[发明专利]一种基于功率信号的混凝土振捣状态监测和量化评价方法

权利要求书

1.一种基于功率信号的混凝土振捣状态监测和量化评价方法，其特征在于：利用混凝土振捣过程中功率信号随着振捣棒插入、拔出、持续振捣以及接触到钢筋、模板所反映出在幅值、曲率上的变化，动态识别混凝土振捣过程中振捣棒的插入、拔出状态，识别混凝土欠振、合格、过振状态，计算振捣时长、振捣次数以及靠模次数；利用改进动态时间弯曲算法(DTW)动态对比振捣功率信号和标准振捣周期功率信号的相似度，以实时相似度和固定相似度阈值的比值为判别依据，实现振捣状态监测和振捣质量量化评价。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在工人操作振捣的过程中，实时采集一个完整振捣周期的电压、电流时间序列，通过不同振捣时间段的混凝土含气量判定振捣状态；

2)计算功率信号时间序列，通过筛选设定该种工况下即同型号振捣棒、同型号振捣电机、同型号混凝土及相同振捣区域的标准功率时间序列；

3)实时采集振捣时的电压、电流数据，计算出功率时间序列；

4)利用混凝土振捣过程中功率信号幅值、曲率上的变化，动态识别混凝土振捣过程中振捣棒的插入、拔出状态，识别混凝土欠振、合格、过振状态，计算振捣时长、振捣次数以及靠模次数；

5)通过改进动态时间弯曲算法(DTW)对功率时间序列进行相对于标准功率序列的相似度计算；

6)通过实时相似度和固定相似度阈值比值计算评分值；

7)当评分在满分范围内持续3到5秒时，判定该区域振捣合格，完成振捣，拔出手持式振捣棒。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，实时功率信号采集、计算存储时，通过对采集的三相电压、电流功率信号的计算，得到瞬时功率信号；具体包括以下步骤：

1)将含数据采集器的硬件系统串联到振捣电机和电源之间，利用该硬件系统采集电压、电流信号，并计算实时功率信号；

2)结合混凝土含气量测量仪测量的混凝土实时含气量，采集该类型振捣棒、该类型混凝土完整振捣周期的标准功率信号时间序列；

3)将标准功率时间序列保存入硬件系统，作为相似度对比的标准序列；

4)系统开始周期性采集、存储整个振捣过程的功率信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当振捣棒以慢的速度插入时，功率信号曲线呈上升趋势，斜率为正，功率信号幅值达到空转功率的两倍多，因此通过幅值、曲率以及曲率变化识别振捣棒插入阶段；

当振捣棒快速拔出时，功率幅值降低直到空转功率，功率信号曲线呈下降趋势，斜率是绝对值大的负值，因此通过幅值、曲率以及曲率变化识别振捣棒拔出阶段；

当振捣棒处于持续振捣阶段时，由于振捣过程中，功率信号幅值上逐渐降低，呈先快后慢趋势；曲率为负且绝对值逐渐减小，与插入状态、拔出状态区别明显，因此通过功率信号的幅值和曲率变化识别振捣持续状态；

混凝土砂浆从三相混乱状态逐渐捣实，含气量降低，逐渐向均匀状态转变，混凝土处于欠振阶段，功率信号表现为：幅值上逐渐降低，呈先快后慢趋势；曲率为负，逐渐向零值靠近，故通过功率信号识别混凝土欠振状态；

当混凝土砂浆逐渐在振捣作用下混合均匀，负载减小，处于振捣合格阶段，功率信号幅值上短期稳定维持一个介于空转功率和开始振捣功率之间的稳定值；曲率为负且绝对值逐渐减小到零值附近，即能够识别混凝土振捣合格阶段；

假如达到合格阶段后继续振捣，混凝土砂浆在振捣作用下将逐渐出现离析现象，粗、细骨料开始分离，进入过振阶段，此时功率幅值上逐渐从稳定值上升，曲率逐渐从零值转向正值，因此通过功率信号的幅值和曲率识别混凝土过振阶段；

综合振捣过程中的插入阶段、欠振阶段、合格阶段、过振阶段、拔出阶段，即用累计时间计算出该振捣周期的持续振捣时间；

对于一个多周期的振捣时间段，通过每周期的识别，累计计算该振捣时间段的振捣次数；

当振捣过程中振捣棒接触到钢筋或者模板，甚至已经成型的墙壁，功率信号幅值会有一个明显的突变，其值接近空转功率的五倍，达到振捣稳定值的二至三倍，利用这一特征识别振捣时间段内的靠模次数。