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申请/专利权人：烟台新思创土木工程技术有限公司

摘要：本发明涉及混凝土检测技术领域，具体提供了一种混凝土细骨料含水率快速检测方法及其便携式装置，本发明的装置主要由图像采集设备、边缘计算设备、近红外光谱仪、网络设备四部分组成。这四部分设备可以组成一个检测终端，检测终端与数值平台交互，能够构建基于物联网的骨料含水率动态检测与监控系统，不仅能实时地、快速地对传送带上的骨料进行含水率检测，而且能实时地将质量参数数据传输给数值平台，用于及时地调整混凝土的配合比，本发明针对骨料种类、材质、质量对近红外光谱吸收与反射的影响，使用人工智能技术实现了对传送带工作状态、骨料类别及质量的识别，可智能识别与分析骨料传送带工作状态、骨料种类及粗细程度。

主权项：1.一种混凝土细骨料含水率快速检测方法，其特征在于：包括检测用便携式装置，该装置包括图像采集设备、边缘计算设备、近红外光谱仪和网络设备，四部分设备组成一个检测终端，检测终端与数值平台交互，构建基于物联网的骨料含水率动态检测与监控系统，对传送带上的骨料进行含水率检测，实时地将质量参数数据传输给数值平台，用于及时地调整混凝土的配合比；所述图像采集设备连续采集骨料传送带图像，通过相关通信协议将图像传送给边缘计算设备；所述边缘计算设备中部署了工作状态、砂石类别及质量识别模型，所述模型称为W-Model，所述模型分析当前图像的类别及是否处于工作状态、砂的种类及砂的粗细程度；所述近红外光谱仪根据人工智能模型分析得到的砂粗细程度，选择相应的回归分析曲线，可将光信号值转换为骨料含水率；砂石类别、质量包括含水率数值经网络传输到网络设备，用于及时地调整混凝土配合比；检测方法包括如下步骤：S1、盘次、骨料种类及质量识别：混凝土生产一般按盘来计次，即每搅拌一盘混凝土为一盘次，使用部署在边缘计算设备上的W-Model判断骨料传送带的工作状态，当首次识别到骨料传送带传输骨料时，则为本盘次的开始时间，记为T0，当连续15s监测到骨料传送带空转时，则为本盘次的结束时间，记为T1，在T0~T1的时间段内采集到的数据则为该盘次的质量数据；因传输协议、处理及分析速度的影响，W-Model图像处理及分析结果存在若干毫秒到数秒的延迟，为了保证含水率回归曲线的正确匹配，还应准确记录图像采集时间；基本流程如下：（1）图像采集设备采集图像时于图像的右上角标记当前时间，该时间为实时时间，记时间文本在图像中的坐标依次为、、、；（2）识别区域时间文本，并转换为采集时间t；（3）单幅图像经采集及处理后，经W-Model分析，判断其类别；（4）若类别为空转或未工作，记录为该类别的持续时间T，若否则进入步骤4；（5）若TTth，则该盘次结束，进入步骤7；否则进入步骤1；（6）根据分析的单幅图像分类结果，若其为细骨料，分析其类别、质量，并将时间t及该图像对应的检测结果存入队列中；（7）本盘次是否结束，若未结束重复1~6，若结束进入步骤8；（8）对本盘次持续时间内的粗细骨料图像处理及识别结果进行后续处理，计算骨料质量；在一个盘次内会存在传输细骨料、传输粗骨料等多个工作，因粗骨料含水率一般较低，可以忽略不计，在含水率监测时可仅关注细骨料，使用W-Model识别细骨料传输，记录其起止时间，记为Ts1~Ts2，计算含水率时仅需对Ts1~Ts2时间段内采集的细骨料质量数据及光电信号数据进行计算即可；S2、骨料含水率近红外光谱检测与分析：近红外光谱仪包括近红外光源、光电传感器、跨阻放大器、STM32微控制单元，以及电源、透镜、温控系统等部分，可以实现对近红外光谱的调制、光电信号转换及放大、电信号初步处理等功能，其中光源为led光源，分为三组，一组为测试光源，称为，其波段可为1450nm或1950nm，另外两组为参照光源，称为、，其波段应分布于测试光源波段的两侧，可为测试光源波段±（100~200）nm.系统工作流程如下：（1）使用脉冲宽度调制光源，占空比为50%，采用频率为2kHz的参照光源一、频率为3kHz的测试光源、频率为5kHz的参照光源二；（2）近红外光经被测物体漫反射后，由光电传感器采集，将光信号转化为电信号；（3）转换后的电信号较为微弱，经IV跨阻放大器放大后，STM32微控制单元使用32kHz的采样频率采集电信号电压，将电压值存入队列中；（4）当中采样数达到1024后，对使用快速傅里叶变换（FFT），得到2kHz、3kHz、5kHz对应的峰值，即光源、、对应的峰值，分别记为、、，获取检测时间，则时的检测结果为；（5）将检测结果通过串口通信传输至边缘计算设备进行最终含水率的计算；（6）重复（1）～（5）步；S3、近红外含水率检测及计算：近红外光谱仪将处理后的结果发送至边缘计算设备后，将其存入队列，边缘计算设备将根据近红外光谱仪检测时间查询骨料类别及粗细程度，并根据骨料类别及粗细程度为含水率计算匹配回归曲线；3.1、t时含水率计算：假定边缘计算设备经图像采集设备及W-Model采集与分析的t时结果为[k,f,t]，其中k为骨料种类，f为骨料粗细程度，t为实际采集时间，从队列提取对应的光电信号数据队列为，提取方法见3.2，则t时的含水率计算方法如下：（1）从中按照入栈顺序逐个读取，记第i个光电检测结果为；（2）第i个光电检测结果含水率计算为wi，并存入队列Q中，含水率计算公式如下： ， ；式中n为常数，与细骨料品种有关，一般可取0.85~1.15；、为回归常数；（3）重复步骤（1）～（2）直至队列读取完成；（4）对队列Q进行平滑滤波处理，剔除异常值后，求取含水率平均值，记为wt；3.2、盘次含水率计算：根据步骤S1的方法，获取本盘次细骨料传输时间段为Ts1~Ts2、细骨料检测结果队列QR，光电采集信号数据队列为，含水率计算流程如下：（1）按照入栈顺序从QR中逐个读取M-Model分析与识别的细骨料质量参数，包括种类k、粗细程度f，以及图像采集时间ti；（2）在队列QLW中查询时间介于t±tsp的光电信号数据集合，记做，按照上述方法计算该时刻的含水率，tsp为图像采样时间间隔，一般为400~500ms，该时刻含水率结果记为wt；（3）将wt存入队列QW中；（4）重复步骤（1）～（3）直至QR读取完成；（5）将QW去除异常值后，取平均数，即为该盘次的平均含水率W；3.3、数据上传：检测结果经装置中的网络设备，将质量参数数据实时地传输给数值平台，同时也可采用RS485等通信协议与本地工控设备相交互，用于及时地调整混凝土的配合比。

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