基于超声波的水泥砂浆均匀度检测系统设计

阿萨姆

自1949年以来，伴随着我国经济发展的快速复苏，建筑行业也随之不断发展。水泥砂浆作为建筑行业重要的工业材料，其均匀度检测是判别水泥砂浆质量的关键性指标。目前，对水泥砂浆质量的检测主要存在于凝结后固态水泥的检测，若出现不均匀现象将损失巨大，因此在水泥砂浆搅拌时对搅拌质量的检测更有实际意义。然而目前的实际生产中，水泥搅拌的均匀度判断往往依靠工人经验，缺乏实际检测设备。因此需要设计一种检测水泥均匀度的系统来减少甚至杜绝搅拌不均匀这种问题的发生。

首先，对均匀度检测原理进行分析，确定均匀度与密度关系。再对多种密度测量方法进行对比，选择超声波声衰减法。并且对超声波在水泥砂浆这一传播介质中的传播特性进行分析，最终建立了接收波形幅值与水泥砂浆均匀度的关系。其次，在设计水泥砂浆均匀度检测系统时，使用ABAQUS有限元仿真软件进行仿真设计。选择超声波声衰减法对水泥砂浆五个不同位置的接收幅值进行检测，比较接收幅值的差异来测量水泥砂浆均匀度。分别在不同密度、不同温度的均匀水泥砂浆中、以及搅拌不均匀或在均匀水泥砂浆中加入杂质的等情况下进行检测。根据仿真结果，该方法能够方便、准确的进行水泥砂浆均匀度定量测量，实际测量时可设置一定的阈值进行定性判断，为硬件系统设计提供支撑。之后，依据仿真结果，对检测系统进行硬件设计，最终选择频率为100KHz超声波探头。采用STM32F407ZGT6芯片作为主芯片，设计了STM32最小模块、电源电路、超声波发射电路、超声波接收电路以及转换电路。电源电路中包括24V-5V电路以及5V-3.3V电路，实现了供电电源多样性。超声波发射电路通过STM32芯片的PWM接口发射方波信号，再通过LU3410MOS管驱动升压变压器改变波形，输出300V正弦信号连接发射传感器。接收电路采用AD8052带通滤波器，中心频率为100KHz来设计超声波接收电路。最后，实验并对数据进行处理。

实验结果证明：利用接收波形幅值对水泥砂浆均匀度进行检测判断这一方法可行。本课题研究的水泥砂浆均匀度检测系统可以用于日常生活中。

参考文献：

[1]陈越.基于超声波的水泥砂浆均匀度检测系统设计[D].内蒙古科技大学,2022.