，并且测量混凝土的垂直高度落差(ASTM C143-05)。然后将具有该已知坍落性能的混凝土加入到可旋转罐式混合器中，使得可以将作为传感器输出获得的液压或电气值存储在存储位置中，并随后由计算机处理单元加以关联。在将混凝土运输给用户期间，由于水合、蒸发和其它因素的结果，混凝土随时间而硬化，传感器根据转动混合罐所需的液压或电能增加来检测这一点。车载计算机处理单元比较由一个或多个传感器获得的检测的能量值，并将其与计算机可访问存储器中存储的值或值范围进行比较。如果传感器和计算机处理单元(CPU)检测到混凝土开始硬化，则CPU可以被触发来激活计量或泵送设备，以将水或其它液体(例如化学分散剂)注入混凝土中以使坍落恢复至所需值。

其它方法可用于人工测量可加工性(其定义为可以将混凝土混合、放置、固化和修整的简易性和均一性)。例如，在流动平台试验(EN 12350-5)中，混凝土被填充进放置在移动平台的锥体中。该平台由平板组成，所述平板一端绞接，使得另一端可以上升和下降固定的距离。去除锥体之后，使板上升和下降若干次，并测量混凝土的水平流动。对于高度可流动的混凝土混合料，例如自固化混凝土，使用坍落流动试验(ASTM C 1611-05)。在该试验中，将混凝土放置在标准坍落度锥体中，去除锥体，测量水平扩散，而不是垂直落差。

本发明人们认为，现有坍落监测信息的主要问题是这种装置仅提供有关坍落的信息。应当了解有关罐中混凝土的数量和性能的其它信息，以及罐本身的特性，以便更彻底和有效地监控混凝土的性能。

本发明人们还认为，现有坍落监测装置的主要问题是确定何时完成组分混合以产生均匀混合物。当各成分最初加入到混合器中时，旋转罐的能量随着各成分混合而升高，然后随着混合进行以及混凝土变为更加流动而降低。在现有实践中，罐的旋转数被固定以保证充分混合。如果该数大于获得完全混合的实际所需，则浪费不必要的能量和时间。如果该数少于获得完全混合的实际所需，则可能从罐中过早地排放未混合的物料。希望的是具有监测混合完成的方法。

因此，需要监测和调节混合罐中的混凝土流变性的新颖方法和系统。

发明内容

本发明提供监控可旋转混合罐中正在混合的水泥材料的流变性和其它特性的方法和系统。尽管现有技术方法分析单一的液压(即时测量或根据随时间的测量值加以平均)来计算坍落度或密实度，本发明涉及考虑和分析除了平均能量之外的测定能量(例如液压)中的变化，以获得有关水泥材料的其它信息，例如混合的程度、旋转罐速或材料量。在其它示例性实施方案中，时域信息例如通过使用快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DFT)或其变型被转换为频域信息。通过比较由给定水泥混合物获得的波形(时域)或转换波形数据(例如FFT)，并与存储值比较，可以获得材料的数量和特性，并且可以例如通过添加液体或其它组分来调节流变性和其它性能。

因此，混合水泥材料的本发明的示例性方法包括：提供具有内部罐壁和至少一个安装在内部罐壁上的混合叶片的可旋转混合罐，该混合罐容纳制造可水合水泥材料的组分；以1-25转/分的定速S^C1旋转所述混合罐；提供随时间的对应于旋转混合罐所需的能量的值序列，以至少10倍定速S^C1的频率监测所述值序列；比较所提供的值序列和预先存储在数据存储器存储位置中的值序列；和通过将液体或其它水泥材料组分引入混合罐中，调节所述混合罐中容纳的水泥材料的流变性或其它性能。

在优选方法中，随时间监测的是液压，对应于液压的获得的值序列存储在计算机可访问数据存储器存储位置中，使得其可以显示在监测器上或打印在纸张上，表情还使得其可以与预先存储的取自对照水泥试样的值序列比较。

在优选方法和系统中，可以根据时域中的能量(例如液压)绘图的值序列使用快速傅里叶变换(FFT)算法转换为频域，使得可以根据频率分量分析数据。因此，水泥材料的流变性可以基于预先存储的FFT数据加以监测。例如，如果数据表明水泥材料正在硬化，这一点可以通过测量频域中的峰值振幅和相位差中的变化加以迅速确定，使得可以通过将液体(例如水、化学品混合物或两者)引入混合罐，迅速调节水泥材料的流变性或其它性能。

因此，本发明的优选方法包括：以1-25转/分的定速旋转容纳水泥混合料的混合罐；提供对应于旋转混合罐所需能量的量的时域值序列，将时域值序列转换成为频域值，将该频域值与存储的频域值进行比较；和基于比较的值，将液体引入混合罐中。

对应于电能的量或更优选对应于转动罐所需液压的量的来自传感器的值或电力输出可以存储在计算机可访问存储位置中，并且可以以周期波形的形式图形显示。随时间的能量值序列应基于每转旋转混合罐至少10倍的采样频率，或甚至更高，如果需要更大的精确度。优选，混合罐将具有至少一个或更多个内部混合叶片，使得周期波形的曲线在时域中的每个时段能够具有两个或多个峰值。因此，在本发明的优选实施方案中，这些波形值可以例如通过使用快速傅里叶变换(FFT)和/或离散傅里叶变换(DFT)转换，而转换为频域。分析时域或频域之一或两者使得可以分析选自以下的一种或多种物理水泥材料混合参数：(a)载荷重量，(b)载荷体积，(c)混凝土密度，(d)混凝土空气含量，(e)混凝土坍落度，(f)混凝土坍落流动，(g)混凝土流动台值，(h)混凝土流变性(例如屈服应力、粘度、触变性)，(i)混凝土组分的离析，(j)混凝土固化，(k)混合罐的倾角，(l)内部罐结构的尺寸和构造；和(m)罐中混凝土的堆积。另外，时域或频域数据的分析可用于确定混合的进展。

例如，可以基于频域数据的分析将液体(例如水、化学品混合物或两者)引入混合罐中。使用变换算法，例如FFT或离散傅里叶变换(DFT)是将液压能量值序列分解或另外转换成为频域中分析的不同频率的分量的有效方法，使得可以监测、分析和必要时通过将液体或其它水泥组分引入混合罐中来调节如上所述的一个或多个混凝土物理参数。

本发明还提供混合系统，包括：具有内部罐壁和至少一个安装在所述内部罐壁上的混合叶片的混合罐，所述混合罐容纳制造可水合水泥材料的组分；可用于以1-25转/分的定速S^C1旋转所述混合罐的液压传动装置；可用于提供对应于旋转混合罐所需能量的随时间的值序列的传感器；监测由液压传感器提供的对应于液压传动装置所需的液压量的值的计算机处理单元；用于存储对应于随时间的第一个值序列的第一组数据的数据存储器存储位置，所述第一个值序列对应于旋转容纳第一种可水合水泥材料的混合罐所需能量，以至少10倍定速S^C1的频率监测所述第一个值序列；所述计算机处理单元进一步可用于接收对应于旋转容纳第二种可水合水泥材料的混合罐所需能量的随时间的第二个值序列，以至少10倍定速S^C1监测所述第二个值序列；所述计算机处理单元进一步可用于比较所述第二个值序列和所述第一个值序列，并且通过基于所述比较将液体或其它水泥材料组分引入所述混合罐中，调节所述第二种可水合水泥材料的流变性或其它性能。在优选的混合系统中，计算机处理单元可用于(a)将对应于旋转容纳水泥材料的混合罐所需能量的所述第一个和第二个值序列转换成为频域；(b)转换成为频域之后比较所述第一个和第二个值序列，和(c)通过基于所述比较添加液体来调节容纳在所述混合罐中的水泥材料的流变性。使用时域或频域数据之一或两者，可以分析或例如通过将液体或其它组分引入水泥材料而改进水泥材料的一种或多种性能(例如坍落度、坍落流动、载荷重量、空气含量等)。

本发明的方法和系统可以用于例如搅拌厂处的静止混合罐，或者具有混合罐的运输卡车中。该分析方法也可以用于罐式混合器之外的混合器中，例如单轴混合器、双轴混合器和盘式混合器。本发明的其它优点和特征可以在以下描述。

附图说明

当结合附图详细说明以下优选实施方案时，可以更容易地领会本发明的其它优点和特征，其中

图1为旋转空混合罐所需液压(即如波形所示的能量)的图解说明；

图2是旋转装有混凝土的混合罐所需液压的图解说明；

图3是由快速傅里叶变换(FFT)分析计算的图1的空混合罐的频域谱的图解说明；

图4是由快速傅里叶变换(FFT)分析计算的图2的装有混凝土的混合罐的频域谱的图解说明；

图5是混合混凝土批料期间随时间的液压(波形)的图解说明；

图6是使用FFT分析对于图5的部分混合混凝土计算的随频率的振幅的图解说明；

图7是使用FFT分析对于图5的完全混合的混凝土批料计算的随频率的振幅的图解说明；和

图8是使用编码器测量的实际旋转罐速与使用液压波形的FFT分析计算的罐速之间关系的图解说明。

具体实施方式

如在此使用的，术语“水泥”表示包括波特兰水泥或另外起将细骨料(例如沙子)、粗骨料(例如碎石或砾石)或其混合物结合在一起的粘合剂作用的波特兰水泥代替物的材料。

这种水泥材料可以进一步包括粉煤灰、粒状高炉矿渣、石灰石或天然火山灰，其可以与波特兰水泥结合或用来替代或代替一部分波特兰水泥，而不严重损害水合性能。附带地，“灰浆”表示具有例如沙子的细骨料的水泥或水泥混合料；而“混凝土”更精确地表示还含有例如碎石或砾石的粗骨料的灰浆。术语“水泥材料”可以与术语“混凝土”互换使用，如混凝土最通常由具有可旋转混合罐的即混卡车提供一样，但是如在此使用的，术语“混凝土”并不必然排除本发明可以用于运输仅含有水泥或水泥代替物(例如火山灰)或灰浆的材料的事实。

视为“可水合”的水泥材料是通过与水的化学相互作用硬化的那些。

水泥材料可以进一步含有化学品混合物，例如减水剂或大比例减水剂、粘度调节剂、腐蚀抑制剂、收缩降低混合物、促凝剂、缓凝剂、起泡剂、消泡剂、颜料、色料、用于塑性收缩控制或结构增强的纤维等。

具有坍落控制监控设备的混凝土运输混合卡车是如今工业中较公知的，所述坍落控制监控设备例如测量转动混合罐的能量的液压和/或电传感器，测量转速的速度传感器，监测气温和混合物温度的温度传感器，和分配装置，以及监测来自传感器的信号和驱动分配装置的计算机处理单元。例如，可与无线通信系统结合使用的这种坍落控制系统在US 5,713,663；US 6,484,079；US序列号09/845,660 (公开号2002/0015354A1)；US序列号10/599,130 (公开号2007/01856A1)；序列号11/764,832 (公开号2008/0316856)；和序列号11/834,002 (公开号2009/0037026)中公开。Coffee的US 6,611,755中教导了使用与传感器结合的无线通讯的监测混凝土混合物的各种物理性能的其它示例性监控系统。在此将这些教导引入作为参考。

鉴于上述教导，本发明人们认为使用常规的自动化混凝土混合监测设备可以实施本发明的许多示例性实施方案。例如，使用以VERIFI®名称购自Grace Construction Products，Cambridge，Massachusetts和RS Solutions LLC，West Chester，Ohio的自动坍落-监测设备，基于略微改进这种商购坍落-监测设备，人们可以进行以下步骤：将水泥材料引入具有至少一个和优选两个或多个安装在内部罐壁上的混合叶片的可旋转混合罐中；以1-25转/分(rpm)的定速S^C1旋转该罐；提供对应于旋转该罐所需随时间的能量(例如液压(“P^H”))的值序列，以每罐转至少10倍定速S^C1的频率监测所述值序列；优选将这些值存储在第一个计算机可访问数据存储器存储位置中；比较随时间的定速S^C1下P^H的序列测量值和预先存储在另一个数据存储器存储位置中的定速S^C1下P^H的序列测量值；和根据该比较，通过将液体引入混合罐中，调节水泥材料的流变性或其它性能。

在本发明的其它示例性方法和系统中，使用诸如快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DFT)或其变形的算法，将可以根据时域中随时间的能量(例如液压)绘图的值序列转换为频域，使得可以根据频率分量分析数据，以及可以基于预先存储的FFT数据监测和/或调节水泥材料的性能。

本发明人们认为即使是基于旋转数据，FFT或离散傅里叶变换(DFT)或其变化也可以用于将来自时域的信号转换成为频域谱。例如，Jones的US 6,876,168 B1教导通过使用FFT或DFT，转换由测量DC发动机动态特性的传感器产生的信号，可以在频域中分析例如DC发动机的旋转装置的速率。但是在目前的情况下，转速传感器可以在混合罐本身上使用，使得不必使用FFT或DFT来接近转速，因为这可以直接测定。作为替代，通过检验频域中的液压波形数据，本发明人们认为可以监测、分析和调节复杂的混凝土混合物组和混合器特性，甚至相对于水合作用的动态效应和其它因素。

可以通过使用标准坍落度锥体方法测量试样混凝土混合物的坍落度(例如去除锥体和允许试样落下之后测量混凝土混合物的垂直落差高度)，并使坍落值与对于给定混合料体积以给定速率旋转罐中的相同混凝土试样混合物所需的能量关联，来校准坍落-监测系统。这一关联也可以用于本发明的目的，特别是当在频域中分析液压值时。

在本发明的其它示例性实施方案中，可以通过测量混凝土混合物试样的坍落流动来监测试样混凝土混合物，并且通过测量去除坍落锥体和允许试样在表面上展开之后混凝土试样混合物的水平展开来完成该监测。因此，这种坍落流动值也可以与对于给定试样混凝土混合物体积，以给定速率旋转混合罐的平均能量(例如液压)关联。根据ASTM C1611-05执行坍落流动试验。

在本发明的其它示例性实施方案中，本发明人们认为也可以通过使用流动台试验(EN 12350-5)校准坍落-监测系统，在所述试验中，将混凝土填充进放置在活动台上的锥体中，去除锥体，使得可以测量混凝土试样的水平展开，如先前在背景中描述的。获得的流动台值可以随后与对于给定混合料体积的给定速率的平均液压关联。这一关联也可以用于本发明的目的，特别是当在频域中分析液压值时。

因此，本发明的其它示例性混合系统和方法包括提供对应于以给定速率和体积旋转容纳已知体积混凝土混合物的罐所需的平均液压的值序列，其中所述值预先存储在计算机可访问存储位置并且对应于由混凝土混合物获得的标准坍落度锥体值(垂直落下试验；参见ASTM C143-05)、坍落流动值(水平展开的，参见ASTM C1611-05)和/或流动台值(参见EN 12350-5)。

图1显示在典型的时域下，转动空混凝土混合罐所需的随时间(秒)的能量波形(液压)。这些波形表现为连续正弦曲线的序列。虽然在此主要提及液压，因为大多数混凝土运输混合卡车使用液压来转动罐，但是谈到液压应理解为同样适用于或者包括电能(例如电流、电压或功率读数)，其实质上是类似振荡的，具有随时间而变化的振幅。

图2显示用于旋转装有混凝土混合料的混合罐的典型液压波形。混合罐的内表面包括两个连接到罐内表面并且围绕罐的转动轴螺旋形排列的混合叶片。本发明人们认为叶片数目，在这种情况下为两个，以及空罐的特性由曲线中绘制的成对的矮和高峰反映。

具有较均匀密实度和已知坍落度或坍落流动(例如由标准坍落度锥体测定的)及已知量的给定混凝土材料的液压波形可以以对应于旋转期间连续情况下转动混合罐过程中所需的液压值的值序列(来自液压传感器的输出)存储在计算机可访问存储器中。混合罐倒空和将相同设计的另一批混凝土的组分(其组分和百分比相同)投入罐之后，系统可以加以编程来识别组分(水泥、水、骨料)何时已经适当混合，并且也可以确定将多少水泥材料投入罐中，并且这可以通过分析旋转混合罐所需的液压随时间的变化来完成。因此，人们可以不必计算平均能量(这将另外需要许多罐旋转以进行平均)，而是简单地通过查明何时液压波形拟合或充分接近对照试样，而将大概需要较少的旋转来确定何时给定混合物中已经达到均匀的密实度，并将其存储在计算机可访问存储位置中。另外，如将在以下进一步讨论的，模式识别可用于确定波形对应于某些目标的时间。波形也可以从时域转换为频域。

图3图示说明根据空罐压力波形的快速傅里叶变换(FFT)分析的液压能量。换言之，能量读数序列由时域转换成为频域，其中液压可以作为频率的函数绘图，并且液压作为频率的函数的变化可以随着混合进展、混凝土硬化或诸如水或化学品混合物的材料加入到罐中而随时间监测。因此，频率峰或曲线的振幅或高度表示作为频率的函数反映的液压(以磅/平方英寸，或psi计)。奇数振幅峰表示大多数旋转空罐所需的液压主要出现在极窄频率带宽内；这一点与旋转空罐所需的液压完全由如图1中暗示的表示最低频率的单一正弦曲线表示的观察结果一致。

在本发明的优选实施方案中，例如通过使用FFT或DFT，将液压波形数据(对应于旋转罐和水泥材料所需的液压的值序列)转换为频域，使得可以进一步分析罐内容物的较高的调谐行为。

在本发明的其它示例性实施方案中，可以根据需要评价峰的高度，以及峰的底部宽度，并且还包括峰的总面积。

图4显示当将混凝土载入混合罐中，并且将所得液压波形通过快速傅里叶变换(FFT)转换成为频域，其中频率分量作为频率的函数绘制时发生的情况。虽然空罐的波形在对应于罐转速的频率处显示峰值振幅，但是装载混凝土的混合罐的液压能量波形在更高频率处显示峰值振幅。这种更高频率的出现据信是由安装在混合罐内壁表面上的混合叶片或搅拌桨产生的。典型的卡车混合罐包括两个在罐内部彼此相对安装的相同螺线或螺旋叶片。由FFT分析提供的测定波形是与罐旋转本身有关的频率和与由叶片排挤或剪切的混凝土有关的其它频率的总和。出现在更高频率处的第二个峰(在第一个峰的右侧)表示罐旋转的频率倍增。这一现象据信是由于具有两个安装在旋转罐内壁上的均匀分隔的混合叶片产生的。

图5显示混合分批的混凝土时的液压波形。在这一时域曲线内，观察到在混合操作期间，波形随时间逐渐变化。具体地，时域波形由具有单一重复峰的占主导的正弦曲线变化为每次旋转具有两个峰且各个峰具有不同高度的曲线。波形的后半部分形状为“M”或“W”形。因此，本发明的示例性方法和系统涉及对应于如图5中图解说明的“M”或“W”形波形的“峰值”和“谷值”的数据的波形性能的分析。“M”或“W”形波形的出现与混合的一定程度有关。另外，非平均液压的变化方面的减少(例如由某一时间间隔内的标准偏差测量的)及平均液压的降低和最终稳定化也与混合的一定程度有关。因此，液压波形的这些特性可以加以分析并用于评价混合进展和保证混凝土完全混合。重要的是在混凝土完全混合之后而非之前确认混凝土的性能。另外，通过了解混合程度，有可能推测完全混合的混凝土的最终性能。本发明人们认为完全混合之后的液压数据可用于与混合罐中容纳的水泥材料的一种或多种物理性能关联，所述物理性能例如(a)载荷重量，(b)载荷体积，(c)混凝土密度，(d)混凝土空气含量，(e)混凝土坍落度，(f)混凝土坍落流动，(g)混凝土流动台值，(h)混凝土流变性(例如屈服应力、粘度、触变性)，(i)混凝土组分的离析，(j)混凝土硬化，(k)混合罐的倾角，(l)内部罐结构的尺寸和构造；和(m)混凝土在罐中的堆积。关于混合罐本身的这种物理性能或信息可以存储在数据存储器位置中，在监测器上图解显示，或打印在纸张上。

例如，在图5中，在900-930秒之间，最高峰值和最低谷值(或波的底部)之间的变化比在例如1020-1080秒之间呈现的那些大得多，暗示在900秒混凝土还没有获得均匀性。因此，一旦峰值之间的变化减少，例如由1020-1080秒处的曲线暗示的，波形的“M”或“W”形明显，并且平均液压稳定，混合罐系统可以显示混合完成并且可以编程来计算混凝土数量或性能，降低转速以节能，允许排放完全混合的混凝土，或者进一步添加水泥材料以调节混凝土性能。

在本发明的示例性方法和系统中，该信息可以图解显示在监测器上，使得操作者有可能在倾倒(在运输位置)之前在某一时间开始混合各组分，并且波形可以与存储的波形比较，使得操作者可以视觉查明混凝土混合物何时已经达到均匀。可选地，可以分析波形以确定混合的状态(例如部分混合、完全混合，或达到完全混合混凝土的估计时间)，并且这一状态可以图解显示在监测器上，使得操作者可以视觉查明混凝土混合物何时已经达到均匀。

本发明人们认为液压数据序列中的波形图案可以与一个或多个水泥材料参数关联，并在监测器上视觉验证，或者通过编程计算机处理器来比较存储数据与混凝土运输和/或倾倒过程期间获得的数据来加以验证。

例如，已知的载荷重量可以与给定时间下的特定峰值高度关联并存储在计算机可访问存储位置，使得对于具有相同组分、配方和转速的后续混凝土载荷，可以作为峰值振幅的函数自动检测载荷重量。与预先记录的相同高度的峰值将意味着混凝土载荷具有相同的重量(届时由压力传感器在相同的时间和罐转速下记录)；而一半高度的峰值可能意味着载荷具有一定较少的重量。

类似地，本发明人们认为，波形的其它部分或波形随时间的某些图案可用于分析水泥材料的其它参数(或物理特性)，例如坍落度和坍落流动。例如，具有低坍落度的混凝土将预期需要更多的能量来转动罐，并且在安装在罐内的毛边上流动将较不易受影响，使得当在混合罐的一个旋转循环内在较高峰值和较低谷值之间变换时，波形的形状将伴随有许多“锐利的”能量活性。当比较900-930秒内的波形和1050-1080秒内的波形时，这一点清楚可见，如图5中图解说明的。900-930内看到的波形显示大振荡程度，暗示混凝土在旋转的混合叶片之上流动较少；而峰值振幅和谷值之间的较平稳过渡暗示在1050-1080秒内，混凝土在旋转混合叶片之上较容易流动。

另一方面，当使用FFT将液压能量值序列转换为频域时，其它有价值的信息开始出现。

图6为使用FFT将液压能量值转换成为频域之后频域中的图形曲线，其中出现频率为0.156 Hz的第一个峰和频率为0.430 Hz的第二个峰两者。随着混合进展时间过去，图7显示第一个峰的振幅减少，而第二个峰的振幅增加。本发明人们认为，不同调谐和亚调谐的这一振幅和相变可用来监测旋转罐中的水泥混合物的不同物理性能的作用。在这种情况下，部分混合的混凝土是硬化的粒状材料，在混合器内部的叶片之上不流动。随着混合进展和混合器中的分批的成分均匀化和从粒状松散材料转变为流体松散材料，混凝土开始流过混合器内部的叶片。本发明人们认为，流体混凝土流过叶片的行为与峰值振幅在不同频率出现有关。另外，与每个峰值有关的频率变为调谐或亚调谐的，即每个是另一个的多次波。因此，该第二个峰在不同频率处的出现和稳定化与混合进展有关。

图8显示用编码器测量的实际罐速与基于液压波形的FFT分析计算的罐速之间的关系。当由Hz转换成转/分时，与由FFT测定的第一个振峰幅有关的频率等于罐速。与第二个振幅峰有关的频率等于罐速的两倍。与第二个振幅峰有关的频率是罐速的两倍，因为其据信与作用于罐中的叶片的混凝土有关。罐中存在两个叶片导致频率与两倍罐速有关。FFT数据的使用避免了对编码器的需要。

快速傅里叶变换是允许计算离散傅里叶变换的算法，其将时域数据转换成为频域数据。实际上，存在可得到的多个FFT算法。FFT可用于报告频率、振幅、相位、功率谱和功率谱密度或实部和虚部。

上述说明书中已经描述了本发明的原理、优选实施方案和操作模式。但是意图在此加以保护的本发明不应被认为局限于公开的特殊形式，因为这些被认为是举例说明性的而非限制性的。本领域技术人员可以进行改变和变化，而不脱离本发明的精神。

Claims

1.混合水泥材料的方法，包括：

提供具有内部罐壁和至少一个安装在所述内部罐壁上的混合叶片的混合罐，所述混合罐容纳用于制造可水合水泥材料的组分；

以1-25转/分的定速S^C1旋转所述混合罐；

提供对应于旋转混合罐所需能量的随时间的值序列，以至少10倍定速S^C1的频率监测所述值序列；

比较提供的值序列和预先存储在数据存储器存储位置中的值序列；和

通过将液体或其它水泥材料组分引入混合罐中，调节所述混合罐中容纳的水泥材料的流变性或其它性能。

2.权利要求1的方法，其中所述可旋转混合罐具有至少两个安装在内部罐壁上的混合叶片。

3.权利要求1的方法，其中所述值序列对应于液压。

4.权利要求1的方法，其中所述值序列存储在计算机可访问的数据存储器存储位置。

5.权利要求1的方法，其中所述可水合水泥材料的所述组分在所述混合罐中混合，直到获得均匀的密实度。

6.权利要求1的方法，其中在所述比较提供的值序列和预先存储在数据存储器存储位置中的值序列的步骤中，所述值序列与选自以下的至少一个水泥材料混合参数有关：(a)载荷重量，(b)载荷体积，(c)混凝土密度，(d)混凝土空气含量，(e)混凝土坍落度，(f)混凝土坍落流动，(g)混凝土流动台值，(h)混凝土流变性(例如屈服应力、粘度、触变性)，(i)混凝土组分的离析，(j)混凝土硬化，(k)混合罐倾角，(l)内部罐结构的尺寸和构造；和(m)混凝土在罐中的堆积。

7.权利要求6的方法，其中所述存储在数据存储器存储位置的值序列对应于坍落度或坍落流动。

8.权利要求6的方法，其中所述提供的值序列以波形的形式图解显示在可见显示器或记录纸上。

9.权利要求6的方法，其中所述提供的值序列以波形图案的形式分析，并且所述波形与至少一个所述参数(a)至(m)关联，并且所述以波形图案分析的值序列存储在计算机可访问存储位置、显示在监测器上、打印在纸张上或其组合。

10.权利要求1的方法，其中所述液体为水、至少一种化学品混合物或其混合料。

11.权利要求1的方法，其中所述提供的值序列被转换为频域，以获得第二组数据。

12.权利要求11的方法，其中使用选自快速傅里叶变换和离散傅里叶变换及其变型的算法完成转换。

13.权利要求1的方法，包括：以1-25转/分的定速旋转容纳水泥混合物的混合罐；提供对应于旋转所述混合罐所需能量的时域值序列；将所述时域值序列转换成为频域值；比较所述转换的频域值与存储的频域值；和根据所述比较将液体引入所述混合罐中。

14.权利要求13的方法，其中在将所述时域值序列转换成为频域值中，该方法进一步包括使所述频域值与至少一种选自以下的水泥材料混合参数关联：(a)载荷重量，(b)载荷体积，(c)混凝土密度，(d)混凝土空气含量，(e)混凝土坍落度，(f)混凝土坍落流动，(g)混凝土流动台值，(h)混凝土流变性(例如屈服应力、粘度、触变性)，(i)混凝土组分的离析，(j)混凝土硬化，(k)混合罐倾角，(l)内部罐结构的尺寸和构造；和(m)混凝土在罐中的堆积。

15.权利要求1的方法，进一步包括：基于比较所述提供的值序列和所述预先存储的值序列，确定、存储和报告混合的进展，当液压数据作为旋转容纳可水合水泥材料的混合罐的时间或频率函数来图解描绘时，所述比较涉及对应于“M”或“W”形时域波形特征、非平均液压的变化、平均液压的稳定化或其组合的值。

16.混合系统，包括：

具有内部罐壁和至少一个安装在所述内部罐壁上的混合叶片的混合罐，所述混合罐容纳用于制造可水合水泥材料的组分；

用于以1-25转/分的定速S^C1旋转所述混合罐的液压传动装置；

用于提供对应于旋转混合罐所需能量的随时间的值序列的传感器；

用于监测由液压传感器提供的对应于液压传动装置所需液压量的值的计算机处理单元；

用于存储对应于随时间的第一个值序列的第一组数据的数据存储器存储位置，所述随时间的第一个值序列对应于旋转容纳第一种可水合水泥材料的混合罐所需的能量，以至少10倍定速S^C1的频率监测所述第一个值序列；

所述计算机处理单元进一步用于接收对应于旋转容纳第二种可水合水泥材料的混合罐所需能量的随时间的第二个值序列，以至少10倍定速S^C1的频率监测所述第二个值序列；

所述计算机处理单元进一步用于比较所述第二个值序列和所述第一个值序列，并且通过基于所述比较将液体或其它水泥材料组分引入所述混合罐中，来调节所述第二种可水合水泥材料的流变性或其它性能。

17.权利要求16的混合系统，其中所述计算机处理单元用于(a)将对应于旋转容纳水泥材料的混合罐所需能量的所述第一个和第二个值序列转换成为频域；(b)转换成为频域之后比较所述第一个和第二个值序列，和(c)通过基于所述比较添加液体来调节容纳在所述混合罐中的水泥材料的流变性。