CN104359479A - 一种混凝土运动轨迹测量系统 - Google Patents
一种混凝土运动轨迹测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104359479A CN104359479A CN201410714417.4A CN201410714417A CN104359479A CN 104359479 A CN104359479 A CN 104359479A CN 201410714417 A CN201410714417 A CN 201410714417A CN 104359479 A CN104359479 A CN 104359479A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- concrete
- sensor unit
- sensor
- acceleration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 49
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims abstract description 5
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 11
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 3
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 3
- GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N spiromesifen Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1C(C(O1)=O)=C(OC(=O)CC(C)(C)C)C11CCCC1 GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013075 data extraction Methods 0.000 abstract 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
本发明属于测量设备制造和应用技术领域,涉及一种混凝土运动轨迹测量系统;其传感器单元、数据存储单元、电源开关和接口单元分别与微处理器电信息连通,传感器单元为独立的封闭结构,包括基于MEMS三轴加速度传感器、三轴磁场传感器和三轴陀螺仪传感器,电源开关、数据存储单元和微处理器采用常规的现有技术结构,接口单元由JATG口和串口调试口电信息连通组成;工作时传感器单元在混凝土搅拌罐体中运行并采集其本身的运动加速度信息,后将数据存储在数据存储单元中,数据存储单元与传感器单元之间采用有线通信,实现数据取出和数据解算;其整体结构简单,原理可靠,测量数据准确,造价低,能耗小,使用环境友好,使用寿命长。
Description
技术领域:
本发明属于测量设备制造和应用技术领域,涉及一种混凝土运动轨迹测量系统,通过测量混凝土在运输搅拌过程中的运动轨迹,分析发生离析现象的原因,优化混凝土搅拌运输车搅拌罐的设计,减小混凝土搅拌车骨料搅拌离析现象,提高混凝土搅拌质量。
背景技术:
目前,混凝土搅拌运输车的研究已向多功能、自动监控、多样化、成套化、新型材料的应用等方面发展,如搅拌车与泵车的结合、搅拌车加装传送带、超长搅拌罐的前卸式搅拌和复合材料罐体等。2000年,G.Micale等人使用Euler模型分别对单层浆和多层浆的搅拌槽内中低浓度固体颗粒的分散情况进行了研究,模拟结果和实验测量的固体颗粒在轴向浓度分布方面有比较好的一致性。2002年,M.Nocentini、D.Pinelli和F.Magelli对具有多重冲击的湍流泥浆反应器中的固相分散系数和沉降速度进行了研究,利用轴向沉降—分散模型对数据进行了分析,发现固相和液相在轴向的分散因数相差不超过20%。2005年,吉林大学王海英利用粒子成像测速系统对搅拌筒内部流体流动状态进行了研究,得到了流体在搅拌筒内部的流动状态以及搅拌时的流体流线,使得流体在搅拌筒内部的流动更加直观化,其实验结果还存在实验粒子数较少、实验结果与真实混凝土搅拌车搅拌筒中运动轨迹有差异等诸多问题需要解决。在研究混凝土的运动机理相关方面,使用较多的还是CFD分析方法,如2005年北京化工大学的王振松所研究的固—液搅拌槽内槽底流场的CFD模拟问题,其使用计算流体力学CFD软件CFX-51511对搅拌槽内固液流场进行了数值模拟。2006年,Aoyi Ochieng和Alison E.Lewis对固体镍在搅拌槽内的浓度分布进行了仿真模拟和研究。2008年,吉林大学封立英研究的混凝土搅拌运送车多相流动的数值模拟中,利用CFD软件对混凝土搅拌输送车搅拌筒的内部流场进行了数值模拟,并对模拟结果进行了分析。研究表明,湍流传播力对于固体悬浮很重要,尤其对于高载固量的情况,且对于给定的载固量,固体浓度分布取决于颗粒尺寸及其分布情况;但目前这些研究普遍基于经验公式的部分,到目前暂时没有完全掌握混凝土在搅拌罐中的运动规律,所以有必要利用实验方法对混凝土在搅拌运输车中的运动机理进行研究。
发明内容:
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足,寻求设计一种混凝土运动轨迹测量系统,将包括三轴加速传感器、三轴磁传感器和三轴陀螺仪传感器的传感器单元构成的测量系统投放在混凝土搅拌灌中,对混凝土运动状态参数进行测量,分析采集数据,得到混凝土在搅拌罐中的加速度、角速度和磁场强度信息,利用软件工具进行惯导解算,实现搅拌罐中混凝土的运动轨迹测量。
为了实现上述目的,本发明装置的主体结构包括电源开关、数据存储单元、微处理器、传感器单元和接口单元,传感器单元、数据存储单元、电源开关和接口单元分别与微处理器电信息连通,实现数据信息的分析、处理和解算;传感器单元为独立的封闭结构;电源开关、数据存储单元和微处理器采用常规的现有技术结构;接口单元由JATG口和串口调试口电信息连通组成;具有信息采集功能的传感器单元包括基于MEMS三轴加速度传感器、三轴磁场传感器和三轴陀螺仪传感器,各传感器集成设计成为密封式一体结构并协同工作实现对混凝土搅拌罐中物料运动的各方向加速度、角加速度和磁场变化的测定;放入混凝土搅拌罐中的传感器单元的初始位置为混凝土卸料口,先按照采样要求设定好采样频率参数,并记录初始位置经纬度和离地高度的三维坐标数据,当传感器单元在混凝土搅拌罐体中运行时,传感器单元对其自身在搅拌罐中运动时所得到的加速度信息进行采集,再将采集后的各个数据存储在数据存储单元中,以备后续读取数据;数据存储单元与传感器单元之间采用有线通信,实现将每个传感器单元所采集的数据通过SD卡顺利取出,以便输入计算机进行数据解算。
本发明涉及的传感器单元采用具有低功耗工作模式的MEMS传感器结构,选择意法半导体轴LSM9DS0传感模块,实现三轴加速度传感器、三轴陀螺传感器和三轴磁场传感器的综合功能;其测量最大角速率为2000dps,最大磁场强度为12gauss,最大加速度为16g,输出量程可选,供电电压为2.16V,具有掉电保护和低能耗省电以及自测试功能;LSM9DS0传感模块内置有一个I2C通讯接口和一个SPI标准接口,传感器单元通过I2C接口和SPI接口与微处理器电信息相连;传感器单元内含引脚中断信号,具有检测运动和磁场的能力,阈值和时间中断由最终用户编程设定;LSM9DS0传感模块采用塑料栅格阵列封装,在-40℃到+85℃的温度范围内使用。
本发明涉及的微处理器采用ARM Cortex-M4系列的STM32F407芯片,具有数字信号混合控制功能,内嵌浮点运算模块完成复杂的DSP运算;STM32F407将程序和数据存储器以及外设接口集成为一体结构,通过其内部集成的功率管理单元调整内部的电压转换器。
本发明涉及的电源开关采用具有电源管理功能的电池供电方式,主电源为LP5996双路输出线性低压差稳压芯片(LDO),具有3.0V和3.3V的二路独立控制的LDO输出,禁止芯片吸收的虚电流低于10nA,输出35μA超低静态电流,具有过热、过流自关断保护功能,3.0V电压供给各IP2上位机接口的传感器单元使用,3.3V电压供微处理器使用。
本发明涉及的数据存储单元具有并行接口与串行接口,选择AT45DB161串行Flash暂存数据,其工作电压为2.5V,工作电流为4mA;在进行数据存储时,减少数据读写次数以降低系统功耗,采集到数据时先将其以较紧凑的格式存储在板载的串行Flash器件内,当数据在板载串行的Flash期间保存的数据量达到512KB容量时,将Flash器件内的数据以页读的方式在较短时间内进行读取和处理,txt文本文件格式保存在数据存储单元的SD卡4内,或将数据转存到并行的Flash器件内长久保存;保存后的数据将在串行Flash内循环进行使用;SD卡内的文件命名方式以试验时间及采集数据的时间作为依据,将其定义为:xx-xx-xx(年-月-日),xx表示所占的数据位数为两位,下文中xx符号所表示含义同此,各个数据段之间以逗号隔开,如下:
(1)将文件内采集数据存储的格式定义为:xx-xx(时-分);
(2)三轴加速度传感器产生的三方向轴的加速度数据为:xx.x,yy.y,zz.z(保留一位小数,单位m/s2);
(3)三轴陀螺传感器产生的三方向轴的角速度数据为:xx.x,yy.y,zz.z(保留一位小数,单位°/s);
(4)三轴磁场传感器产生的三方向轴的磁场强度数据为xx.x,yy.x,zz.z(保留一位小数,单位gauss)。
本发明涉及的传感器单元对数据进行采集与存储,将采集的数据通过USB或SD卡读出并解算得到结果,其流程如图2所示;基于MATLAB软件的捷联惯导数据解算是将用于惯性测量的各传感器模块固联在载体表面构成传感器单元,通过传感器单元测量载体运动的加速度与角速度参数,然后将采集的信息参数通过计算机解算出物体的运动方向和状态信息,再利用传感器单元对混凝土运动轨迹进行测量,将航姿测量的基本理论应用于地面的混凝土搅拌罐中的运动轨迹,通过对捷联惯导系统的数学模型的分析,得到适合的姿态矩阵计算方案,并将其用于惯导解算软件的计算,求出姿态矩阵或姿态角;混凝土物料在混凝土搅拌罐中的运动轨迹,包含姿态角与加速度线性作用变化;传感器单元位置的变化是重要因素,先后出现许多姿态矩阵更新算法,并且需要对整个捷联惯导系统进行解算得出;将采集到的加速度信息利用捷联惯导系统原理的计算方法在PC端的MATLAB软件中进行仿真处理,通过MATLAB软件的矩阵运算及数值分析功能,绘制出传感器单元采集的信息数据仿真曲线,分析混凝土搅拌罐中的随混凝土运动轨迹,并分析混凝土离析现象。
本发明系统实现混凝土运动轨迹测量的步骤是:先将传感器单元固联在载体表面,再将载体放入混凝土搅拌车中进行采集得到载体运动的加速度与角速度参数,然后将传感器采集的数据通过计算机解算出物料的运动方向和姿态信息,分析得到混凝土运动轨迹,混凝土搅拌罐中混凝土物料运动轨迹的测量参数是物料运动的姿态角与加速度,将采集到的加速度信息利用常规的捷联惯导解算程序在PC端已有的MATLAB软件中进行处理,通过MATLAB软件的矩阵运算和数值分析功能,绘制出传感器单元在混凝土搅拌车中的运动曲线,即为混凝土运动的轨迹,作为分析混凝土离析现象的数据。
本发明与现有技术相比,其整体结构简单,原理可靠,测量操作简单,测量数据准确,造价低,能耗小,使用环境友好,使用寿命长。
附图说明:
图1为本发明装置的硬件组成结构原理示意框图。
图2为本发明装置的实现测量的工艺流程框图。
图3为本发明涉及的数据解算流程示意图。
具体实施方式:
下面通过实施例并结合附图做进一步说明。
实施例1:
本实施例的主体结构包括电源开关1、数据存储单元2、微处理器12、传感器单元11和接口单元7,传感器单元11、数据存储单元2、电源开关1和接口单元7分别与微处理器12电信息连通,实现数据信息的分析、处理和解算;传感器单元11为独立的封闭结构;电源开关1、数据存储单元2和微处理器12采用常规的现有技术结构;接口单元7由JATG口5和串口调试口6电信息连通组成;具有信息采集功能的传感器单元11包括基于MEMS三轴加速度传感器8、三轴磁场传感器9和三轴陀螺仪传感器10,各传感器集成设计成为密封式一体结构并协同工作实现对混凝土搅拌罐中物料运动的各方向加速度、角加速度和磁场变化的测定;放入混凝土搅拌罐中的传感器单元11的初始位置为混凝土卸料口,先按照采样要求设定好采样频率参数,并记录初始位置经纬度和离地高度的三维坐标数据,当传感器单元11在混凝土搅拌罐体中运行时,传感器单元11对其自身在搅拌罐中运动时所得到的加速度信息进行采集,再将采集后的各个数据存储在数据存储单元2中,以备后续读取数据;数据存储单元2与传感器单元11之间采用有线通信,实现将每个传感器单元11所采集的数据通过SD卡4顺利取出,以便输入计算机进行数据解算。
本实施例涉及的传感器单元11采用具有低功耗工作模式的MEMS传感器结构,选择意法半导体9轴LSM9DS0传感模块,实现三轴加速度传感器、三轴陀螺传感器和三轴磁场传感器的综合功能;其测量最大角速率为2000dps,最大磁场强度为12gauss,最大加速度为16g,输出量程可选,供电电压为2.16V,具有掉电保护和低能耗省电以及自测试功能;LSM9DS0传感模块内置有一个I2C通讯接口和一个SPI标准接口,传感器单元11通过I2C接口和SPI接口与微处理器12电信息相连;传感器单元11内含引脚中断信号,具有检测运动和磁场的能力,阈值和时间中断由最终用户编程设定;LSM9DS0传感模块采用塑料栅格阵列封装,在-40℃到+85℃的温度范围内使用。
本实施例涉及的微处理器12采用ARM Cortex-M4系列的STM32F407芯片,具有数字信号混合控制功能,内嵌浮点运算模块完成复杂的DSP运算;STM32F407将程序和数据存储器以及外设接口集成为一体结构,通过其内部集成的功率管理单元调整内部的电压转换器。
本实施例涉及的电源开关1采用具有电源管理功能的电池供电方式,主电源为LP5996双路输出线性低压差稳压芯片(LDO),具有3.0V和3.3V的二路独立控制的LDO输出,禁止芯片吸收的虚电流低于10nA,输出35μA超低静态电流,具有过热、过流自关断保护功能,3.0V电压供给各IP2上位机接口的传感器单元11使用,3.3V电压供微处理器12使用。
本实施例涉及的数据存储单元2具有并行接口与串行接口,选择AT45DB161串行Flash暂存数据,其工作电压为2.5V,工作电流为4mA;在进行数据存储时,减少数据读写次数以降低系统功耗,采集到数据时先将其以较紧凑的格式存储在板载的串行Flash器件3内,当数据在板载串行的Flash期间保存的数据量达到512KB容量时,将Flash器件3内的数据以页读的方式在较短时间内进行读取和处理,txt文本文件格式保存在数据存储单元2的SD卡4内,或将数据转存到并行的Flash器件3内长久保存;保存后的数据将在串行Flash内循环进行使用;SD卡4内的文件命名方式以试验时间及采集数据的时间作为依据,将其定义为:xx-xx-xx(年-月-日),xx表示所占的数据位数为两位,下文中xx符号所表示含义同此,各个数据段之间以逗号隔开,如下:
(1)将文件内采集数据存储的格式定义为:xx-xx(时-分);
(2)三轴加速度传感器产生的三方向轴的加速度数据为:xx.x,yy.y,zz.z(保留一位小数,单位m/s2);
(3)三轴陀螺传感器产生的三方向轴的角速度数据为:xx.x,yy.y,zz.z(保留一位小数,单位°/s);
(4)三轴磁场传感器产生的三方向轴的磁场强度数据为xx.x,yy.x,zz.z(保留一位小数,单位gauss)。
本实施例涉及的传感器单元11对数据进行采集与存储,将采集的数据通过USB或SD卡4读出并解算得到结果,其流程如图2所示;基于MATLAB软件的捷联惯导数据解算是将用于惯性测量的各传感器模块固联在载体表面构成传感器单元11,通过传感器单元11测量载体运动的加速度与角速度参数,然后将采集的信息参数通过计算机解算出物体的运动方向和状态信息,再利用传感器单元11对混凝土运动轨迹进行测量,将航姿测量的基本理论应用于地面的混凝土搅拌罐中的运动轨迹,通过对捷联惯导系统的数学模型的分析,得到适合的姿态矩阵计算方案,并将其用于惯导解算软件的计算,求出姿态矩阵或姿态角;混凝土物料在混凝土搅拌罐中的运动轨迹,包含姿态角与加速度线性作用变化;传感器单元11位置的变化是重要因素,先后出现许多姿态矩阵更新算法,并且需要对整个捷联惯导系统进行解算得出;将采集到的加速度信息利用捷联惯导系统原理的计算方法在PC端的MATLAB软件中进行仿真处理,通过MATLAB软件的矩阵运算及数值分析功能,绘制出传感器单元11采集的信息数据仿真曲线,分析混凝土搅拌罐中的随混凝土运动轨迹,并分析混凝土离析现象。
本实施例系统实现混凝土运动轨迹测量的步骤是:先将传感器单元11固联在载体表面,再将载体放入混凝土搅拌车中进行采集得到载体运动的加速度与角速度参数,然后将传感器11采集的数据通过计算机解算出物料的运动方向和姿态信息,分析得到混凝土运动轨迹,混凝土搅拌罐中混凝土物料运动轨迹的测量参数是物料运动的姿态角与加速度,将采集到的加速度信息利用常规的捷联惯导解算程序在PC端已有的MATLAB软件中进行处理,通过MATLAB软件的矩阵运算和数值分析功能,绘制出传感器单元11在混凝土搅拌车中的运动曲线,即为混凝土运动的轨迹,作为分析混凝土离析现象的数据。
实施例2:
本实施例涉及的工具设备为容积为15立方米的混凝土搅拌运输车一辆;8立方米塌落度为50的混凝土;传感器单元5个;金属探测器1个;传感器单元11加装LED指示灯及金属条并进行封装,以便测量后找回传感器;设定传感器单元11存储数据的频率为10Hz,时间持续20分钟;其测量过程为
(1)在混凝土搅拌灌中装入8立方米塌落度为50的混凝土,启动搅拌罐运转以每分钟12转速度旋转搅拌15分钟以达到稳态;
(2)将五个传感器单元11置于混凝土搅拌罐入料口,打开电源开关1,记录此时高度及经纬度,设置为初始零点,微处理器12开始工作,此时数据存数单元2开始记录初始数据;将传感器单元投入搅拌罐中与罐内混凝土一同运动,以此达到模拟混凝土中石块的目的;
(3)传感器单元11对自身在混凝土搅拌罐中运动得到的加速度等信息进行采集,通过微处理器12及数据存储单元2将采集之后的数据信息存储在数据存储单元2中;
(4)对混凝土搅拌罐中的混凝土进行卸料,利用肉眼观察指示灯及金属探测器,找到混凝土中的5个传感器单元11,将传感器单元11中的数据存储单元2的内存卡取出,在PC端进行数据读取;
(5)在市售的MATLAB软件中利用捷连惯导原理及相关程序,将读取的加速度、角加速度等数据信息导入程序中,得到各个数据的变化曲线,拟合三维空间的运动曲线,得到混凝土在搅拌罐中的运动轨迹,实现测量目的。
Claims (7)
1.一种混凝土运动轨迹测量系统,其特征在于主体结构包括电源开关、数据存储单元、微处理器、传感器单元和接口单元,传感器单元、数据存储单元、电源开关和接口单元分别与微处理器电信息连通,实现数据信息的分析、处理和解算;传感器单元为独立的封闭结构;电源开关、数据存储单元和微处理器采用常规的现有技术结构;接口单元由JATG口和串口调试口电信息连通组成;具有信息采集功能的传感器单元包括基于MEMS三轴加速度传感器、三轴磁场传感器和三轴陀螺仪传感器,各传感器集成设计成为密封式一体结构并协同工作实现对混凝土搅拌罐中物料运动的各方向加速度、角加速度和磁场变化的测定;放入混凝土搅拌罐中的传感器单元的初始位置为混凝土卸料口,先按照采样要求设定好采样频率参数,并记录初始位置经纬度和离地高度的三维坐标数据,当传感器单元在混凝土搅拌罐体中运行时,传感器单元对其自身在搅拌罐中运动时所得到的加速度信息进行采集,再将采集后的各个数据存储在数据存储单元中,以备后续读取数据;数据存储单元与传感器单元之间采用有线通信,实现将每个传感器单元所采集的数据通过SD卡顺利取出,以便输入计算机进行数据解算。
2.根据权利要求1所述的混凝土运动轨迹测量系统,其特征在于涉及的传感器单元采用具有低功耗工作模式的MEMS传感器结构,选择意法半导体轴LSM9DS0传感模块,实现三轴加速度传感器、三轴陀螺传感器和三轴磁场传感器的综合功能;其测量最大角速率为2000dps,最大磁场强度为12gauss,最大加速度为16g,输出量程可选,供电电压为2.16V,具有掉电保护和低能耗省电以及自测试功能;LSM9DS0传感模块内置有一个I2C通讯接口和一个SPI标准接口,传感器单元通过I2C接口和SPI接口与微处理器电信息相连;传感器单元内含引脚中断信号,具有检测运动和磁场的能力,阈值和时间中断由最终用户编程设定;LSM9DS0传感模块采用塑料栅格阵列封装,在-40℃到+85℃的温度范围内使用。
3.根据权利要求1所述的混凝土运动轨迹测量系统,其特征在于涉及的微处理器采用ARM Cortex-M4系列的STM32F407芯片,具有数字信号混合控制功能,内嵌浮点运算模块完成复杂的DSP运算;STM32F407将程序和数据存储器以及外设接口集成为一体结构,通过其内部集成的功率管理单元调整内部的电压转换器。
4.根据权利要求1所述的混凝土运动轨迹测量系统,其特征在于涉及的电源开关采用具有电源管理功能的电池供电方式,主电源为LP5996双路输出线性低压差稳压芯片(LDO),具有3.0V和3.3V的二路独立控制的LDO输出,禁止芯片吸收的虚电流低于10nA,输出35μA超低静态电流,具有过热、过流自关断保护功能,3.0V电压供给各IP2上位机接口的传感器单元使用,3.3V电压供微处理器使用。
5.根据权利要求1所述的混凝土运动轨迹测量系统,其特征在于涉及的数据存储单元具有并行接口与串行接口,选择AT45DB161串行Flash暂存数据,其工作电压为2.5V,工作电流为4mA;在进行数据存储时,减少数据读写次数以降低系统功耗,采集到数据时先将其以较紧凑的格式存储在板载的串行Flash器件内,当数据在板载串行的Flash期间保存的数据量达到512KB容量时,将Flash器件内的数据以页读的方式在较短时间内进行读取和处理,txt文本文件格式保存在数据存储单元的SD卡4内,或将数据转存到并行的Flash器件内长久保存;保存后的数据将在串行Flash内循环进行使用;SD卡内的文件命名方式以试验时间及采集数据的时间作为依据,将其定义为:xx-xx-xx(年-月-日),xx表示所占的数据位数为两位,下文中xx符号所表示含义同此,各个数据段之间以逗号隔开,如下:
(1)将文件内采集数据存储的格式定义为:xx-xx(时-分);
(2)三轴加速度传感器产生的三方向轴的加速度数据为:xx.x,yy.y,zz.z(保留一位小数,单位m/s2);
(3)三轴陀螺传感器产生的三方向轴的角速度数据为:xx.x,yy.y,zz.z(保留一位小数,单位°/s);
(4)三轴磁场传感器产生的三方向轴的磁场强度数据为xx.x,yy.x,zz.z(保留一位小数,单位gauss)。
6.根据权利要求1所述的混凝土运动轨迹测量系统,其特征在于涉及的传感器单元对数据进行采集与存储,将采集的数据通过USB或SD卡读出并解算得到结果;基于MATLAB软件的捷联惯导数据解算是将用于惯性测量的各传感器模块固联在载体表面构成传感器单元,通过传感器单元测量载体运动的加速度与角速度参数,然后将采集的信息参数通过计算机解算出物体的运动方向和状态信息,再利用传感器单元对混凝土运动轨迹进行测量,将航姿测量的基本理论应用于地面的混凝土搅拌罐中的运动轨迹,通过对捷联惯导系统的数学模型的分析,得到适合的姿态矩阵计算方案,并将其用于惯导解算软件的计算,求出姿态矩阵或姿态角;混凝土物料在混凝土搅拌罐中的运动轨迹,包含姿态角与加速度线性作用变化;传感器单元位置的变化是重要因素,先后出现许多姿态矩阵更新算法,并且需要对整个捷联惯导系统进行解算得出;将采集到的加速度信息利用捷联惯导系统原理的计算方法在PC端的MATLAB软件中进行仿真处理,通过MATLAB软件的矩阵运算及数值分析功能,绘制出传感器单元采集的信息数据仿真曲线,分析混凝土搅拌罐中的随混凝土运动轨迹,并分析混凝土离析现象。
7.根据权利要求1所述的混凝土运动轨迹测量系统,其特征在于系统实现混凝土运动轨迹测量的步骤是:先将传感器单元固联在载体表面,再将载体放入混凝土搅拌车中进行采集得到载体运动的加速度与角速度参数,然后将传感器采集的数据通过计算机解算出物料的运动方向和姿态信息,分析得到混凝土运动轨迹,混凝土搅拌罐中混凝土物料运动轨迹的测量参数是物料运动的姿态角与加速度,将采集到的加速度信息利用常规的捷联惯导解算程序在PC端已有的MATLAB软件中进行处理,通过MATLAB软件的矩阵运算和数值分析功能,绘制出传感器单元在混凝土搅拌车中的运动曲线,即为混凝土运动的轨迹,作为分析混凝土离析现象的数据。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410714417.4A CN104359479B (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 一种混凝土运动轨迹测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410714417.4A CN104359479B (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 一种混凝土运动轨迹测量系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104359479A true CN104359479A (zh) | 2015-02-18 |
CN104359479B CN104359479B (zh) | 2017-09-26 |
Family
ID=52526764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410714417.4A Expired - Fee Related CN104359479B (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 一种混凝土运动轨迹测量系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104359479B (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104833790A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-12 | 黑龙江科技大学 | 一种新型自制实验垮落体装置 |
CN105136208A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-09 | 厦门铠睿智能科技有限公司 | 一种九轴mems传感器 |
CN108106615A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-06-01 | 中船重工西安东仪科工集团有限公司 | 一种可设定初始航向的水下mems航向陀螺 |
CN108444872A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-24 | 上海理工大学 | 球状颗粒流颗粒运动状态的测量装置及方法 |
CN108955672A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-12-07 | 重庆交通大学 | 一种隧道注浆浆液轨迹监测系统及方法 |
CN109186587A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-11 | 中国水利水电科学研究院 | 一种比重可变和轨迹自计的卵石推移质运动研究装置 |
CN110231658A (zh) * | 2018-03-06 | 2019-09-13 | 北京快安科技有限公司 | 一种带姿态感知功能的手持式金属探测器 |
CN111720169A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-09-29 | 中南大学 | 一种隧道衬砌拱顶脱空监测装置及监测方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2425364Y (zh) * | 1999-10-19 | 2001-03-28 | 刘国强 | 混凝土综合测试仪 |
CN2718521Y (zh) * | 2004-07-01 | 2005-08-17 | 樊孝春 | 遥测数据采集系统 |
CN201955350U (zh) * | 2010-12-22 | 2011-08-31 | 北京梅泰诺智能技术有限公司 | 嵌入式运动速度测量系统 |
CN202351436U (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-25 | 深迪半导体(上海)有限公司 | 一种水流运行轨迹监测装置 |
US20130080255A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | Microsoft Corporation | Step detection and step length estimation |
CN202903327U (zh) * | 2012-11-17 | 2013-04-24 | 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 | 一种泥石流地声监测装置 |
CN203519011U (zh) * | 2013-10-15 | 2014-04-02 | 顾捷 | 一种姿态传感器 |
US20140312903A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-10-23 | SeeScan, Inc. | Multi-frequency locating systems and methods |
-
2014
- 2014-11-28 CN CN201410714417.4A patent/CN104359479B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2425364Y (zh) * | 1999-10-19 | 2001-03-28 | 刘国强 | 混凝土综合测试仪 |
CN2718521Y (zh) * | 2004-07-01 | 2005-08-17 | 樊孝春 | 遥测数据采集系统 |
CN201955350U (zh) * | 2010-12-22 | 2011-08-31 | 北京梅泰诺智能技术有限公司 | 嵌入式运动速度测量系统 |
US20130080255A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | Microsoft Corporation | Step detection and step length estimation |
CN202351436U (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-25 | 深迪半导体(上海)有限公司 | 一种水流运行轨迹监测装置 |
CN202903327U (zh) * | 2012-11-17 | 2013-04-24 | 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 | 一种泥石流地声监测装置 |
US20140312903A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-10-23 | SeeScan, Inc. | Multi-frequency locating systems and methods |
CN203519011U (zh) * | 2013-10-15 | 2014-04-02 | 顾捷 | 一种姿态传感器 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
焦海亮等: "高黏度流体混合研究进展", 《化工进展》 * |
高娜等: "多层桨搅拌槽内气-液两相局部气含率研究", 《高校化学工程学报》 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104833790A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-12 | 黑龙江科技大学 | 一种新型自制实验垮落体装置 |
CN105136208A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-09 | 厦门铠睿智能科技有限公司 | 一种九轴mems传感器 |
CN108106615A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-06-01 | 中船重工西安东仪科工集团有限公司 | 一种可设定初始航向的水下mems航向陀螺 |
CN108106615B (zh) * | 2017-12-08 | 2023-07-28 | 中船重工西安东仪科工集团有限公司 | 一种可设定初始航向的水下mems航向陀螺 |
CN108444872A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-24 | 上海理工大学 | 球状颗粒流颗粒运动状态的测量装置及方法 |
CN110231658A (zh) * | 2018-03-06 | 2019-09-13 | 北京快安科技有限公司 | 一种带姿态感知功能的手持式金属探测器 |
CN108955672A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-12-07 | 重庆交通大学 | 一种隧道注浆浆液轨迹监测系统及方法 |
CN108955672B (zh) * | 2018-06-07 | 2021-02-02 | 重庆交通大学 | 一种隧道注浆浆液轨迹监测系统及方法 |
CN109186587A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-11 | 中国水利水电科学研究院 | 一种比重可变和轨迹自计的卵石推移质运动研究装置 |
CN111720169A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-09-29 | 中南大学 | 一种隧道衬砌拱顶脱空监测装置及监测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104359479B (zh) | 2017-09-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104359479A (zh) | 一种混凝土运动轨迹测量系统 | |
CN101118159A (zh) | 基于惯性技术的全自主式地下管线测量系统 | |
CN104199459A (zh) | 一种基于手机蓝牙技术的水下机器人控制系统 | |
CN101963501A (zh) | 使用移动式测斜仪监测边坡稳定性的施工方法 | |
CN102749099B (zh) | 可实现球磨机介质运动测量的检测球 | |
CN205014978U (zh) | 基于mems重力检测的数字水平仪 | |
CN204087518U (zh) | 一种停车场车位探测装置 | |
CN103591927A (zh) | 井下钻机姿态测量仪及其测量方法 | |
CN106628006B (zh) | 一种智能手机波浪浮标 | |
CN202994144U (zh) | 一种基于加速度计的数字倾角仪 | |
CN104764450A (zh) | 一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器 | |
WO2019184082A1 (zh) | 多参数无线实时监控自供电荧光示踪系统及方法 | |
CN102879543B (zh) | 地下水水质多参数一体化连续在线监测系统 | |
Al-Obaidi et al. | A sensory instrumented particle for environmental monitoring applications: Development and calibration | |
CN204457747U (zh) | 一种钻头旋转角度的测量装置 | |
CN103438883A (zh) | 定位导航及轨迹绘图仪 | |
CN111398104A (zh) | 一种泥沙颗粒三维仿真运动监测实验装置及方法 | |
CN206192340U (zh) | 一种便携式倾角测量设备 | |
CN206594280U (zh) | 三分量磁力梯度仪的测量电路 | |
CN206174952U (zh) | 一种钻孔测斜装置 | |
CN104833529A (zh) | 基于惯性导航汽车运动性能测试系统及其测试方法 | |
KR20110107652A (ko) | 휴대형 조류 측정장비 | |
CN204988939U (zh) | 一种用于测量固体密度的测定仪 | |
CN110318728A (zh) | 一种近钻头多工程参数随钻测量存储装置 | |
CN209310818U (zh) | 一种管道三维姿态测量装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170926 Termination date: 20191128 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |