CN108896745A - 一种混凝土泵送超声导波监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混凝土泵送超声导波监测装置及监测方法，属于混凝土泵送监测领域，目的在于监测泵送过程中的混凝土流速以及相分布情况。该混凝土泵送超声导波监测装置及监测方法采用沿输送管轴向传播的超声导波，通过分析激励端和接收端之间的波速和波形变化，可计算出输送管内混凝土的流速和相分布情况，从而可以及时发现混凝土泵送异常状态，避免堵管、爆管等现象的发生。通过压电陶瓷片产生的超声导波则是沿轴向传播，并且压电陶瓷片通过胶水粘贴在输送管管壁，无需破坏输送管，安装便捷。

Description

一种混凝土泵送超声导波监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及混凝土泵送监测领域，具体涉及一种混凝土泵送超声导波监测装置及监测方法。

背景技术

目前我国混凝土超高泵送施工主要以经验为主导，虽然混凝土泵送高度屡创世界纪录，但在实际工程中仍时有发生堵管、爆管等现象，这主要是由于对混凝土泵送基础理论研究不足，同时在混凝土泵送过程中缺乏必要的监测手段。即使通过经验方法排除了泵送过程中发生的问题，但由于对于问题的根源认识不足，无法保证同类问题不再重复发生。因此，为了最大限度地减少此类问题的发生，有必要对混凝土泵送进行监测，从而可以及时发现问题并采取相应的措施。

在混凝土泵送过程中，混凝土流量是一个重要参数，直接关系到施工速度和混凝土泵送压力。工程中主要通过输送泵自身的流量计获得混凝土流量，即单位时间内混凝土输出的体积。对于输送过程中混凝土始终保持匀质的情况，输送泵混凝土流量直接反映了混凝土在输送管中的流动状态。但是在发生堵管、爆管时，其原因多是由于混凝土的匀质性发生问题，混凝土发生离析、颗粒聚集等现象，因而此时输送泵混凝土流量并不能反映混凝土在输送管中的实际流动状态。因此，需要对泵送过程中的混凝土流速以及相分布情况进行监测，以便于及时了解混凝土泵送状态。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土泵送超声导波监测装置及监测方法，采用超声导波技术监测混凝土泵送时在输送管中的流速和相分布情况，从而可以及时发现混凝土泵送异常状态，避免堵管、爆管等现象的发生。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种混凝土泵送超声导波监测装置，它包括计算机、函数发生器、示波器以及两个压电传感器阵列，所述压电传感器阵列由多个压电陶瓷片组成，所述多个压电陶瓷片环向均布于混凝土输送管上，两个压电传感器阵列分别为激励端和接收端；所述函数发生器发出激励信号，并将所述激励信号同时输出至示波器和激励端，激励端将激励信号转化成为超声波，接收端接收激励端发射的超声波，将其转化回电信号，电信号通过示波器转化为波形曲线，连接到示波器上，同时函数发生器与示波器相连，所述计算机用于分析所述示波器的波形数据。与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：

1、本发明提供的混凝土泵送超声导波监测装置，可产生沿输送管轴向传播的超声导波，通过分析激励端和接收端之间的波速和波形变化，可计算出输送管内混凝土的流速和相分布情况。

2、传统的超声波监测装置只能沿径向发射和接收超声波，由于超声波无法穿透金属管壁，因此必须在管壁上开孔，破坏了输送管的完整性，降低了安全系数；本发明则通过压电陶瓷片产生的超声导波则是沿轴向传播，并且压电陶瓷片通过胶水粘贴在输送管管壁，无需破坏输送管，安装便捷。

进一步地，所述函数发生器用于向压电传感器阵列发送特定频率的函数信号，可选择AFG3000C或者DG4000型号。

进一步地，所述示波器用于显示并储存压电传感器阵列接收的波形信号，可选择DPO7000C或者MDO4000C型号。

本发明还提供了利用前述混凝土泵送超声波监测装置的监测方法，该监测方法分为基础数据采集阶段和工程现场监测阶段两个阶段监测混凝土泵送时在输送管中的流速和相分布情况。

进一步地，所述基础数据采集阶段包括如下步骤：

步骤一、配制与工程上相同配合比的混凝土，记为C1，且该混凝土具有良好的工作性，泵送前后不会发生离析；

步骤二、通过函数发生器选择特定频率的Hanning窗函数调制的5个周期正弦信号作为激励信号；

步骤三、以特定流量泵送混凝土C1，启动函数发生器输出按钮，将上述激励信号同时输出至示波器和激励端，将激励信号转化为超声波；

步骤四、接收端接收激励端发射的超声波，将其转化回电信号，电信号通过示波器转化为波形曲线；

步骤五、对激励信号和接收信号作归一化降噪处理，计算超声波自激励端到接收端的传播时间和最大振幅变化值；

步骤六、改变混凝土泵送流量，重复步骤三至步骤五至少5次以上，绘制超声波传播时间与混凝土流速之间的散点图，通过数据分析软件拟合出超声波传播时间与混凝土流速的关系式。

步骤七、分别调整粗骨料体积分数至C1配合比的80％、90％、110％和120％，配制出的混凝土分别记为C2、C3、C4、C5，固定混凝土流量，分别泵送上述5种配合比的混凝土，每种混凝土泵送时均重复步骤三至步骤五；

步骤八、通过灰色关联法分析不同粗骨料体积分数对超声波传播时间和最大振幅变化值的影响规律，建立数学模型。

进一步地，所述工程现场监测阶段包括如下步骤：

第一步选用与基础数据采集阶段相同频率Hanning窗函数调制的5个周期正弦信号作为激励信号；

第二步混凝土泵送施工时，采用基础数据采集阶段步骤三至步骤五的方法得到超声波自激励端到接收端的传播时间和最大振幅变化值；

第三步根据超声波传播时间与混凝土流速的关系式计算出监测区段混凝土的流速；通过混凝土粗骨料体积分数与超声波传播时间和最大振幅变化值的灰色关联数学模型分析混凝土相分布情况。

附图说明

图1为本发明实施例一中混凝土泵送超声导波监测装置的示意图。

图中：

1-计算机；2-函数发生器；3-示波器；4-压电传感器阵列。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的预制钢结构设备坑及其施工方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例一

下面结合图1，详细说明本发明的混凝土泵送超声导波监测装置的结构组成。一种混凝土泵送超声导波监测装置，它包括计算机1、函数发生器2、示波器3以及两个压电传感器阵列4，压电传感器阵列由多个压电陶瓷片组成，多个压电陶瓷片环向均布于混凝土输送管上，两个压电传感器阵列4分别为激励端和接收端；函数发生器2发出激励信号，并将激励信号同时输出至示波器3和激励端，激励端将激励信号转化成为超声波，接收端接收激励端发射的超声波，将其转化回电信号，电信号通过示波器3转化为波形曲线，连接到示波器3上，同时函数发生器2与示波器3相连，计算机1用于分析示波器3的波形数据。

具体来说，本发明提供的混凝土泵送超声导波监测装置，采用沿输送管轴向传播的超声导波，通过分析激励端和接收端之间的波速和波形变化，可计算出输送管内混凝土的流速和相分布情况，从而可以及时发现混凝土泵送异常状态，避免堵管、爆管等现象的发生。而且，与传统的超声波监测装置监测必须在输送管管壁上开孔，破坏了输送管的完整性，降低了安全系数的问题相比；本发明则通过压电陶瓷片产生的超声导波则是沿轴向传播，并且压电陶瓷片通过胶水粘贴在输送管管壁，无需破坏输送管，安装便捷。

在本实施例中，更优选地，函数发生器2用于向压电传感器阵列4发送特定频率的函数信号，可选择AFG3000C、DG4000等型号。

在本实施例中，更优选地，示波器3用于显示并储存压电传感器阵列4接收的波形信号，可选择DPO7000C、MDO4000C等型号。

请继续参考图1，本实施例还提供了利用本发明的混凝土泵送超声导波监测装置监测混凝土泵送时在输送管中的流速以及相组成分布情况的监测方法，该监测方法分为基础数据采集阶段和工程现场监测阶段两个阶段监测混凝土泵送时在输送管中的流速和相分布情况。

基础数据采集阶段包括如下步骤：

步骤一、配制与工程上相同配合比的混凝土，记为C1，且该混凝土具有良好的工作性，泵送前后不会发生离析；

步骤二、通过函数发生器2选择特定频率的Hanning窗函数调制的5个周期正弦信号作为激励信号；

步骤三、以特定流量泵送混凝土C1，启动函数发生器2输出按钮，将上述激励信号同时输出至示波器3和压电传感器阵列4激励端，压电传感器阵列4将激励信号转化为超声波；

步骤四、压电传感器阵列4接收端接收激励端发射的超声波，将其转化回电信号，电信号通过示波器3转化为波形曲线；

步骤五、对激励信号和接收信号作归一化降噪处理，计算超声波自激励端到接收端的传播时间和最大振幅变化值；

步骤六、改变混凝土泵送流量，重复步骤三至步骤五至少5次，绘制超声波传播时间与混凝土流速之间的散点图，通过数据分析软件拟合出超声波传播时间与混凝土流速的关系式。

步骤七、分别调整粗骨料体积分数至C1配合比的80％、90％、110％和120％，配制出的混凝土分别记为C2、C3、C4、C5，固定混凝土流量，分别泵送上述5种配合比的混凝土，每种混凝土泵送时均重复步骤三至步骤五；

步骤八、通过灰色关联法分析不同粗骨料体积分数对超声波传播时间和最大振幅变化值的影响规律，建立数学模型。

工程现场监测阶段包括如下步骤：

第一步选用与基础数据采集阶段相同频率Hanning窗函数调制的5个周期正弦信号作为激励信号；

第二步混凝土泵送施工时，采用基础数据采集阶段步骤三至步骤五的方法得到超声波自激励端到接收端的传播时间和最大振幅变化值；

第三步根据超声波传播时间与混凝土流速的关系式计算出监测区段混凝土的流速；通过混凝土粗骨料体积分数与超声波传播时间和最大振幅变化值的灰色关联数学模型分析混凝土相分布情况。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种混凝土泵送超声导波监测装置，其特征在于，它包括计算机、函数发生器、示波器以及两个压电传感器阵列，所述压电传感器阵列由多个压电陶瓷片组成，所述多个压电陶瓷片环向均布于混凝土输送管上，两个压电传感器阵列分别为激励端和接收端；所述函数发生器发出激励信号，并将所述激励信号同时输出至示波器和激励端，激励端将激励信号转化成为超声波，接收端接收激励端发射的超声波，将其转化回电信号，电信号通过示波器转化为波形曲线，连接到示波器上，同时函数发生器与示波器相连，所述计算机用于分析所述示波器的波形数据。

2.根据权利要求1所述的混凝土泵送超声导波监测装置，其特征在于，所述函数发生器用于向压电传感器阵列发送特定频率的函数信号，可选择AFG3000C或者DG4000型号。

3.根据权利要求1所述的混凝土泵送超声导波监测装置，其特征在于，所述示波器用于显示并储存压电传感器阵列接收的波形信号，可选择DPO7000C或者MDO4000C型号。

4.利用权利要求1至3任一项所述的混凝土泵送超声导波监测装置的监测方法，其特征在于，分为基础数据采集阶段和工程现场监测阶段两个阶段监测混凝土泵送时在输送管中的流速和相分布情况。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，所述基础数据采集阶段包括如下步骤：

步骤一、配制与工程上相同配合比的混凝土，记为C1，且该混凝土具有良好的工作性，泵送前后不会发生离析；

步骤二、通过函数发生器选择特定频率的Hanning窗函数调制的5个周期正弦信号作为激励信号；

步骤三、以特定流量泵送混凝土C1，启动函数发生器输出按钮，将上述激励信号同时输出至示波器和激励端，将激励信号转化为超声波；

步骤四、接收端接收激励端发射的超声波，将其转化回电信号，电信号通过示波器转化为波形曲线；

步骤五、对激励信号和接收信号作归一化降噪处理，计算超声波自激励端到接收端的传播时间和最大振幅变化值；

步骤六、改变混凝土泵送流量，重复步骤三至步骤五至少5次，绘制超声波传播时间与混凝土流速之间的散点图，通过数据分析软件拟合出超声波传播时间与混凝土流速的关系式；

步骤七、分别调整粗骨料体积分数至C1配合比的80％、90％、110％和120％，配制出的混凝土分别记为C2、C3、C4、C5，固定混凝土流量，分别泵送上述5种配合比的混凝土，每种混凝土泵送时均重复步骤三至步骤五；

步骤八、通过灰色关联法分析不同粗骨料体积分数对超声波传播时间和最大振幅变化值的影响规律，建立数学模型。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述工程现场监测阶段包括如下步骤：

第一步选用与基础数据采集阶段相同频率Hanning窗函数调制的5个周期正弦信号作为激励信号；

第二步混凝土泵送施工时，采用基础数据采集阶段步骤三至步骤五的方法得到超声波自激励端到接收端的传播时间和最大振幅变化值；

第三步根据超声波传播时间与混凝土流速的关系式计算出监测区段混凝土的流速；通过混凝土粗骨料体积分数与超声波传播时间和最大振幅变化值的灰色关联数学模型分析混凝土相分布情况。