CN106596623A - 一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置,包括机壳,所述机壳上方设置有发射管与接收管支撑架,所述发射管与接收管支撑架底部固定在机壳上,所述发射管与接收管支撑架内部设置有加热管,所述发射管与接收管支撑架上方设置有烧杯盖,所述烧杯盖顶部设置有电极帽、绝缘帽和温度传感器,所述烧杯盖下方设置有搅拌电机和试件架,所述机壳上方设置有调速开关,所述机壳外侧设置有显示屏。本发明的有益效果是:提高沥青软化点仪中对小球下落的精确判定,减小了外界环境光线的变化,温度导致的光敏管老化,水气泡等对检测结果的影响,提高了软化点试验的精度和仪器的适用范围。
Description
技术领域
本发明属于公路实验仪器技术领域,具体涉及一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置及其方法。
背景技术
现有技术中的沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置,软化点试验一般从5℃或36℃开始加温,最高工作温度分别为90℃(水介质)和180℃(甘油介质),随着水温的升高,光敏三极管的灵敏度随之升高,电路趋近饱和,会导致最终输出电压Uo也会随之升高。这个逐渐变化的升高的电压,会使固定判断门限的方法产生较严重的问题。如若设定固定的判断门限电压Vrel,小球未落下时,电压为V1(该值为一个常量,在试验开始时被记录锁定),小球落下以后,电压为V2。当检测到V2-V1>Vrel时,程序认为小球落下。但是,问题在于,在通常情况下,Vrel可以设为一个固定值,如果在实验的过程中,由于升温光电三极管灵敏度变化,导致V1和V2值在试验的过程中都发生变化,当小球落下时,V2-V1>Vrel的条件,极有可能无法满足,从而导致不能正确的判断出小球是否落下。
在低温区(50℃)一下,气泡干扰较小,光敏管的电压随温度的升高缓慢变化,这个区域属于弱干扰区。在温度50℃至100℃之间,光敏三极管的灵敏度发生了较大变化,并且,由于水气泡增多,干扰逐步增大,气泡造成的光敏三极管电压波动甚至达到0.5V以上,这已经超过了小球未落下和小球落下之间的电压差,这会造成通常的小球下落判断算法判断失误。这个区域属于强干扰区。在小球开始落下,到小球完全落下挡光的这段区域,光敏三极管的电压呈明显的上升趋势,持续时间约为5-20秒钟。小球下落完成后,光线基本被阻隔,光电三极管的输出电压幅度趋于稳定,但整体电压约比小球下落前高0.3-1.5V不等。由于小球未落下和小球已落下的电压变化幅度并不 大,期间还伴随着大量的干扰虚假信号(气泡产生的干扰信号),常规的固定门限比较方法,对这种情况处理时,误码率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置及其方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置,包括机壳,所述机壳上方设置有发射管与接收管支撑架,所述发射管与接收管支撑架底部固定在机壳上,所述发射管与接收管支撑架上方设置有烧杯盖,所述烧杯盖顶部设置有电极帽、绝缘帽和温度传感器,所述烧杯盖下方设置有加热管,且加热管顶部与烧杯盖底部固定连接,所述烧杯盖下方设置有搅拌电机和试件架,所述机壳上方设置有调速开关,所述机壳外侧设置有显示屏,所述显示屏下方设置有设置+键和设置-键,所述显示屏右侧设置有启动按键和功能按键,所述发射管与接收管支撑架上方设置有玻璃烧杯,所述玻璃烧杯一侧设置有发射管,玻璃烧杯另一侧设置有接收管,所述玻璃烧杯内设置有钢球托盘,所述钢球托盘上方设置有两组试样环,所述试样环中央设置有钢球。
优选的,所述发射管和接收管均设置有两组,且左侧的发射管、右侧的钢球和右侧的接收管在同一条直线上,右侧的发射管、左侧的钢球和右侧的接收管在同一条直线上。
优选的,所述接收管外侧设置有支座,接收管嵌入支座内,所述发射管前端设置有LED灯。
本发明提供的一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置方法,包括以下步骤:
S1:连续采样光电三极管的电压值作为环境值,将环境值作为钢球未落下时的电压值V1,为避免V1的连续增大,导致V2-V1>Vrel的条件不可满足, 环境值的取值和滞后时间T1是经过严格计算的,时间T1必须大于钢球19从开始下落,到完成下落所持续的时间t1的2倍;
S2:判断门限电压Vrel改为可变值,建立一次函数,Vrel随着V1的增大而减小,在最弱环境光(黑暗环境)和最强环境光(北半球夏季7月的正午时面朝南的窗子前,距离窗子30cm的位置放置软化点测定仪)测得在两种极端环境光下,钢球落下的未落下时和落下挡光时的电平分别是(0.3V,5V)和(1.5V,3.5V),判断门限电压理论上只需要小于(3.5-1.5)=2V就可以判断出钢球落下,但实际考虑到光敏管参数的离散性,并且在长期使用出现的老化问题,我们取判断门限位的75%;
S3:对当前采样的电压值进行限幅滤波滤除,因为气泡导致光线折射引起的电压变化,限幅值采用标准差计算方法,当某采样值与这整个滤波队列中的数据平均值之差大于标准差K倍时,该数据被舍弃,剩余数据重新取平均值;
S4:对当前光敏管电压进行以固定间隔进行连续采样一端时间T2,只有在这一段时间T2内采样的电压V2均高于V1+Vrel,才判定为钢球落下,只要有一个值小于V1+Vrel,则本次判断结束,T2的取值需要确保大于任何气泡从下往上运动经过光电采样区所经历的时间t2。
优选的,在S1中,钢球开始下落时到完全下落接触到下底板的时间为平均时间t1为30秒,所以T1的时间取值为t1的2倍,为60秒,保证了有足够的时间余量,在这个时间范围内,钢球能完成下落动作,也能保证环境光检测的变化灵敏度。
本发明的技术效果和优点:该沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置及其方法,小球开始下落时到完全下落接触到下底板的时间为平均时间t1为30秒。所以T1的时间取值为t1的2倍,为60秒。保证了有足够的时间余量,在这个时间范围内,小球能完成下落动作,也能保证环境光检测的变化灵敏度。
在最弱环境光(黑暗环境)和最强环境光(北半球夏季7月的正午时面朝南的窗子前,距离窗子30cm的位置放置软化点测定仪)测得在两种极端环境光下,小球落下的未落下时和落下挡光时的电平分别是(0.3V,5V)和(1.5V,3.5V),判断门限电压理论上只需要小于(3.5-1.5)=2V就可以判断出小球落下,但实际考虑到光敏管参数的离散性,并且在长期使用出现的老化问题,我们取判断门限位的75%。
该沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置及其方法,可以提高沥青软化点仪中对小球下落的精确判定,减小了外界环境光线的变化,温度导致的光敏管老化,水气泡等对检测结果的影响,提高了软化点试验的精度和仪器的适用范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明光电检测的结构示意图;
图3为本发明发射电路图;
图4为本发明接收电路图;
图5为本发明的光敏管输出电压-温度曲线图。
图中:1电极帽、2绝缘帽、3温度传感器、4烧杯盖、5加热管、6搅拌电机、7试件架、8发射管与接收管支撑架、9调速开关、10机壳、11显示屏、12设置+键、13设置-键、14启动按键、15功能按键、16玻璃烧杯、17钢球托盘、18试样环、19钢球、20支座、21发射管、22LED灯、23接收管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置,包括机壳10,所述机壳10上方设置有发射管与接收管支撑架8,所述发射管与接收管支撑架8底部固定在机壳10上,所述发射管与接收管支撑架8上方设置有烧杯盖4,所述烧杯盖4顶部设置有电极帽1、绝缘帽2和温度传感器3,所述烧杯盖4下方设置有加热管5,且加热管5顶部与烧杯盖4底部固定连接,所述烧杯盖4下方设置有搅拌电机6和试件架7,所述机壳10上方设置有调速开关9,所述机壳10外侧设置有显示屏11,所述显示屏11下方设置有设置+键12和设置-键13,所述显示屏11右侧设置有启动按键14和功能按键15,所述发射管与接收管支撑架8上方设置有玻璃烧杯16,所述玻璃烧杯16一侧设置有发射管21,玻璃烧杯16另一侧设置有接收管23,所述玻璃烧杯16内设置有钢球托盘17,所述钢球托盘17上方设置有两组试样环18,所述试样环18中央设置有钢球19。
进一步,所述发射管21和接收管23均设置有两组,且左侧的发射管21、右侧的钢球19和右侧的接收管23在同一条直线上,右侧的发射管21、左侧的钢球19和右侧的接收管23在同一条直线上,所述接收管23外侧设置有支座20,接收管23嵌入支座20内,所述发射管21前端设置有LED灯22。
本发明提供的一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置方法,包括以下步骤:
S1:连续采样光电三极管的电压值作为环境值,将环境值作为钢球(19)未落下时的电压值V1,为避免V1的连续增大,导致V2-V1>Vrel的条件不可满足,环境值的取值和滞后时间T1是经过严格计算的,时间T1必须大于钢球19从开始下落,到完成下落所持续的时间t1的2倍;
S2:判断门限电压Vrel改为可变值,建立一次函数,Vrel随着V1的增大而减小,在最弱环境光(黑暗环境)和最强环境光(北半球夏季7月的正午时面朝南的窗子前,距离窗子30cm的位置放置软化点测定仪)测得在两种极端环境光下,钢球19落下的未落下时和落下挡光时的电平分别是(0.3V,5V) 和(1.5V,3.5V),判断门限电压理论上只需要小于(3.5-1.5)=2V就可以判断出钢球19落下,但实际考虑到光敏管参数的离散性,并且在长期使用出现的老化问题,我们取判断门限位的75%,这样一来,
最大判断门限为
(5-0.3)*0.75=3.5V
最小判断门限为
(3.5-1.5)*0.75=1.5V
由此建立出判断门限Vrel同环境光V1的一次函数:
设y为判断门限,x为环境光,则有:
y=a*x+b
将x=0.3,y=3.5;x=1.5,y=1.5代入上式,求得:a=-1.67;b=4.0
经过上面的运算,我们建立起了判断门限Vrel和环境光V1的一次函数:
Vrel=-1.67*V1+4.0(0.3<V1<1.5);
S3:对当前采样的电压值进行限幅滤波滤除,因为气泡导致光线折射引起的电压变化,限幅值采用标准差计算方法,当某采样值与这整个滤波队列中的数据平均值之差大于标准差K倍时,该数据被舍弃,剩余数据重新取平均值,K的取值由采样个数决定。根据参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》中规定的通用试验数据处理要求:当取样个数在3,4,5,6时,K的取值分别为1.15,1.46,1.67,1.82;
S4:对当前光敏管电压进行以固定间隔进行连续采样一端时间T2,只有在这一段时间T2内采样的电压V2均高于V1+Vrel,才判定为钢球19落下,只要有一个值小于V1+Vrel,则本次判断结束,T2的取值需要确保大于任何气泡从下往上运动经过光电采样区所经历的时间t2,经过大量的测量数据,气泡通过小球的采样区域(此区域高度为25.4mm,该值由《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》规定,即软化点试样环下平面距离托住小 球的下底板高度为25.4mm)的时间t2均小于100ms,考虑到设计余量,我们将T2的取值确定为200ms。
进一步,在S1中,钢球19开始下落时到完全下落接触到下底板的时间为平均时间t1为30秒,所以T1的时间取值为t1的2倍,为60秒,保证了有足够的时间余量,在这个时间范围内,钢球19能完成下落动作,也能保证环境光检测的变化灵敏度。
本发明的技术效果和优点:该沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置及其方法,小球开始下落时到完全下落接触到下底板的时间为平均时间t1为30秒。所以T1的时间取值为t1的2倍,为60秒。保证了有足够的时间余量,在这个时间范围内,小球能完成下落动作,也能保证环境光检测的变化灵敏度。
在最弱环境光(黑暗环境)和最强环境光(北半球夏季7月的正午时面朝南的窗子前,距离窗子30cm的位置放置软化点测定仪)测得在两种极端环境光下,小球落下的未落下时和落下挡光时的电平分别是(0.3V,5V)和(1.5V,3.5V),判断门限电压理论上只需要小于(3.5-1.5)=2V就可以判断出小球落下,但实际考虑到光敏管参数的离散性,并且在长期使用出现的老化问题,我们取判断门限位的75%。
该沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置及其方法,可以提高沥青软化点仪中对小球下落的精确判定,减小了外界环境光线的变化,温度导致的光敏管老化,水气泡等对检测结果的影响,提高了软化点试验的精度和仪器 的适用范围。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置,包括机壳(10),其特征在于:所述机壳(10)上方设置有发射管与接收管支撑架(8),所述发射管与接收管支撑架(8)底部固定在机壳(10)上,所述发射管与接收管支撑架(8)上方设置有烧杯盖(4),所述烧杯盖(4)顶部设置有电极帽(1)、绝缘帽(2)和温度传感器(3),所述烧杯盖(4)下方设置有加热管(5),且加热管(5)顶部与烧杯盖(4)底部固定连接,所述烧杯盖(4)下方设置有搅拌电机(6)和试件架(7),所述机壳(10)上方设置有调速开关(9),所述机壳(10)外侧设置有显示屏(11),所述显示屏(11)下方设置有设置+键(12)和设置-键(13),所述显示屏(11)右侧设置有启动按键(14)和功能按键(15),所述发射管与接收管支撑架(8)上方设置有玻璃烧杯(16),所述玻璃烧杯(16)一侧设置有发射管(21),玻璃烧杯(16)另一侧设置有接收管(23),所述玻璃烧杯(16)内设置有钢球托盘(17),所述钢球托盘(17)上方设置有两组试样环(18),所述试样环(18)中央设置有钢球(19)。
2.根据权利要求1所述的一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置,其特征在于:所述发射管(21)和接收管(23)均设置有两组,且左侧的发射管(21)、右侧的钢球(19)和右侧的接收管(23)在同一条直线上,右侧的发射管(21)、左侧的钢球(19)和右侧的接收管(23)在同一条直线上。
3.根据权利要求1所述的一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测装置,其特征在于:所述接收管(23)外侧设置有支座(20),接收管(23)嵌入支座(20)内,所述发射管(21)前端设置有LED灯(22)。
4.一种根据权利要求1所述的沥青软化点测定仪的自适应光电检测方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:连续采样光电三极管的电压值作为环境值,将环境值作为钢球(19)未落下时的电压值V1,为避免V1的连续增大,导致V2-V1>Vrel的条件不可满足,环境值的取值和滞后时间T1是经过严格计算的,时间T1必须大于钢球(19)从开始下落,到完成下落所持续的时间t1的2倍;
S2:判断门限电压Vrel改为可变值,建立一次函数,Vrel随着V1的增大而减小,在最弱环境光(黑暗环境)和最强环境光(北半球夏季7月的正午时面朝南的窗子前,距离窗子30cm的位置放置软化点测定仪)测得在两种极端环境光下,钢球(19)落下的未落下时和落下挡光时的电平分别是(0.3V,5V)和(1.5V,3.5V),判断门限电压理论上只需要小于(3.5-1.5)=2V就可以判断出钢球(19)落下,但实际考虑到光敏管参数的离散性,并且在长期使用出现的老化问题,我们取判断门限位的75%;
S3:对当前采样的电压值进行限幅滤波滤除,因为气泡导致光线折射引起的电压变化,限幅值采用标准差计算方法,当某采样值与这整个滤波队列中的数据平均值之差大于标准差K倍时,该数据被舍弃,剩余数据重新取平均值;
S4:对当前光敏管电压进行以固定间隔进行连续采样一端时间T2,只有在这一段时间T2内采样的电压V2均高于V1+Vrel,才判定为钢球(19)落下,只要有一个值小于V1+Vrel,则本次判断结束,T2的取值需要确保大于任何气泡从下往上运动经过光电采样区所经历的时间t2。
5.根据权利要求4所述的一种沥青软化点测定仪的自适应光电检测方法,其特征在于:在S1中,钢球(19)开始下落时到完全下落接触到下底板的时间为平均时间t1为30秒,所以T1的时间取值为t1的2倍,为60秒,保证了有足够的时间余量,在这个时间范围内,钢球(19)能完成下落动作,也能保证环境光检测的变化灵敏度。
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