紅外骨料溫度測試記錄儀設(shè)備的研制與應(yīng)用

李小平，王天祥，邢少鋒，賀海龍，李 璽

(北京木聯(lián)能工程科技有限公司，北京100120)

0 引 言

在水利水電工程、核電工程等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，為了有效抵消混凝土硬化過程中產(chǎn)生的水化熱，防止大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫，最有效的技術(shù)措施之一就是通過混凝土骨料預(yù)冷，降低拌和樓混凝土出機(jī)口溫度，進(jìn)而達(dá)到降低混凝土入倉澆筑溫度的目的[1-3]。為了正確得到水工設(shè)計所要求的混凝土出機(jī)口溫度，必須準(zhǔn)確地測量混凝土骨料拌和前的溫度。骨料冷卻主要在拌和樓的貯料倉內(nèi)完成，冷卻過程中骨料處于一種連續(xù)流動的狀態(tài)，不能用接觸法測溫技術(shù)直接測量，傳統(tǒng)的測溫方法主要是由現(xiàn)場作業(yè)人員用手持式熱電偶測溫儀等傳統(tǒng)測溫設(shè)備對靜止?fàn)顟B(tài)下的骨料進(jìn)行接觸式溫度測量，手工記錄數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)手動錄入到監(jiān)控室的服務(wù)器中進(jìn)行處理并供各參建方查詢。該方法存在數(shù)據(jù)采集時間長、效率低、數(shù)據(jù)信息反饋實時性差、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性易受人為因素影響等缺點，很難滿足現(xiàn)代水利水電工程等行業(yè)內(nèi)的大體積混凝土骨料高質(zhì)量、快速測溫的要求。

近幾年，紅外傳感技術(shù)快速發(fā)展，因紅外輻射測溫方法屬于非接觸式測溫，其能夠近距離準(zhǔn)確快速地測量物體表面溫度，所以在一些不便于使用傳統(tǒng)接觸式測溫的場合，紅外測溫顯得尤其重要[4]。但現(xiàn)有紅外測溫儀在功能上主要有以下弊端：①無數(shù)據(jù)無線傳輸功能，采集數(shù)據(jù)不能實時化，即“數(shù)據(jù)反饋實時性差”；②采集數(shù)據(jù)依然需要經(jīng)過人工記錄和后處理，即“不準(zhǔn)確”；③無法滿足混凝土骨料測溫過程中一些特定參數(shù)信息設(shè)置的要求，如檢測位置、骨料類型、冷卻類型等參數(shù)信息的設(shè)置。鑒于上述原因，本文利用先進(jìn)的紅外傳感技術(shù)、軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，研制了一套具有高精度、結(jié)構(gòu)簡單、實用性強(qiáng)、低功耗等優(yōu)點的紅外骨料溫度測試記錄儀，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲、查詢、無線傳輸?shù)裙δ?，很好地滿足了水利水電等行業(yè)中大體積混凝土骨料測溫的要求。

圖1 紅外骨料溫度測試記錄儀工作原理

圖2 上傳至服務(wù)器中的骨料溫度測量結(jié)果

1 儀器簡介

紅外骨料溫度測試記錄儀主要由手持式藍(lán)牙紅外測溫裝置、移動終端PDA以及安裝于PDA平臺上的應(yīng)用軟件組成。儀器工作原理如圖1所示。

(1)手持式藍(lán)牙紅外測溫裝置。用于測量混凝土骨料溫度，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，具有藍(lán)牙無線通訊功能。

(2)移動終端PDA。為配套應(yīng)用軟件提供安裝、操作及網(wǎng)絡(luò)通訊平臺，極大地方便了作業(yè)人員操作使用。

(3)應(yīng)用軟件。是紅外骨料溫度測試記錄儀重要組成部分，安裝于移動終端PDA平臺上，主要用于參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、上傳、查詢以及用戶管理等操作。

在拌和樓測量混凝土骨料溫度前，將手持式藍(lán)牙紅外測溫裝置的高精度紅外測溫探頭出光方向?qū)?zhǔn)混凝土骨料，對其進(jìn)行非接觸溫度測量。安裝于PDA平臺上的應(yīng)用軟件與紅外測溫裝置之間通過藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)通訊，在應(yīng)用軟件人機(jī)界面上完成設(shè)備連接及相關(guān)參數(shù)設(shè)置操作后，便可通過藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)獲取紅外測溫裝置所測量的骨料溫度數(shù)據(jù)，并將其經(jīng)Wi-Fi或者2G/3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)傳送到指定的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，同時服務(wù)器給PDA發(fā)出數(shù)據(jù)是否接收成功的提示，進(jìn)而實現(xiàn)大體積混凝土骨料溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸及自動入庫等功能。

2 工程應(yīng)用

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內(nèi)，是瀾滄江上游曲孜卡至苗尾河段水電梯級開發(fā)方案的第六級水電站，電站總裝機(jī)容量1 900 MW，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203 m。為了控制拌和樓混凝土出機(jī)口溫度，電站采用了二次風(fēng)冷骨料技術(shù)措施，期間需要對混凝土骨料拌和前溫度進(jìn)行測量。鑒于此，本文以黃登水電站為依托開展紅外骨料溫度測試記錄儀應(yīng)用研究。

黃登水電站共建4座拌和樓，即甸尾1號樓、甸尾2號樓、梅沖河3號樓、梅沖河4號樓，現(xiàn)場數(shù)據(jù)服務(wù)器置于距離拌和樓1.5 km以外的水工樓測控室內(nèi)。為了使拌和樓測溫數(shù)據(jù)能夠無線傳輸至服務(wù)器，在壩址區(qū)域覆蓋了Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)信號。在拌和樓，現(xiàn)場測量人員利用本儀器對混凝土骨料(如小石、中石、大石等)進(jìn)行一次風(fēng)冷、二次風(fēng)冷后的溫度測量，并將數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)傳送到水工樓測控室內(nèi)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。上傳至服務(wù)器中的骨料溫度測量結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，紅外骨料溫度測試記錄儀取得了良好的應(yīng)用效果，成功實現(xiàn)了混凝土骨料拌和前溫度快速準(zhǔn)確的測量、無線傳輸以及自動入庫，保證了數(shù)據(jù)反饋的及時性，極大地提高了測溫效率。此外，因無人工記錄、入庫等干預(yù)，數(shù)據(jù)更加真實、可靠、透明。該項目成功實施，為大體積混凝土骨料拌和前溫度的測量提供了新的技術(shù)手段。

3 結(jié) 語

為了快速、準(zhǔn)確地測量大體積混凝土骨料拌和前的溫度，研制了一套具有高精度、結(jié)構(gòu)簡單、實用性強(qiáng)、非接觸式測量骨料溫度等一系列特點的紅外骨料溫度測試記錄儀，并以黃登水電站為依托開展了應(yīng)用研究，實現(xiàn)了混凝土骨料拌和前溫度快速準(zhǔn)確測量、無線傳輸以及自動入庫。為大體積混凝土骨料溫度的測量提供了新的技術(shù)手段，對于我國進(jìn)入以信息化、數(shù)字化為手段的大壩建設(shè)階段具有重要意義。

紅外骨料溫度測試記錄儀可廣泛應(yīng)用于水利水電、土木工程(橋梁、鐵路、隧道等)、石油化工、電力、航空航天、核工業(yè)等行業(yè)內(nèi)的大體積混凝土骨料溫度的測溫場合。

[1] 康志明, 王新華, 鐘曉冬. 小灣水電站大壩混凝土出機(jī)口溫度控制措施[J]. 水利水電施工, 2012(5)： 67- 70．

[2] 龍慧文, 李紅麗, 張駿. 混凝土骨料二次風(fēng)冷技術(shù)[J]. 水電與新能源, 2007(4)： 16- 18．

[3] GB/T 51028—2015 大體積混凝土溫度測控技術(shù)規(guī)范[S]．

[4] 柳剛, 黃竹鄰, 周昊, 等. 非接觸式紅外測溫儀的研制[J]. 光電子技術(shù)與信息, 2005, 18(5)： 69- 72．