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(guò)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(guò)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(cāng)澆筑溫度的目的[1-3]。為了正確得到水工設(shè)計(jì)所要求的混凝土出機(jī)口溫度，必須準(zhǔn)確地測(cè)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(cāng)內(nèi)完成，冷卻過(guò)程中骨料處于一種連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)，不能用接觸法測(cè)溫技術(shù)直接測(cè)量，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法主要是由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員用手持式熱電偶測(cè)溫儀等傳統(tǒng)測(cè)溫設(shè)備對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下的骨料進(jìn)行接觸式溫度測(cè)量，手工記錄數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)手動(dòng)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(shí)間長(zhǎng)、效率低、數(shù)據(jù)信息反饋實(shí)時(shí)性差、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性易受人為因素影響等缺點(diǎn)，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(cè)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(cè)溫方法屬于非接觸式測(cè)溫，其能夠近距離準(zhǔn)確快速地測(cè)量物體表面溫度，所以在一些不便于使用傳統(tǒng)接觸式測(cè)溫的場(chǎng)合，紅外測(cè)溫顯得尤其重要[4]。但現(xiàn)有紅外測(cè)溫儀在功能上主要有以下弊端：①無(wú)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸功能，采集數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)化，即“數(shù)據(jù)反饋實(shí)時(shí)性差”；②采集數(shù)據(jù)依然需要經(jīng)過(guò)人工記錄和后處理，即“不準(zhǔn)確”；③無(wú)法滿足混凝土骨料測(cè)溫過(guò)程中一些特定參數(shù)信息設(shè)置的要求，如檢測(cè)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(wú)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(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、低功耗等優(yōu)點(diǎn)的紅外骨料溫度測(cè)試記錄儀，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)、查詢、無(wú)線傳輸?shù)裙δ埽芎玫貪M足了水利水電等行業(yè)中大體積混凝土骨料測(cè)溫的要求。

圖1 紅外骨料溫度測(cè)試記錄儀工作原理

圖2 上傳至服務(wù)器中的骨料溫度測(cè)量結(jié)果

1 儀器簡(jiǎn)介

紅外骨料溫度測(cè)試記錄儀主要由手持式藍(lán)牙紅外測(cè)溫裝置、移動(dòng)終端PDA以及安裝于PDA平臺(tái)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(cè)溫裝置。用于測(cè)量混凝土骨料溫度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，具有藍(lán)牙無(wú)線通訊功能。

(2)移動(dòng)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(tái)，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(cè)試記錄儀重要組成部分，安裝于移動(dòng)終端PDA平臺(tái)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(cè)量混凝土骨料溫度前，將手持式藍(lán)牙紅外測(cè)溫裝置的高精度紅外測(cè)溫探頭出光方向?qū)?zhǔn)混凝土骨料，對(duì)其進(jìn)行非接觸溫度測(cè)量。安裝于PDA平臺(tái)上的應(yīng)用軟件與紅外測(cè)溫裝置之間通過(guò)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(guò)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)獲取紅外測(cè)溫裝置所測(cè)量的骨料溫度數(shù)據(jù)，并將其經(jīng)Wi-Fi或者2G/3G/4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到指定的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，同時(shí)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(shí)現(xiàn)大體積混凝土骨料溫度數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸及自動(dòng)入庫(kù)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(jí)開(kāi)發(fā)方案的第六級(jí)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(duì)混凝土骨料拌和前溫度進(jìn)行測(cè)量。鑒于此，本文以黃登水電站為依托開(kāi)展紅外骨料溫度測(cè)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(hào)樓、甸尾2號(hào)樓、梅沖河3號(hào)樓、梅沖河4號(hào)樓，現(xiàn)場(chǎng)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(cè)控室內(nèi)。為了使拌和樓測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)能夠無(wú)線傳輸至服務(wù)器，在壩址區(qū)域覆蓋了Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。在拌和樓，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員利用本儀器對(duì)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(cè)量，并將數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到水工樓測(cè)控室內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上。上傳至服務(wù)器中的骨料溫度測(cè)量結(jié)果如圖2所示。

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

3 結(jié) 語(yǔ)

為了快速、準(zhǔn)確地測(cè)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(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、非接觸式測(cè)量骨料溫度等一系列特點(diǎn)的紅外骨料溫度測(cè)試記錄儀，并以黃登水電站為依托開(kāi)展了應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)了混凝土骨料拌和前溫度快速準(zhǔn)確測(cè)量、無(wú)線傳輸以及自動(dòng)入庫(kù)。為大體積混凝土骨料溫度的測(cè)量提供了新的技術(shù)手段，對(duì)于我國(guó)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(cè)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(cè)溫場(chǎng)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(cè)控技術(shù)規(guī)范[S]．

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