一种混凝土泵送管道堵塞状态监测装置的制作方法

本实用新型涉及土木工程施工领域，尤其涉及一种混凝土泵送管道堵塞状态监测装置。

背景技术：

混凝土泵送技术在土木工程施工中具有广泛的应用。在混凝土泵送过程中，由于混凝土配合比设计不当或者设备操作不当等原因，泵送管道堵塞是经常发生的施工事故。一旦事故发生，需要拆卸对应的堵塞节段进行疏通或替换。然而，寻找拥堵管道是一件困难的工作，传统的方法主要依靠技术人员现场锤击管道，根据经验听声音判断管道是否堵塞。这种方法对工人的经验要求高，而且错误率高，一旦出现失误，管道的反复拆装不仅浪费人力而且耽误工时。

目前为止，人们已经提出了几类混凝土泵送管道堵塞检测的装置，如：利用密度计检测管道内部混凝土的密度，判断混凝土的堵塞状况；在管道壁上开口，安装混凝土压力感应装置，检测内部混凝土的堵塞状况；利用风扇在管道内送风，根据不同管道部位的通风量判断管道堵塞状况；以及在管道壁上开口，安装探测机械装置，判断混凝土的流动状态，实现泵送管道的堵塞状况识别等。以上方式中，均需要在管道壁或者管道内部进行布置，一方面需要对管道进行开口，影响管道的密封性，另一方面若内部检测设备(密度计、压力感应装置等)出现故障，维修和替换难度较大。

技术实现要素：

本实用新型提供一种混凝土泵送管道堵塞状态监测装置，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种混凝土泵送管道堵塞状态监测装置，包括音频采集设备，所述音频采集设备设置于管道周围，用于收集所述管道的音频信号；无线通讯设备，所述无线通讯设备设置于所述音频采集设备周围，用于接收所述音频采集设备的信号；云端数据库，用于存储所述无线通讯设备收集的信号；以及数据处理设备，所述数据处理设备用于计算处理所述云端数据库中的信号，并将得到的堵塞状态结果存入所述云端数据库。

较佳的，所述音频采集设备包括多个麦克风，多个麦克风沿所述管道的轴向布置。

较佳的，所述无线通讯设备包括4g通讯模块和5g通讯模块。

较佳的，还包括移动设备，所述移动设备与所述云端数据库通讯连接。

较佳的，所述音频采集设备距离所述管道的距离为0～10m。

与现有技术相比，本实用新型提供的混凝土泵送管道堵塞状态监测装置具有如下优点：

1.本实用新型无需将检测装置安装于管道内部或者管道壁上，对管道结构无损伤，且音频采集设备出现故障时可随时方便检测、维修和更换；

2.本实用新型提供的监测装置安装简便，只要将音频采集设备和无线通讯设备放置于管道周边即可；

3.本实用新型采用云端数据库存储数据，便于用户实时查看，适合远程监测和管理。

附图说明

图1为本实用新型一具体实施方式中混凝土泵送管道堵塞状态监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型一具体实施方式中管道周围的设备的布置示意图；

图3为本实用新型一具体实施方式中管道与音频采集设备的位置示意图。

图中：10-管道、20-音频采集设备、30-无线通讯设备、31-4g/5g基站、40-云端数据库、50-数据处理设备、60-移动设备。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述实用新型的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。

本实用新型提供的混凝土泵送管道堵塞状态监测装置，如图1至图3所示，包括音频采集设备20，所述音频采集设备20设置于管道10周围，用于收集所述管道10的音频信号；无线通讯设备30，所述无线通讯设备30设置于所述音频采集设备20周围，用于接收所述音频采集设备20的信号；云端数据库40，用于存储所述无线通讯设备30收集的信号，所述云端数据库40包括但不限于阿里云、腾讯云等商家提供的云数据库，也包含用户自己搭建的任何形式的网络数据库；以及数据处理设备50，所述数据处理设备50用于计算处理所述云端数据库40中的信号，并将得到的堵塞状态结果存入所述云端数据库40。本实用新型利用音频采集设备20采集管道10周围的音频信号，利用管道10周围的声音变化判断管道10的堵塞状态，检测过程中无需破坏管道10的结构，安装简便，监测精确性能够满足工程需求，人员使用和管理方便。

具体地，在混凝土泵送过程中，管道10产生声音，音频采集设备20每间隔时间δt采集时间长度为dt(dt≤δt)的管道10的声音片段，而后由音频采集设备20对该音频片段文件进行压缩、经由无线通讯设备30发送至云端数据库40保存。数据处理设备50(例如本地计算机)每间隔δt下载一次云端数据库40记录的音频压缩文件，在本地解压缩和对音频数据进行分析和判断管道10的堵塞状态。本地计算机分析完毕后，将分析结果上传至云端数据库40。整个监测过程全自动化，无需人工现场蹲点监督。监测设备利用物联网技术，实现数据云端存储，本地计算机分析，支持多终端实时查看和接收泵送管道10运行状态的预警信息。

较佳的，请继续参考图1至图3，所述音频采集设备20包括多个麦克风，多个麦克风沿所述管道10的轴向布置，例如，间隔20m设置一个麦克风，以便于准确找到堵塞节段所在位置。

较佳的，请重点参考图1和图2，所述无线通讯设备30包括4g通讯模块和5g通讯模块，所述无线通讯设备30收集到音频采集设备20采集的音频信号，经由4g/5g基站31将音频信号上传至云端数据库40，实现音频数据传输。

较佳的，请重点参考图1，还包括移动设备60，所述移动设备60可以包括手机、笔记本电脑、平板电脑等，所述移动设备60与所述云端数据库40通讯连接，便于用户通过移动设备60实时查看云端数据库40中的数据，适合远程监测和管理。

较佳的，请重点参考图3，所述音频采集设备20距离所述管道10的距离为0～10m，即施工时可以在管道10的10m距离内任意位置处设置麦克风(如图3虚线范围内)，其中可以包括设置在管道10内，管道10壁上，管道10外侧均可，需要说明的是，音频采集设备20的布置范围的半径大小可以由音频采集设备10的性能决定，例如对于音频识别率和灵敏度高的音频采集设备20，可增加音频采集设备20的布置范围的半径。

另外，需要说明的是，针对所述数据处理设备50得到管道10的堵塞状态结果的方法，示例性地可以采用机器学习方法，例如，对初始朴素贝叶斯模型经过训练，采用训练后的朴素贝叶斯模型输出堵塞状态结果，具体实现方法如下：

模型训练阶段：

s1：在施工作业项目现场或者实验室内录制混凝土泵送管道10正常运行时的音频片段，其中，正常运行可以包括混凝土被平缓输送状态、加压状态、释放压力状态等，且需要反复录制n次(n可以为100，但是不限于100)，每个音频片段持续时间dt。录制完毕的音频文件和对应的工况分别以二进制文件字段和文本字段存储于数据库文件。文本字段建议为“平缓”、“加压”、“释压”等，也可根据实际情况做形象命名。

s2：录制混凝土堵塞时的音频。这项工作可以在实验室完成，无需到项目现场录制。可以通过人为在混凝土泵送管道10内焊接不同程度障碍物模拟管道10的不同堵塞状况，分别录制各种堵塞状况下混凝土管道10在泵送过程中产生的音频，并计入对应的工况标签，写入数据库文件。工况标签建议为：“轻度堵塞”、“中度堵塞”和“重度堵塞”，也可以根据项目需要设计更多类型的堵塞工况进行录音和添加工况标签。将音频文件和工况标签一起作为数据库文件的一条记录的两个字段添加到数据库文件。

s3：对步骤s1和s2获得的数据库文件进行预处理。预处理包含子步骤：(1)分别对录制的音频文件进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号(频谱)；(2)经过傅里叶变换后得到频域数据的分辨率降低处理(稀疏的频率分布有助于减少朴素贝叶斯法训练样本的特征空间，从而减少计算量，提高计算机识别效率，从而保障计算机识别周期少于数据采集周期)，使得频谱的最大幅值为1，且每一个频率对应的幅值精确到1/m。m为正整数，建议值为50，但不限制于50。频谱的频率分辨率无需设定过高，建议但不限制分辨率设定不超过最小基频的1/20。建议但不限制频谱最高频率设定为最小基频的4倍。调整每次由音频信号变换而来的频率的幅值分辨率，可以提高朴素贝叶斯方法的分类正确率，从而避免算法中可能会遇到的极大似然估计出现各类工况标签的发生概率都为0，从而导致算法失效的情况。

s4：经过步骤s3处理的音频数据以及对应的工况标签，作为统计学习方法的训练数据源，进行机器学习训练，有助于提高算法的识别正确率。在计算机统计学习中，频谱中的每个频谱作为训练特征，工况标签作为输出。

模型应用阶段：

计算每次新采集的频谱信号对应的各类工况标签的发生概率。每次接收到新的音频文件和对应的工况标签后，即可展开傅里叶变换-频谱分辨调整-条件概率计算，比较各类工况标签对应的发生概率，取具有最大概率对应的工况标签作为识别结果。然后，将识别结果作为泵送管道10的堵塞状态结果上传云端数据库40，供各类管理人员实时访问。

综上所述，本实用新型提供的混凝土泵送管道堵塞状态监测装置，包括音频采集设备20，所述音频采集设备20设置于管道10周围，用于收集所述管道10的音频信号；无线通讯设备30，所述无线通讯设备30设置于所述音频采集设备20周围，用于接收所述音频采集设备20的信号；云端数据库40，用于存储所述无线通讯设备30收集的信号；以及数据处理设备50，所述数据处理设备50用于计算处理所述云端数据库40中的信号，并将得到的堵塞状态结果存入所述云端数据库40。本实用新型利用音频采集设备20采集管道10周围的音频信号，利用管道10周围的声音变化判断管道10的堵塞状态，检测过程中无需破坏管道10的结构，安装简便，监测精确性能够满足工程需求，人员使用和管理方便。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。