[發(fā)明專利]基于FPGA的水泥稠度測定儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410745231.5
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104502233A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉晉宏;劉湛新;李水明;楊志友
• 申請（專利權(quán)）人: 柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: G01N11/12
• 分類號: G01N11/12
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 45113
• 代理人: 韋微

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水泥稠度測量裝置領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的水泥稠度測定儀。

背景技術(shù)

水泥凝結(jié)時間是水泥物理性能的重要參數(shù)之一。水泥凝結(jié)是指水泥加水后拌成水泥標(biāo)準(zhǔn)?凈漿，由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變到具有一定強(qiáng)度的固體狀態(tài)的過程。水泥失去可塑性的時間叫做初凝?時間；水泥開始產(chǎn)生一定強(qiáng)度的時間叫做終凝時間。目前我國采用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T?1346-2001?《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》。其中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的測定有?如下規(guī)定：用直徑為10mm的試桿以自由落體狀態(tài)插入厚度為40mm的水泥凈漿，當(dāng)沉入凈漿?距底板6mm±1mm(沉入深度為34mm±1mm)時，其拌和水量為該水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。其中關(guān)于凝結(jié)時間的測定有如下規(guī)定：直徑為1.13mm的試針以自由落體狀態(tài)插入厚度為40mm?的水泥凈漿，當(dāng)沉入凈漿距底板4mm±1mm(沉入深度為36mm±1mm)時，水泥達(dá)到初凝狀態(tài)；而當(dāng)試針沉入試體0.5mm時為終凝狀態(tài)。

水泥凝結(jié)時間在施工中具有重要意義，初凝時間不宜過早，是為了有足夠的時間對混泥土進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆注和振搗。若初凝時間過早，低于?30min，這樣水泥、河沙、石子就不能充分?jǐn)嚢瑁炷辆筒痪鶆颍炷聊毯髲?qiáng)度不均。這是因為水泥、河沙、石子分離的緣故，水泥與河沙的分離就象人的血液和肌肉的分離，混凝土就會甘枯；水泥與石子的分離就象人的血液與骨骼的分離，混凝土就會癱瘓；河沙與石子分離就好象人長了瘤子，造成混凝土破壞。初凝時間過早還會造成機(jī)器設(shè)備無法清理，復(fù)雜的形狀來不急成型，成型后的產(chǎn)品會有分層帶；在施工中不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)輸，更談不上遠(yuǎn)程澆鑄。終凝時間不宜過長是為了使混泥土盡快硬化，拆去模板，提高模板周轉(zhuǎn)率，提高工作高利率。

目前，建筑行業(yè)的企事業(yè)單位使用的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度及凝結(jié)時間測定儀，均是采用機(jī)械式讀刻度數(shù)的方式進(jìn)行測定水泥凈漿的標(biāo)準(zhǔn)稠度凝結(jié)時間。刻度膜量程為0~?70mm。在實驗操作過程中，初凝時間和終凝時間的測定每15-30min就需要測定一次，并需要把起點(diǎn)刻度和終點(diǎn)刻度進(jìn)行差值運(yùn)算，才能得到實驗值。該技術(shù)存在三點(diǎn)不足：1、由于所需操作次數(shù)多，每次需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)，增加了實驗人員重復(fù)工作量；2、起點(diǎn)刻度和終點(diǎn)刻度的差值記錄與運(yùn)算，延長了實驗人員的操作時間；3、精確度只能達(dá)到1mm。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的解決上述技術(shù)問題，提供一種在手動操作維卡儀原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造的基于FPGA的水泥稠度測定儀，該測定儀可以在任意位置清零，并直接數(shù)字顯示針入度，得到更高精度（達(dá)到0.01?mm）的實驗值，簡化實驗人員的操作步驟，節(jié)約操作時間，提高實驗結(jié)果精度。

為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于FPGA的水泥稠度測定儀，包括手動操作維卡儀，所述手動操作維卡儀一側(cè)設(shè)有針入度測量裝置，所述針入度測量裝置包括容柵尺和含有FPGA檢測系統(tǒng)的數(shù)顯表，所述數(shù)顯表可垂直移動地設(shè)在容柵尺上，所述容柵尺與手動操作維卡儀的示值板連接，所述示值板上的指針通過聯(lián)動桿與數(shù)顯表連接。

以上所述數(shù)顯表包括設(shè)于按鈕、顯示屏和FPGA檢測系統(tǒng)，所述按鈕和顯示屏均與FPGA檢測系統(tǒng)連接。

以上所述FPGA檢測系統(tǒng)包括給各個模塊元器件提供電源的電源模塊、用于對脈沖信號處理運(yùn)算的FPGA模塊、用于給FPGA模塊提供50MHz脈沖信號的時鐘電路和用于將脈沖信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的信號處理電路，所述時鐘電路與FPGA模塊連接，所述FPGA模塊與信號處理電路連接，所述信號處理電路與顯示屏連接，所述FPGA模塊、信號處理電路和顯示屏均與電源模塊連接，所述按鈕和容柵尺均與FPGA模塊連接。

以上所述容柵尺為設(shè)有刻度的容柵傳感器。

本發(fā)明的工作原理是：通過容柵尺把機(jī)械位移轉(zhuǎn)化成電信號相位角的變化，數(shù)顯表與指針一同滑動，數(shù)顯表在移動的過程中，始終與不同的小電極組成差動電容器。數(shù)顯表相對于容柵尺移動時，電容周期變化，產(chǎn)生的脈沖信號通過含有FPGA芯片的檢測系統(tǒng)計算處理得到位移值的變化，并通過顯示屏顯示出來。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明采用核心元件為FPGA芯片處理器和容柵傳感器，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一，容柵式傳感器是在變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳感器。它在具有電容式傳感器優(yōu)點(diǎn)的同時，又具有多極電容帶來的平均效應(yīng)，而且采用閉環(huán)反饋式等測量電路減小了寄生電容的影響、提高了抗干擾能力、提高了測量精度。