專利名稱：活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量測(cè)量的方法及裝置，尤其是涉及一種活塞式混凝土泵實(shí)時(shí) 流量測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
混凝土的攪拌和泵送通常是在相距較遠(yuǎn)的兩地進(jìn)行的，攪拌、運(yùn)輸和施工 方也常為二個(gè)不同的單位。建筑機(jī)械租賃業(yè)中因信息不對(duì)稱處于劣勢(shì)的一方一 一施工用戶方——提出急需流量計(jì)量系統(tǒng)(主要是隨泵車的流量計(jì)量系統(tǒng))來 彌補(bǔ)這方面的不足。在泵(車)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、施工管理和施工質(zhì)量、泵車質(zhì) 量的評(píng)價(jià)方面也存在著對(duì)流量計(jì)量系統(tǒng)的需求。混凝土流量計(jì)量技術(shù)已成為建 筑施工設(shè)備中的一項(xiàng)亟待解決的工程實(shí)際應(yīng)用技術(shù)問題，隨車的流量計(jì)量裝置 及控制系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)的開發(fā)，被國內(nèi)各主要建筑機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)視為新一 代泵車的標(biāo)志性功能。
國內(nèi)外有關(guān)混凝土泵流量計(jì)量技術(shù)的直接研究鮮有報(bào)道，正使用或正在研究之 中的計(jì)量方法和技術(shù)方案包括
(1) 利用位移傳感器、開關(guān)傳感器進(jìn)行流量計(jì)量的方法。這種方法采用開關(guān)傳感 器對(duì)泵送沖程次數(shù)進(jìn)行記數(shù)，并根據(jù)按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的泵送效率進(jìn)行活塞式混凝土泵
(泥漿泵)流量的計(jì)量。由于不能在計(jì)量方法上排除"空行程"及出口壓力變化的 影響，這種方法存在較大計(jì)量誤差。
(2) 利用液壓系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行流量計(jì)量的方法。這種方法利用液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào) 與活塞缸往復(fù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行混凝土泵的流量計(jì)量。這一方法雖具有簡(jiǎn)單可靠的特 點(diǎn)，但本質(zhì)上仍停留在測(cè)量液壓驅(qū)動(dòng)活塞的往復(fù)次數(shù)上，且不能區(qū)分背壓信號(hào)，在 復(fù)雜工況下的精度是很有限的。
(3) 基于實(shí)測(cè)吸入容積效率的計(jì)量方法。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土缸吸入容積效率計(jì) 算平均吸入容積效率，并測(cè)量混凝土缸的活塞在最大行程時(shí)每分鐘的沖程數(shù)，然后 根據(jù)平均吸入容積效率對(duì)混凝土泵流量進(jìn)行計(jì)量。該方法原理簡(jiǎn)單，可以減少因流 量系數(shù)不準(zhǔn)確而造成的實(shí)際平均流量的誤差。但要求有專門的測(cè)量管道，同時(shí)也增 加T操作人員的勞動(dòng)量。不僅耗費(fèi)時(shí)間，頻繁測(cè)定也不現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法及裝置。該裝置可
以計(jì)算混凝土泵實(shí)際泵送流量。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一. 一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法
通過將兩個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將超聲波發(fā)射傳感器和超
聲波接收傳感器分別安裝在兩個(gè)聲楔中，超聲波發(fā)射傳感器通過超聲波發(fā)射電
路向混凝土輸送管道中流動(dòng)的混凝土發(fā)射一定強(qiáng)度的超聲波，超聲波被隨混凝
土一起運(yùn)動(dòng)的顆粒反射到超聲波接收傳感器。超聲波接收電路通過超聲波接收
傳感器接收到的反射聲波與發(fā)射聲波之間產(chǎn)生頻率差，該頻率差正比于混凝土
流速，因此可以根據(jù)頻率差計(jì)算混凝土流速。由于混凝土輸送管道的截面積為
定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量；其方法的 具體步驟如下
1) 將混凝土輸送管道接入泵送混凝土輸送管道中，將兩個(gè)聲楔分別安裝在混 凝土輸送管道上，將超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器分別安裝在兩個(gè)聲
楔中；
2) 將超聲波發(fā)射電路與超聲波發(fā)射傳感器連接，使超聲波發(fā)射傳感器一直處 于發(fā)射狀態(tài)；
3) 將超聲波接收電路與超聲波接收傳感器連接，一直接收超聲波接收傳感器 輸出的信號(hào)；
4) 將高頻振蕩電路與DSP連接，產(chǎn)生發(fā)射超聲波觸發(fā)脈沖；
5) 將信號(hào)處理電路與超聲波接收電路連接，對(duì)超聲波接收電路接收到的反射 聲波與發(fā)射聲波進(jìn)行處理；
6) 計(jì)算反射聲波與發(fā)射聲波之間的頻率差，得到混凝土的流動(dòng)速度，由于混 凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí) 流量進(jìn)行測(cè)量；
式中
2-混凝土泵總的實(shí)際流量(m";S-混凝土輸送管道的截面積(m2》u-混凝土 流速(m/s); ^超聲波入射角(rad); A-超聲波發(fā)射頻率(Hz) ; 4/~-頻率差(他).
二. 一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量裝置
包括混凝土泵；還包括超聲波發(fā)射傳感器，超聲波接收傳感器，兩個(gè)聲楔，
混凝土輸送管道，發(fā)射模塊，接收模塊，信號(hào)處理模塊，溫度補(bǔ)償模塊，高頻 振蕩模塊，串行通信模塊，流量顯示模塊和DSP;兩個(gè)聲楔分別斜置對(duì)稱安裝 在混凝土輸送管道的兩側(cè)上，將超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器分別安 裝在各自的聲楔中；發(fā)射模塊與超聲波發(fā)射傳感器連接，接收模塊與超聲波接 收傳感器連接；信號(hào)處理模塊與接收模塊連接；DSP分別與發(fā)射模塊，接收模 塊，信號(hào)處理模塊，溫度補(bǔ)償模塊，高頻振蕩模塊，串行通信模塊和流量顯示 模塊連接。
本發(fā)明具有的有益效果是
通過測(cè)量反射聲波與發(fā)射聲波之間的頻率差，計(jì)算混凝土的流動(dòng)速度，對(duì)混 凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)不影響混凝土輸送管道中混凝土的流場(chǎng)分布， 而且測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受混凝土的溫度、壓力、濃度等參數(shù)的影響。


圖1是本發(fā)明裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明裝置軟件結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明裝置工作流程示意圖。
圖中1、超聲波發(fā)射傳感器，2、超聲波接收傳感器，3、聲楔，4、聲楔， 5、混凝土輸送管道，6、發(fā)射模塊，7、接收模塊，8、信號(hào)處理模塊，9、溫度 補(bǔ)償模塊，10、高頻振蕩模塊，11、串行通信模塊，12、流量顯示模塊，13、 DSP， 14、混凝土泵。
具體實(shí)施例方式
如圖l、圖2所示，本發(fā)明包括混凝土泵14;還包括超聲波發(fā)射傳感器l，
超聲波接收傳感器2，兩個(gè)聲楔3、 4，混凝土輸送管道5，發(fā)射模塊6，接收模 塊7，信號(hào)處理模塊8，溫度補(bǔ)償模塊9，高頻振蕩模塊IO，串行通信模塊ll， 流量顯示模塊12和DSP13;兩個(gè)聲楔3、 4分別斜置對(duì)稱安裝在混凝土輸送管 道5的兩側(cè)上，將超聲波發(fā)射傳感器1和超聲波接收傳感器2分別安裝在各自 的聲楔3、 4中；發(fā)射模塊6與超聲波發(fā)射傳感器1連接，接收模塊7與超聲波 接收傳感器2連接；信號(hào)處理模塊8與接收模塊7連接；DSP13分別與發(fā)射模 塊6，接收模塊7，信號(hào)處理模塊8，溫度補(bǔ)償模塊9，高頻振蕩模塊IO，串行 通信模塊11和流量顯示模塊12。
如圖3所示，本發(fā)明軟件系統(tǒng)包括測(cè)量系統(tǒng)初始化模塊、故障診斷和處理 模塊、參數(shù)設(shè)置和修改模塊、信號(hào)測(cè)量和處理模塊、控制和串行通信模塊、數(shù)
據(jù)顯示和打印模塊。
本發(fā)明的工作過程如下
結(jié)合圖2和圖4，啟動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，然后設(shè)置各種測(cè)量 參數(shù)。DSP程序發(fā)出控制信號(hào)至高頻振蕩模塊，產(chǎn)生發(fā)射超聲波觸發(fā)脈沖，超 聲波換能器開始發(fā)射超聲波，系統(tǒng)記錄發(fā)射超聲波的頻率/,。接收模塊接收到 包含有發(fā)射頻率/,和被反射的帶有多普勒頻移的頻率厶的信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行
帶通濾波和同步解調(diào)，解調(diào)出多普勒頻移/,「A，將信號(hào)放大并輸送至A/D轉(zhuǎn) 換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將信號(hào)傳輸給DSP。編制DSP程序根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各種測(cè) 量參數(shù)進(jìn)行誤差修正和數(shù)據(jù)處理，計(jì)算實(shí)時(shí)排量和累積流量，并將計(jì)算結(jié)果顯
示出來。
如圖2所示，，超聲波發(fā)射傳感器1通過發(fā)射模塊6向混凝土輸送管道5中 的混凝土發(fā)射頻率為A的超聲波，受到懸浮在混凝土中隨混凝土移動(dòng)的粒子或 氣泡的反射時(shí)，使超聲波接收傳感器2收到的反射聲波產(chǎn)生頻移。設(shè)接收到的 反射聲波頻率為^，超聲波在流體中的傳播速度為o則/,與厶的關(guān)系可用下式
表不
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由于超聲波在混凝土中的傳播速度c遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土在輸送管道內(nèi)流動(dòng)速 度，因此可將上式寫為
即頻移A/為 則可以求得流體的流動(dòng)速度為
<formula>formula see original document page 7</formula> (3)
<formula>formula see original document page 7</formula> (4)
由于混凝土輸送管道的截面積s為定值，根據(jù)測(cè)得的流速u就可以得到混凝
土的存
古-
2cos^ 人
本發(fā)明采用的器件如超聲波發(fā)射傳感器T/R40、超聲波接收傳感器T/R40、 發(fā)射模塊RBA-24、接收模塊RBA-23、串行通信模塊ADAM-4510I、高頻振蕩 模塊FU-19、溫度補(bǔ)償模塊143-131A、信號(hào)處理模塊KLM-4701、流量顯示模 塊LCM141和DSP市面上均可購買。
權(quán)利要求
1.一種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法，其特征在于通過將兩個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器分別安裝在兩個(gè)聲楔中，超聲波發(fā)射傳感器通過發(fā)射模塊向混凝土輸送管道中流動(dòng)的混凝土發(fā)射一定強(qiáng)度的超聲波，超聲波被隨混凝土一起運(yùn)動(dòng)的顆粒反射到超聲波接收傳感器。接收模塊通過超聲波接收傳感器接收到的反射聲波與發(fā)射聲波之間產(chǎn)生頻率差，該頻率差正比于混凝土流速，因此可以根據(jù)頻率差計(jì)算混凝土流速。由于混凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量；其方法的具體步驟如下1)將兩個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，將超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器分別安裝在兩個(gè)聲楔中；2)將發(fā)射模塊與超聲波發(fā)射傳感器連接，使超聲波發(fā)射傳感器一直處于發(fā)射狀態(tài)；3)將接收模塊與超聲波接收傳感器連接，一直接收超聲波接收傳感器輸出的信號(hào)；4)將高頻振蕩模塊與DSP連接，產(chǎn)生發(fā)射超聲波觸發(fā)脈沖；5)將信號(hào)處理模塊與接收模塊連接，對(duì)接收模塊接收到的反射聲波與發(fā)射聲波進(jìn)行處理；6)計(jì)算反射聲波與發(fā)射聲波之間的頻率差，得到混凝土的流動(dòng)速度，由于混凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量；
2. —種混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量裝置，包括混凝土泵(14);其特征在于還包 括超聲波發(fā)射傳感器(l)，超聲波接收傳感器(2)，兩個(gè)聲楔(3、 4)，混凝土輸送 管道(5)，發(fā)射模塊(6)，接收模塊(7)，信號(hào)處理模塊(8)，溫度補(bǔ)償模塊(9)，高頻 振蕩模塊(IO)，串行通信模塊(ll)，流量顯示模塊(12)和DSP(13);兩個(gè)聲楔(3、4)分別斜置對(duì)稱安裝在混凝土輸送管道(5)的兩側(cè)上，將超聲波發(fā)射傳感器(l)和 超聲波接收傳感器(2)分別安裝在各自的聲楔(3、 4)中；發(fā)射模塊(6)與超聲波發(fā) 射傳感器(l)連接，接收模塊(7)與超聲波接收傳感器(2)連接；信號(hào)處理模塊(8) 與接收模塊(7)連接;DSP(13)分別與發(fā)射模t央(6)，接收模塊(7)，信號(hào)處理模塊(8)， 溫度補(bǔ)償模塊(9)，高頻振蕩模塊(IO)，串行通信模塊(11)和流量顯示模塊(12)連 接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)流量測(cè)量方法及裝置。將裝有超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器的兩個(gè)聲楔分別安裝在混凝土輸送管道上，超聲波發(fā)射傳感器通過發(fā)射模塊向混凝土輸送管道中流動(dòng)的混凝土發(fā)射一定強(qiáng)度的超聲波，超聲波被隨混凝土一起運(yùn)動(dòng)的顆粒反射到超聲波接收傳感器。接收模塊通過超聲波接收傳感器接收到的反射聲波與發(fā)射聲波之間產(chǎn)生頻率差，該頻率差正比于混凝土流速，因此可以根據(jù)頻率差計(jì)算混凝土流速。由于混凝土輸送管道的截面積為定值，根據(jù)測(cè)得的混凝土流速就可以對(duì)混凝土泵實(shí)時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)不影響混凝土輸送管道中混凝土的流場(chǎng)分布，而且測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受混凝土的溫度、壓力、濃度等參數(shù)的影響。
文檔編號(hào)G01F1/66GK101178324SQ20071016441
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者劉會(huì)勇, 偉 李, 顧大強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)