一种沥青混凝土生产全过程在线检测装置及检测方法与流程

本发明涉及道路工程材料生产检测，具体的说是一种沥青混凝土生产全过程在线检测装置及检测方法。

背景技术：

1、沥青混凝土是高等级公路建设与养护工程的核心建筑材料，其生产质量直接决定路面结构的承载能力、服役耐久性与行车安全性。沥青混凝土的生产流程涵盖冷料配料、集料烘干、热料筛分、拌和、出料存储等多个核心工序，各工序的工艺参数稳定性共同决定了最终混合料的级配精度、含水率、沥青裹覆均匀性、温度均匀性等关键质量指标。当前行业内的生产质量管控以离线取样试验为主，辅以少量单点式在线检测设备，普遍存在检测环节脱节、过程管控滞后、内置检测设备工况适应性差、长期运行精度衰减快的缺陷，难以满足智能化、高精度的生产管控需求。

2、现有技术中，配料环节普遍采用皮带秤计量各档集料的出料重量，仅能实现重量比例控制，无法实时识别集料的实际粒径分布与级配偏差；当料仓内集料出现离析时，级配控制精度会大幅下降，进而影响混合料的路用性能。部分新增视觉检测的方案仅能识别粗集料粒径，对细集料的识别精度不足，整体级配管控效果有限。

3、烘干环节是沥青混凝土生产的核心能耗与质量控制点，现有技术通常仅在滚筒出口处设置红外温度传感器或单点微波含水率检测仪，仅能获取出料集料的平均参数，无法监测烘干滚筒内部的烘干进程与料帘分布状态；当进料量波动、集料初始含水率变化时，烘干温度调控存在明显滞后，易出现集料过热老化、沥青粘结力下降，或集料欠烘、混合料水稳定性不足的问题。少数尝试在滚筒内部设置检测元件的方案，普遍未考虑高温高粉尘、沥青烟气附着的恶劣工况，检测电极表面积灰、结垢会导致检测精度快速衰减；同时旋转部件的信号传输依赖普通导电滑环，粉尘与高温易导致滑环接触不良、磨损加剧，设备故障率高、维护周期短，难以长期稳定运行，无法真正应用于工业化连续生产。

4、拌和环节的均匀性检测多依赖人工取样后的抽提试验或燃烧法试验，检测周期长达十余分钟，不仅存在严重滞后性，且单一样品的代表性有限，难以反映整锅混合料的均匀状态；生产中通常采用固定拌和时间的控制方式，易出现拌和不足导致的均匀性不合格，或过度拌和导致的能耗浪费与集料破碎问题。部分在线检测方案采用单一扭矩或单一声信号检测，易受机械振动、环境噪声干扰，检测准确率与稳定性不足。

5、此外，现有在线检测装置多为各环节独立运行的单点设备堆砌，各检测单元之间缺乏数据联动与统一校准机制。生产过程中的恶劣工况会导致传感器出现零点漂移与精度衰减，现有设备需定期停机进行人工标定，维护成本高且影响生产效率；同时各环节的检测数据无法形成闭环反馈，前序环节的检测误差会逐步累积至最终产品，无法通过后序检测结果对前序生产参数进行动态调整，整体质量管控的主动性与精准度不足。

6、综上，现有沥青混凝土生产检测技术存在检测环节脱节、过程管控滞后、内置检测设备工况适应性差、长期运行精度衰减快、整体质量管控效果不足的缺陷，无法满足高精度、智能化的沥青混凝土生产管控需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中沥青混凝土生产检测环节独立脱节、烘干过程检测滞后且内置设备可靠性差、拌和均匀性检测实时性与稳定性不足、检测系统缺乏动态自校准机制导致长期精度衰减快的问题，本发明提供一种沥青混凝土生产全过程在线检测装置及检测方法，通过分段式多源融合烘干检测、双特征拌和均匀性判定、全链条闭环校准与工况适应性结构设计的有机组合，实现从配料到出料全流程的多参数同步在线检测与自适应调控，同时保障设备在恶劣工况下的长期稳定运行，显著提升检测精度与生产质量稳定性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沥青混凝土生产全过程在线检测装置，包括配料级配检测单元、烘干过程检测单元、拌和均匀性检测单元、出料综合检测单元以及边缘计算控制单元；所述配料级配检测单元对应设置于各冷料仓的出料皮带处，用于实时采集各档集料的出料流量与粒径分布数据，融合得到实时级配组成；所述烘干过程检测单元包括沿烘干滚筒轴向分段布设的进料段、中段、出料段三组检测组件，每组检测组件包含环绕滚筒内壁布设的电容层析成像传感器阵列与嵌设于滚筒内壁的微波谐振探头，用于同步采集对应检测段内集料的料帘浓度分布特征与含水率数据；边缘计算控制单元结合料帘浓度分布对初始含水率进行加权修正，并根据中段检测数据预判出料含水率、提前调控烘干功率；所述拌和均匀性检测单元包括布设于拌和锅侧壁的多组声发射传感器与接入拌和电机的扭矩采集模块，用于同步采集拌和过程中的声发射时域频域信号与电机输出扭矩波动数据；所述出料综合检测单元设置于拌和锅出料口处，用于采集出料沥青混合料的全场温度分布、表面级配与离析状态数据；所述边缘计算控制单元分别与上述各检测单元电性连接，用于接收并融合处理各单元检测数据，且以出料综合检测单元的检测结果为基准值，反向迭代校准其余各检测单元的检测换算参数与对应生产环节的控制参数，实现沥青混凝土生产全过程的闭环检测与自适应调控。

3、具体地，所述电容层析成像传感器阵列每组包含8-12个电容电极，各电极采用耐高温氧化铝陶瓷基体封装，电极检测面涂覆纳米级聚四氟乙烯防粘涂层；电极阵列对应滚筒内壁位置配套设置环形压缩空气吹扫腔，吹扫腔朝向电极表面开设斜向气孔，用于定时吹扫电极表面积尘与沥青烟气附着物。

4、具体地，各电容电极与微波谐振探头的信号线沿滚筒内壁布线，汇集至滚筒进料端的耐高温防尘型导电滑环处；所述导电滑环采用迷宫式密封结构，防护等级不低于ip65，滑环触点采用金合金材质，通过导电滑环实现旋转状态下各检测组件与边缘计算控制单元的稳定信号传输。

5、具体地，所述拌和均匀性检测单元的声发射传感器沿拌和锅周向均匀布设3-5组，每组传感器通过耐高温耦合剂贴合于拌和锅外壁中部，采样频率不低于500khz；电机扭矩采集模块接入拌和电机的变频器输出端，实时采集电机输出扭矩的时域波动数据。

6、具体地，所述出料综合检测单元包括红外热成像模组与线阵视觉采集模组，红外热成像模组用于采集出料料流的全场温度分布并识别温度离析，线阵视觉采集模组用于采集料流表面图像并识别级配组成与骨料离析特征。

7、具体地，所述边缘计算控制单元内置参数校准模块，所述参数校准模块以出料综合检测单元的检测结果为基准值，采用梯度下降算法迭代修正参数，设定收敛阈值为0.05%，单次修正步长不超过对应参数最大值的5%；修正对象包括配料级配检测单元的粒径识别系数、烘干过程检测单元的含水率换算系数以及拌和均匀性检测单元的特征判定阈值。

8、具体地，所述配料级配检测单元由皮带秤模块与线阵视觉采集模块组成，线阵视觉采集模块垂直布设于出料皮带上方，识别集料粒径分布后与皮带秤流量数据融合得到实时级配组成。

9、一种沥青混凝土生产全过程在线检测方法，该方法使用上述的在线检测装置实施，包括以下步骤：

10、s1配料检测：各冷料仓出料时，配料级配检测单元实时采集各档集料的出料流量与粒径分布，计算实时级配组成并传输至边缘计算控制单元，级配偏差超阈值时即时调整出料速度；

11、s2烘干过程检测：集料进入烘干滚筒后，分段式电容层析成像传感器阵列与微波谐振探头同步采集各段集料的料帘分布图像与初始含水率数据，边缘计算控制单元结合料帘浓度的空间分布对初始含水率进行加权修正，再根据中段检测数据预判出料含水率、提前调整烘干功率；

12、s3拌和均匀性检测：烘干后的集料与沥青、矿粉进入拌和锅拌和时，声发射传感器与电机扭矩采集模块同步采集拌和过程的声信号与扭矩数据，边缘计算控制单元通过双特征融合模型实时计算拌和均匀度，达到阈值时判定拌和完成；

13、s4出料综合检测：混合料从拌和锅排出时，出料综合检测单元采集混合料的温度分布、级配与离析状态数据，作为全系统检测基准传输至边缘计算控制单元；

14、s5闭环校准：边缘计算控制单元以出料基准结果为参照，计算各前置检测单元的检测偏差，按限定步长反向修正各单元的检测换算参数与对应生产控制参数，迭代应用于后续批次生产。

15、具体地，步骤s2中，电容层析成像传感器阵列采集各电极间的电容值，通过线性反投影算法重建对应截面的料帘浓度分布图像；结合微波谐振探头的谐振频率偏移量换算得到集料初始含水率，再根据截面内不同区域的料帘浓度占比进行加权计算，得到修正后的截面平均含水率，消除料帘偏析导致的检测误差。

16、具体地，步骤s3中，双特征融合模型采用径向基核函数的支持向量机构建，预先采集不少于200组不同拌和状态下的样本数据，提取声信号的主频、均方根幅值、能量熵与扭矩的均值、波动系数作为特征量，通过五折交叉验证完成模型训练；拌和过程中按固定时间窗提取特征量输入模型，输出实时拌和均匀度数值。

17、本发明的有益效果：

18、实现烘干过程的可视化分段检测与超前调控，解决传统检测的滞后性问题。本发明将化工多相流检测领域的电容层析成像技术跨界应用于沥青烘干滚筒，结合微波谐振检测，首次实现了烘干筒内部进料段、中段、出料段的料帘分布与含水率同步检测；基于中段检测数据可提前预判出料含水率并调整烘干功率，调控响应速度相比传统出口检测提升70%以上，有效避免集料过热老化或欠烘问题。同时，电容层析成像的料帘分布数据可修正微波检测的空间误差，消除料帘偏析导致的检测偏差，二者组合产生了互补增效的技术效果，是单一微波检测无法实现的。

19、针对性工况适配设计，大幅提升内置检测设备的长期运行可靠性。本发明为电容电极设计了聚四氟乙烯防粘涂层与压缩空气定时吹扫结构，可有效抵御烘干筒内粉尘、沥青烟气的附着污染；同时采用高防护等级的迷宫密封导电滑环，金合金触点耐磨耐高温，解决了传统导电滑环易积尘磨损、接触不良的问题。经测试，检测系统连续运行72小时后的精度衰减率降低，设备平均无故障运行时间提升，可满足工业化连续生产的长期稳定运行需求。

20、双特征融合实现拌和均匀性无取样实时检测，提升检测准确性与效率。本发明采用声发射信号与电机扭矩双特征融合的方式检测拌和均匀性，利用沥青裹覆过程中集料碰撞声的频谱变化与拌和扭矩的波动规律，通过支持向量机模型实现均匀度的实时量化判断；相比传统离线取样检测，检测响应时间从十余分钟缩短至秒级，且可反映整锅混合料的整体均匀状态。声发射与扭矩两种检测手段互为补充，当粉尘或振动干扰其中一种信号时，另一种信号可保障检测稳定性，检测准确率相比单一扭矩检测提升。

21、全链条闭环自校准机制，保障系统长期运行精度。本发明以出料环节的综合检测结果为基准，通过限定步长的梯度下降算法反向迭代校准前置各检测单元的检测参数与生产控制参数，形成了“前置检测-过程调控-出料验证-参数校准”的完整闭环；解决了传统检测设备长期运行中因工况恶劣导致的精度漂移问题，无需停机人工标定，系统长期运行的检测精度衰减率降低，维护周期大幅延长。同时限定修正步长避免了参数振荡，保障了校准过程的稳定性。

22、多技术点有机组合产生系统性协同效果。本发明并非各环节检测设备的简单堆砌，而是通过边缘计算控制单元实现全流程数据互通与协同管控：配料级配数据可提前预判烘干负荷，调整烘干功率；烘干含水率数据可优化拌和时间与沥青用量；拌和均匀性数据可反向验证烘干与配料的稳定性；工况适配结构为各检测单元的长期稳定运行提供保障。各技术点相互支撑、互为校准，整体质量管控效果远优于各单点检测效果的简单叠加，具备突出的实质性特点与显著的进步。