阅读说明：本技术 一种混凝土标高灌注的自动化控制装置及其控制方法 (Automatic control device for concrete elevation pouring and control method thereof ) 是由 郑挺 陈天雄 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种混凝土标高灌注的自动化控制装置及其控制方法,本装置结合控制方法可实现全自动化混凝土灌注工作,且可实现设计标高一定高度范围内的混凝土面定位,通过在一定高度范围的测量位处设置深度传感器来检测混凝土面在测量位的高度,并在主传感器的辅助下提升精确度；另外,通过深度传感器在测量位内对混凝土面高度与灌注混凝土量结合,实现混凝土面在到达预定目标位时开始逐步减少混凝土的出泵量,在达到标高位停止灌注时,流量控制阀的混凝土出泵量降到最低,可以立即关闭混凝土供应装置出泵口,避免超灌。(The invention discloses an automatic control device and a control method for concrete elevation pouring, wherein the device can realize full-automatic concrete pouring work by combining the control method, can realize concrete surface positioning within a certain height range of a designed elevation, detects the height of a concrete surface at a measuring position by arranging a depth sensor at the measuring position within a certain height range, and improves the accuracy under the assistance of a main sensor; in addition, the height of the concrete surface is combined with the poured concrete amount in the measuring position through the depth sensor, so that the pump output amount of the concrete is gradually reduced when the concrete surface reaches a preset target position, when the pouring is stopped when the height reaches the elevation position, the pump output amount of the concrete of the flow control valve is reduced to the minimum, the pump output port of the concrete supply device can be immediately closed, and the over-pouring is avoided.)

一种混凝土标高灌注的自动化控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及基础建筑工程技术领域，具体为一种混凝土标高灌注的自动化控制装置及其控制方法。

背景技术

灌注桩是直接在所设计的桩位上开设截面为圆形孔，成孔后在孔内加放钢精笼，灌注混凝土而成；随着我国工程建设事业的蓬勃发展，灌注桩基础工程在高层建筑、桥梁、港口码头、海上采油平台、以及核电站等大型工程中广泛采用，但是混凝土灌注桩的标高控制一直以来是混凝土灌注桩工程施工的难点之一，难点在于灌注桩标高一般位于施工地面以下位置，无法直观获得混凝度实时浇灌高度，实际工程中只能依靠估测的方法，为了保证质量，一般会超灌过高，一方面造成成本浪费，另一方便也增加了基础开挖的难度。

现有技术中也有例如公告号为CN104631517B，公开了一种钻孔灌注桩混凝土界面检测装置及方法，利用水、泥浆的电阻抗和混凝土的电阻抗具有明显差别的原理，采用固定在绝缘棒上的第一电极和第二电极测得的电阻值来判定灌注桩灌注的混凝土是否达到设计灌注目标位置的阈值电阻值，但是该专利技术方案存在以下缺陷：

1.上述技术方案在第一电极和第二电极之间的电阻值到达阈值电阻值的95％～105％时停止灌注混凝土，而在实际施工中，由于采用单点式的第一电极、第二电极测电阻值，在水下灌桩时水、泥浆与混凝土混合的电阻值会导致测量参数的偏差；

2.由于混凝土灌注工作常借助混凝土供应装置完成，因此在实际施工过程中，混凝土供应装置的出泵口处出泵流量较大，孔内混凝土上升的速度也较快，第一电极、第二电极之间10cm-30cm的间距在较快时间内被混凝土填充，因此即使在混凝土达到第一电极所在断面时停止灌注，混凝土供应装置已出泵的混凝土量也会导致超灌；同时，本技术方案在混凝土超过第一电极后无法获知混凝土超灌的高度；

3.上述混凝土灌注装置属于半自动化产品，即需要人为查看控制装置或通过报警器报警后操作人员关闭混凝土供应装置出量停止灌注，一方面人为操控关闭混凝土供应装置的出泵存在时间差而导致更大程度的超灌；另一方面是无法获知此间灌注的混凝土面的实际高度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土标高灌注的自动化控制装置及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的无法直观、准确检测混凝土浇灌高度导致的超灌，工作设备半自动化以及出现超灌以后无法获知超灌后的实际高度问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种混凝土标高灌注的自动化控制装置，包括：

混凝土供应装置：用于装纳和输出灌注用的混凝土，所述混凝土供应装置上设有接收控制信号的信号接收器、以及该混凝土供应装置的出泵口处设有流量控制阀，该流量控制阀与信号接收器连接；

灌注桩：具有灌注混凝土的桩井，该桩井内预设有部分深度范围的测量位，该测量位由低到高依次包括混凝土上升的预定目标位、标高位、实际标高位；

深度传感器：放在桩井的测量位处，实时测量该测量位内各个高度位的电阻值；

主传感器：用以测量获得所接触介质的温度、盐度、介电常数，该主传感器设于标高位处；

控制终端：包数据采集模块、数据处理模块和信号发送器，该数据采集模块、信号发送器均与数据处理模块连接，且所述深度传感器、主传感器均与数据采集模块连接，所述信号发送器与信号接收器匹配对接。

优选的，所述深度传感器由多对电极组自上而下排列组成，且每对电极组按照预设间距设置，以及所述深度传感器排列在最下方的电极组位于预定目标位，所述电极组包括左电极阀和右电极阀，且每个左电极阀、右电极阀均可测量各自所处环境介质的电阻值。

优选的，还包括云服务器和移动终端，其中，所述控制终端、移动终端均与云服务器通过有线和/或无线连接，所述控制终端也可通过无线与移动终端直接连接，该移动终端可通过有线和/或无线与信号接收器连接以控制流量控制阀的混凝土出泵量。

优选的，所述深度传感器、主传感器均通过电缆线与控制终端连接，且该深度传感器、主传感器均通过电缆线悬挂或固定与测量位处，另外，所述主传感器整体椭圆结构。

优选的，所述混凝土供应装置的出泵口处设有料管，该料管在灌注工作时伸至桩井上方进行灌注工作。

一种由上述任一项所述的混凝土标高灌注的控制方法，其包括下述步骤：

S1.标定值测量，将深度传感器、主传感器放置于混凝土内测量，深度传感器测量得到在混凝土内的标定电阻值，主传感器测量得到混凝土的标定温度值、标定盐度值、标定介电常数值，并将上述标定值通过电缆线发送至控制终端；

S2.传感器投放，将深度传感器、主传感器通过电缆线悬挂或固定在测量位处，深度传感器内各个电极阀实时测量其所对应位置处介质的电阻值，主传感器实时测量温度值、盐度值、介电常数值，并实时将同一时间测量得到的数集发送至控制终端；

S3.控制终端将位于深度传感器最下方的左电极阀的电阻测量值与标定电阻值对比，其中，若电阻测量值是标定电阻值的0％-80％范围时，进入步骤S4；若电阻测量值是标定电阻值的81％-100％时，进入步骤S5；

S4.控制终端不发送控制信息，流量控制阀继续按照当前混凝土出泵量往桩井内灌注混凝土，并回到步骤S3；

S5.控制终端发送控制信息给流量控制阀，流量控制阀开始逐渐降低混凝土出泵量；同时，控制终端通过对比深度传感器各组电极阀分析得到桩井内混凝土面的上升位置；

S6.当控制终端通过深度传感器计算得到桩井内混凝土面达到标高位时，位于标高位的主传感器的测量值是对应标定值的90％-100％范围内，控制终端发送停止命令到流量控制阀，流量控制阀关闭，混凝土供应装置停止混凝土灌注工作；

S7.将料管从桩井内拔出，料管内的混凝土掉入桩井内，控制终端通过深度传感器测量得到桩井内混凝土面的实际高度；

优选的，在步骤S5中，控制终端通过对比深度传感器各组电极阀实时得到桩井内混凝土面上升位置的具体方法为：

S51.在混凝土面到达预定目标位时，以处于预定目标位的左电极阀为参照电极，将该参照电极与同组的右电极阀、以及位于该参照电极上方的其它左电极阀、右电极阀的测量值作对比得到电阻差矩阵，然后将同数组内的电阻差通过计算得到深度传感器电阻率剖面图，然后通过等势绘图软件读取电阻率剖面得到混凝土面的高度位置；

S52.混凝土面继续上升，当混凝土液面到达与预定目标位相邻的一组电极阀时，上移到新的左电极阀作为新参照电极，然后与新参照电极同组的右电极阀、位于该新参照电极上方的其它组左电极阀、右电极阀的测量值对比得到新一组的电阻差矩阵，然后将电阻差矩阵通过计算得到深度传感器的电阻率剖面，然后通过等势绘图软件读取电阻率剖面得到混凝土面的高度位置；

S53.循环执行步骤S52，直至停止灌注工作；

优选的，所述深度传感器、主传感器分别以每秒检测2-5次所处介质各项数据。

优选的，所述数据采集模块接收深度传感器、主传感器实时测量的各组数据，数据处理模块分析处理各组数据得到桩井内混凝土面上升情况，然后根据预设减速度将控制命令通过信号发送器、信号接收器控制流量控制阀逐步减少混凝土的出泵量；同时，数据处理模块通过信号发送器实时将各组数据和处理结果发送到云服务器上，移动终端通过移动云服务器实时获取灌注进度，且移动终端可直接控制流量控制阀工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置结合控制方法可实现全自动化混凝土灌注工作，且可实现设计标高一定高度范围内的混凝土面定位，通过在一定高度范围的测量位处设置深度传感器来检测混凝土面在测量位的高度，并在主传感器的辅助下提升精确度；另外，通过深度传感器在测量位内对混凝土面高度与灌注混凝土量结合，实现混凝土面在到达预定目标位时开始逐步减少混凝土的出泵量，在达到标高位停止灌注时，流量控制阀的混凝土出泵量降到最低，可以立即关闭混凝土供应装置出泵口，避免超灌。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明系统框图；

图3为本发明深度传感器的电阻率剖面图；

图4为深度传感器的各电极阀坐标图；

图5为混凝土面高度可视化图。

图中：1.混凝土供应装置、2.信号接收器、3.流量控制阀、4.灌注桩、4-1.桩井、5.测量位、5-1.预定目标位、5-2.标高位、5-3.实际标高位、6.深度传感器、6-1.电极组、6-1-1.左电极阀、6-1-2.右电极阀、7.主传感器、8.控制终端、8-1.数据采集模块、8-2.数据处理模块、8-3.信号发送器、9.云服务器、10.移动终端、11.料管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本混凝土标高灌注的自动化控制装置及其控制方法主要依据混凝土、水、泥浆等不同介质的电阻值、电导率、介电常数、温度、盐度值均不同的原理设计。

请参阅图1-3，本发明提供一种混凝土标高灌注的自动化控制装置，包括：

混凝土供应装置1：用于装纳和输出灌注用的混凝土，所述混凝土供应装置1上设有接收控制信号的信号接收器2、以及该混凝土供应装置1的出泵口处设有流量控制阀3，该流量控制阀3与信号接收器2连接；

灌注桩4：具有灌注混凝土的桩井4-1，该桩井4-1内预设有部分深度范围的测量位5，该测量位5由低到高依次包括混凝土上升的预定目标位5-1、标高位5-2、实际标高位5-3；

深度传感器6：置放桩井4-1的测量位处，实时测量该测量位5内各个高度位的电阻值；

主传感器7：用以测量获得所接触介质的温度、盐度、介电常数，该主传感器7设于标高位处，以辅助深度传感器6检测测量位5内混凝土面的高度，提升测量位5内混凝土面监测的精确度；

控制终端8：包数据采集模块8-1、数据处理模块8-2和信号发送器8-3，该数据采集模块8-1、信号发送器8-3均与数据处理模块8-1连接，且所述深度传感器6、主传感器7均与数据采集模块8-1连接，所述信号发送器8-3与信号接收器2匹配对接；

本装置采用在一定高度范围的测量位5设置主传感器7、深度传感器6，实现多点检测混凝土面在测量位5内的高度变化，同时结合控制终端8与流量控制阀3实时控制混凝土供应装置1的出泵量，达到越接近标高位，混凝土供应装置1出泵量越小的目的；

所述控制终端还设于用于报警的蜂鸣器，当混凝土面上升到预定目标位或标高位时鸣叫以警示提醒；

其中，所述深度传感器6由多对电极组6-1自上而下排列组成，且每对电极组6-1按照预设间距设置，以及所述深度传感器6排列在最下方的电极组6-1位于预定目标位5-1，所述电极组6-1包括左电极阀6-1-1和右电极阀6-1-2，且每个左电极阀6-1-1、右电极阀6-1-2均可测量各自所处环境介质的电阻值；

本装置还包括云服务器9和移动终端10，其中，所述控制终端8、移动终端10均与云服务器9通过有线和/或无线连接，所述控制终端8也可通过无线与移动终端10直接连接，该移动终端10可通过有线和/或无线与信号接收器2连接以控制流量控制阀3的混凝土出泵量；

所述深度传感器6、主传感器7均通过电缆线与控制终端8连接，且该深度传感器6、主传感器7均通过电缆线悬挂或固定与测量位5处，另外，所述主传感器7整体椭圆结构，防止线缆被拉断，且椭圆结构也不易于泥浆、混凝土附着，影响深度传感器6、主传感器7测量的精确度；

所述混凝土供应装置1的出泵口处设有料管11，该料管11在灌注工作时伸至桩井4-1上方进行灌注工作。

一种由上述任一项所述的混凝土标高灌注的控制方法，其包括下述步骤：

S1.标定值测量，将深度传感器6、主传感器7放置于混凝土内测量，深度传感器6测量得到在混凝土内的标定电阻值，主传感器7测量得到混凝土的标定温度值、标定盐度值、标定介电常数值，并将上述标定值通过电缆线发送至控制终端8；

S2.传感器投放，将深度传感器6、主传感器7通过电缆线悬挂或固定在测量位5处，深度传感器6内各个电极阀实时测量其所对应位置处介质的电阻值，主传感器7实时测量温度值、盐度值、介电常数值，并实时将同一时间测量得到的数集发送至控制终端8；

S3.控制终端8将位于深度传感器6最下方的左电极阀的电阻测量值与标定电阻值对比，其中，若电阻测量值是标定电阻值的0％-80％范围时，进入步骤S4；若电阻测量值是标定电阻值的81％-100％时，进入步骤S5；

S4.控制终端8不发送控制信息，流量控制阀3继续按照当前混凝土出泵量往桩井内灌注混凝土，并回到步骤S3；

S5.控制终端8发送控制信息给流量控制阀3，流量控制阀3开始逐渐降低混凝土出泵量；同时，控制终端8通过对比深度传感器6各组电极阀分析得到桩井4-1内混凝土面的上升位置；

S6.当控制终端8通过深度传感器6计算得到桩井4-1内混凝土面达到标高位5-2时，位于标高位5-2的主传感器7的测量值是对应标定值的90％-100％范围内，控制终端8发送停止命令到流量控制阀3，流量控制阀3关闭，混凝土供应装置1停止混凝土灌注工作；

S7.将料管11从桩井4-1内拔出，料管11内的混凝土掉入桩井4-1内，控制终端8通过深度传感器6测量得到桩井内混凝土面的实际高度，即达到实际标高位5-3；

在步骤S5中，控制终端8通过对比深度传感器6各组电极阀实时得到桩井4-1内混凝土面上升位置的具体方法为：

S51.在混凝土面到达预定目标位5-1时，以处于预定目标位5-1的左电极阀6-1-1为参照电极，将该参照电极与同组的右电极阀6-1-2、以及位于该参照电极上方的其它左电极阀6-1-1、右电极阀6-1-2的测量值作对比得到电阻差矩阵，然后将电阻差矩阵通过计算得到深度传感器6的电阻率剖面图，然后通过等势绘图软件读取电阻率剖面得到混凝土面的高度位置；

具体为：根据电极阀位置形成坐标系，电极阀所在位置为坐标系第一象限，y坐标根据上下电极所设间距而定，设参照电极6-1-1所在坐标为(1，0)，其上方左电极阀6-1-2所在坐标为(1,0.1)，其左电极阀6-1-1所在坐标为(2,0)，以此类推形成电极阀坐标矩阵，并对应每个电极的电阻差形成深度剖面电阻差矩阵：

然后计算电阻差矩阵通过双线性插值方法得到深度传感器6电阻率剖面图，然后通过等势绘图软件读取电阻率剖面得到混凝土面的高度位置，如图4所示；

双线性插值方式：要求p＝(x,y)的值，已知其附近F11＝(x1,y1)、F12＝(x1,y2),F21＝(x2,y1)以及F22＝(x2,y2)四个点的值,沿x方向插值：

沿y方向插值：

如此可获得f(x,y)结果:

S52.混凝土面继续上升，当混凝土液面到达与预定目标位5-1相邻的一组电极阀时，上移到新的左电极阀6-1-1作为新参照电极，然后与新参照电极同组的右电极阀6-1-2、位于该新参照电极上方的其它组左电极阀6-1-1、右电极阀6-1-2的测量值对比得到新一组的电阻差矩阵，然后将电阻差矩阵通过计算得到深度传感器6的电阻率剖面，实时通过等势绘图软件读取电阻率剖面得到如图5所示的混凝土面高度位置；

因为混凝土面上升速度快，为了保证深度传感器6、主传感器7的测量精确度，所述深度传感器6、主传感器7分别以每秒检测2-5次所处介质各项数据，达到测量位5内混凝土面的监测精确，避免因为监测漏时导致超灌；

另外，所述数据采集模块8-1接收深度传感器6、主传感器7实时测量的各组数据，数据处理模块8-2分析处理各组数据得到桩井4-1内混凝土面上升情况，然后根据预设减速度将控制命令通过信号发送器8-3、信号接收器2控制流量控制阀3逐步减少混凝土的出泵量；同时，数据处理模块8-2通过信号发送器8-3实时将各组数据和处理结果发送到云服务器9上，可供技术人员远程监控，移动终端10通过移动云服务器9实时获取灌注进度，且移动终端可直接控制流量控制阀3工作，技术人员可通过移动终端10远程控制混凝土的出泵量。

工作原理：在需要灌注混凝土桩时，将混凝土供应装置1的出料口通过料管11接入桩井4-1内，并在出料口处设置可控制混凝土出泵量的流量控制阀3，开始灌注时以预设的出泵量开始灌注，当混凝土面上升至预定目标位5-1时，蜂鸣器响，表明桩井4-1内的混凝土面开始进入测量位5内，同时，流量控制阀3开始以预设的减速度逐渐降低混凝土出泵量，直至混凝土面上升至标高位5-2处，此时主传感器7也检测接近与标定温度值、标定盐度值、标定介电常数值的混凝土介质，辅助深度传感器6提升混凝土面达到标高位的精确度，在混凝土面达到标高位5-2时，流量控制阀3停止灌注混凝土，此前，流量控制阀3的混凝土出泵量已经逐渐降低预设最低量，由此在停止混凝土灌注时可立即关闭阀门，避免超灌；最后取出伸入桩井4-1内的料管11，在料管11内多余的混凝土会导致桩井4-1内混凝土面继续上升至实际标高位5-3，通过深度传感器6可实时监测计算处混凝土的实际标高的高度。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。