[发明专利]一种混凝土运动轨迹测量系统

说明书

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。