CN117761113A - 一种砂含水率在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砂含水率在线监测装置及方法,涉及监测装置技术领域。其中,该装置包括物料识别装置、微波加热装置、温度检测装置以及中央控制单元,其中,微波加热装置,微波加热装置包括微波发生器、波导系统及腔体;温度检测装置,温度检测装置用于检测砂经过微波加热前后的温度差;中央控制单元用于接收物料识别装置的信号和温度检测装置的信号,以及对微波加热装置进行控制。本申请可直接应用于生产现场,保证了数据的真实性和有效性。
Description
技术领域
本发明涉及监测装置技术领域,尤其涉及一种砂含水率在线监测装置及方法。
背景技术
混凝土是目前建筑施工等领域使用最广泛的材料,它是由胶凝材料、砂石骨料、水、外加剂按照一定配比搅拌而成的复合材料。为了保证混凝土的质量,需要对生产过程中混凝土用水量进行精准控制,而砂石的含水率受天气、场地等环境因素影响变化较大,且同一堆物料中,顶层、中层和底层的物料含水率也有所不同,因此难以准确测量。目前混凝土生产过程中,需要先通过实验室测得砂石含水率,然后在混凝土生产过程中对用水量和用砂量进行调整和补偿。这样,检测数据的及时性也无法得到保证,无法和生产现状保持同步。
发明内容
本发明目的在于提供一种砂含水率在线监测装置及方法,以解决上述技术问题。
根据本申请提供的一个方面,本申请提供了一种砂含水率在线监测装置,包括物料识别装置、微波加热装置、温度检测装置以及中央控制单元,其中,微波加热装置,微波加热装置包括微波发生器、波导系统及腔体,微波加热装置安装在砂石送料机皮带上方;物料识别装置,物料识别装置安装在砂石送料机皮带上方,通过摄像头采集物料图像,利用图像识别技术对物料图像进行识别;温度检测装置,温度检测装置用于检测砂经过微波加热前后的温度差;中央控制单元用于接收物料识别装置的信号和温度检测装置的信号,以及对微波加热装置进行控制。
根据本申请提供的另一个方面,本申请提供了一种砂含水率在线监测方法,包括:物料识别装置利用图像识别技术对物料图像进行识别,得到物料图像识别结果;当物料图像识别结果指示识别到砂图像时,中央控制单元向微波加热装置发送含水率检测启动信号;当微波加热装置接收到含水率检测启动信号时,等待第一预设时长,以及在等待第一预设时长后,启动微波加热第二预设时长。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明提供的砂含水率在线监测装置及方法实现了砂含水率自动在线监测,可直接应用于生产现场,保证了数据的真实性和有效性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为根据本申请实施例的一种可选的砂含水率在线监测装置的结构图;
图2为根据本申请实施例的一种可选的砂含水率在线监测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。需要说明的是,本发明已经处于实际研发使用阶段。
在一些方案中,混凝土生产过程中,由实验室测量得到砂石含水率,然后再将数据人工输入到生产系统中进行生产,完成配料后操作人员根据上一盘混凝土拌合物工作性情况来调整下一盘水的计量,或直接在生产过程中加水或加外加剂。
可以理解,以上方案至少存在以下缺陷:
1)数据测量的准确性受人为因素影响大,比如取样的区域位置不同等;
2)砂石含水率受天气影响发生变化时无法及时获取相关信息以便调整配合比参数;
3)实验室检测具有一定的延时性。
可选地,作为一种可选的实施方式,如图1所示,本申请提供的砂含水率在线监测装置包括:物料识别装置101、微波加热装置102、温度检测装置103以及中央控制单元104,其中,
微波加热装置102,微波加热装置102包括微波发生器、波导系统及腔体,微波加热装置102安装在砂石送料机皮带上方;
物料识别装置101,物料识别装置101安装在砂石送料机皮带上方,通过摄像头采集物料图像,利用图像识别技术对物料图像进行识别;
温度检测装置103,温度检测装置103用于检测砂经过微波加热前后的温度差;
中央控制单元104用于接收物料识别装置101的信号和温度检测装置103的信号,以及对微波加热装置102进行控制。
可选地,作为一种可选的实施方式,温度检测装置包括第一温度检测装置和第二温度检测装置,第一温度检测装置安装于沿砂石送料机皮带运输方向上的微波加热装置的前端,第二温度检测装置安装于沿砂石送料机皮带运输方向上的微波加热装置的后端。
可选地,作为一种可选的实施方式,温度检测装置包括的温度传感器采用2*3矩阵式排列。
在本申请的一些实施例中,针对目前混凝土生产过程中砂含水率测量不及时、不准确等问题,提出一种基于微波的砂含水率在线监测仪,主要有1个物料识别装置、1个微波加热装置、2个温度检测装置和1个中央控制单元组成,中央控制单元接收物料识别装置和温度检测装置的信号,同时控制微波加热装置。物料识别装置安装在砂石送料机皮带上方、靠近砂卸料口位置,通过摄像头采集物料图像信息,利用图像识别技术判断区分砂石物料。皮带宽度为Mm,皮带长度为Lm,皮带传输速度为Vm/s,砂的运输距离为Nm。微波加热装置由微波发生器、波导系统、腔体等组成,加热区域为腔体的面积为L*M㎡,即砂通过微波加热的时长为t=L/V(s)。整个微波加热装置安装在皮带上方,沿皮带运输方向距离物料识别装置S处。当物料识别装置检测到当前运输的物料变成砂时,中央控制单元发出含水率检测启动信号,微波加热装置在收到含水率检测启动信号后,等待(S/V+1)s后,控制微波发生器启动微波加热。2个温度检测装置分别安装在沿皮带运输方向上的微波加热装置的前端(温度检测装置1)和后端(温度检测装置2),用于检测砂经过微波加热前后的温度差。温度检测装置中的温度传感器采用2*3矩阵式排列,每一次温度采集的数据取温度传感器的平均值。这样通过温度检测装置分别获得微波加热前的砂温度T(ta)和微波加热后的温度T(tb),两个温度传感器测量的时间间隔为ts,即ta+t=tb,则T(△)=T(tb)-T(ta)。设置R个监测点,温度检测装置1每间隔fs进行一次温度检测,温度检测装置2每间隔(f+t)s进行一次温度检测,则T(△,fn)=T(tb,fn)-T(ta,fn),R个监测点的水温上升的平均值设为Average(T(△,fn))则含水率W=k*Average(T(△,fn))。当物料识别装置检测到当前物料变为非砂时,中央控制单元发出含水率检测终止信号,温度检测装置和微波加热装置停止工作。
基于本申请提供的实施例,可以实现砂含水率的自动在线监测,可直接应用于生产现场,且采用多点、全方位监测进行交叉验证的方式,保证了数据的真实性和有效性。可以从砂含水率和砂加热后温升变化成线性关系的原理测量砂含水率。
在本申请的一些实施例中,通过识别加热前后的砂的图像颜色的变化,利用图像识别的方式来测量砂的含水率。
在本申请的一些实施例中,砂含水率和砂加热后温升变化所形成的线性关系需要经过传统实验室烘干加热的方式来进行标定。
可选地,如图2所示,本申请提供了一种砂含水率在线监测方法,包括:
S201,物料识别装置利用图像识别技术对物料图像进行识别,得到物料图像识别结果;
S202,当物料图像识别结果指示识别到砂图像时,中央控制单元向微波加热装置发送含水率检测启动信号;
S203,当微波加热装置接收到含水率检测启动信号时,等待第一预设时长,以及在等待第一预设时长后,启动微波加热第二预设时长。
可选地,作为一种可选的实施方式,第一预设时长基于以下表达式计算得到:
t1=S/V+1;
其中,S是微波加热装置沿砂石送料机皮带的运输方向距离物料识别装置的距离,V是砂石送料机皮带的运输速度。
可选地,作为一种可选的实施方式,通过温度检测装置分别获取微波加热前的砂温度T(ta)和微波加热后的温度T(tb);
其中,温度检测装置包括第一温度检测装置和第二温度检测装置,第一温度检测装置每隔第一预设周期进行温度检测,第二温度检测装置每隔第二预设周期进行温度检测。
可选地,作为一种可选的实施方式,当物料图像识别结果指示未识别到砂图像时,中央控制单元向微波加热装置发送含水率检测终止信号。
可选地,作为一种可选的实施方式,当温度检测装置接收到含水率检测启动信号时,停止工作。
可选地,作为一种可选的实施方式,当微波加热装置接收到含水率检测启动信号时,停止工作。
在本申请的一些实施例中,针对目前混凝土生产过程中砂含水率测量不及时、不准确等问题,提出一种基于微波的砂含水率在线监测仪,主要有1个物料识别装置、1个微波加热装置、2个温度检测装置和1个中央控制单元组成,中央控制单元接收物料识别装置和温度检测装置的信号,同时控制微波加热装置。物料识别装置安装在砂石送料机皮带上方、靠近砂卸料口位置,通过摄像头采集物料图像信息,利用图像识别技术判断区分砂石物料。皮带宽度为Mm,皮带长度为Lm,皮带传输速度为Vm/s,砂的运输距离为Nm。微波加热装置由微波发生器、波导系统、腔体等组成,加热区域为腔体的面积为L*M㎡,即砂通过微波加热的时长为t=L/V(s)。整个微波加热装置安装在皮带上方,沿皮带运输方向距离物料识别装置S处。当物料识别装置检测到当前运输的物料变成砂时,中央控制单元发出含水率检测启动信号,微波加热装置在收到含水率检测启动信号后,等待(S/V+1)s后,控制微波发生器启动微波加热。2个温度检测装置分别安装在沿皮带运输方向上的微波加热装置的前端(温度检测装置1)和后端(温度检测装置2),用于检测砂经过微波加热前后的温度差。温度检测装置中的温度传感器采用2*3矩阵式排列,每一次温度采集的数据取温度传感器的平均值。这样通过温度检测装置分别获得微波加热前的砂温度T(ta)和微波加热后的温度T(tb),两个温度传感器测量的时间间隔为ts,即ta+t=tb,则T(△)=T(tb)-T(ta)。设置R个监测点,温度检测装置1每间隔fs进行一次温度检测,温度检测装置2每间隔(f+t)s进行一次温度检测,则T(△,fn)=T(tb,fn)-T(ta,fn),R个监测点的水温上升的平均值设为Average(T(△,fn))则含水率W=k*Average(T(△,fn))。当物料识别装置检测到当前物料变为非砂时,中央控制单元发出含水率检测终止信号,温度检测装置和微波加热装置停止工作。
基于本申请提供的实施例,可以实现砂含水率的自动在线监测,可直接应用于生产现场,且采用多点、全方位监测进行交叉验证的方式,保证了数据的真实性和有效性。可以从砂含水率和砂加热后温升变化成线性关系的原理测量砂含水率。
在本申请的一些实施例中,通过识别加热前后的砂的图像颜色的变化,利用图像识别的方式来测量砂的含水率。
在本申请的一些实施例中,砂含水率和砂加热后温升变化所形成的线性关系需要经过传统实验室烘干加热的方式来进行标定。
在本申请的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
需要说明的是,本申请的方法实施例可以参考上述砂含水率在线监测装置中各个装置模块所实现的实施例,这里不再赘述。在本申请的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
需要说明的是,对于前述的各实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
以上的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种砂含水率在线监测装置,其特征在于,包括物料识别装置、微波加热装置、温度检测装置以及中央控制单元,其中,
所述微波加热装置,所述微波加热装置包括微波发生器、波导系统及腔体,所述微波加热装置安装在砂石送料机皮带上方;
所述物料识别装置,所述物料识别装置安装在所述砂石送料机皮带上方,通过摄像头采集物料图像,利用图像识别技术对所述物料图像进行识别;
所述温度检测装置,所述温度检测装置用于检测砂经过微波加热前后的温度差;
所述中央控制单元用于接收所述物料识别装置的信号和所述温度检测装置的信号,以及对所述微波加热装置进行控制。
2.根据权利要求1所述的砂含水率在线监测装置,其特征在于,
所述温度检测装置包括第一温度检测装置和第二温度检测装置,所述第一温度检测装置安装于沿所述砂石送料机皮带运输方向上的所述微波加热装置的前端,所述第二温度检测装置安装于沿所述砂石送料机皮带运输方向上的所述微波加热装置的后端。
3.根据权利要求2所述的砂含水率在线监测装置,其特征在于,
所述温度检测装置包括的温度传感器采用2*3矩阵式排列。
4.一种砂含水率在线监测方法,基于权利要求1至3中任意一项所述的砂含水率在线监测装置,其特征在于,包括:
物料识别装置利用图像识别技术对所述物料图像进行识别,得到物料图像识别结果;
当所述物料图像识别结果指示识别到砂图像时,中央控制单元向微波加热装置发送含水率检测启动信号;
当所述微波加热装置接收到所述含水率检测启动信号时,等待第一预设时长,以及在等待所述第一预设时长后,启动微波加热第二预设时长。
5.根据权利要求4所述的砂含水率在线监测方法,其特征在于,
所述第一预设时长基于以下表达式计算得到:
t1=S/V+1;
其中,S是所述微波加热装置沿砂石送料机皮带的运输方向距离所述物料识别装置的距离,V是砂石送料机皮带的运输速度。
6.根据权利要求5所述的砂含水率在线监测方法,其特征在于,
通过所述温度检测装置分别获取微波加热前的砂温度T(ta)和微波加热后的温度T(tb);
其中,所述温度检测装置包括第一温度检测装置和第二温度检测装置,所述第一温度检测装置每隔第一预设周期进行温度检测,所述第二温度检测装置每隔第二预设周期进行温度检测。
7.根据权利要求6所述的砂含水率在线监测方法,其特征在于,
当所述物料图像识别结果指示未识别到砂图像时,中央控制单元向所述微波加热装置发送含水率检测终止信号。
8.根据权利要求7所述的砂含水率在线监测方法,其特征在于,
当所述温度检测装置接收到所述含水率检测启动信号时,停止工作。
9.根据权利要求7所述的砂含水率在线监测方法,其特征在于,
当所述微波加热装置接收到所述含水率检测启动信号时,停止工作。
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