專利名稱：無損路面厚度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及路面測(cè)厚技術(shù)，更具體地說，涉及一種利用電磁原理進(jìn)行無損路面厚度測(cè)量的方法。
近二十年來，路面無損檢測(cè)技術(shù)的研究和開發(fā)在國(guó)內(nèi)外日益受到廣泛的重視。我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)起步較晚，路面檢測(cè)技術(shù)總體上較落后，在施工建設(shè)和長(zhǎng)期觀測(cè)中，對(duì)路面厚度這個(gè)極為重要的技術(shù)指標(biāo)仍長(zhǎng)期依靠標(biāo)高法和鉆孔取芯法。標(biāo)高法就是在鋪設(shè)過程中采用定點(diǎn)標(biāo)高，用上一層的定點(diǎn)標(biāo)高即得路面的減去下層的定點(diǎn)標(biāo)高即得路面的厚度，由于在路面修筑過程中定點(diǎn)標(biāo)高往往被破壞，因此造成測(cè)得的厚度不準(zhǔn)確，誤差達(dá)1厘米左右。鉆孔取芯法就是在被測(cè)路面鉆孔取芯，直接測(cè)量，由于鉆件上下石層總厚聯(lián)結(jié)在一起，無明顯分界線，給測(cè)量讀值帶來極大的困難，且鉆件易斷裂或碎裂，根本無法進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量誤差也在5毫米以上。由此可見，標(biāo)高法和鉆孔取芯法因其測(cè)量精度差且破壞地面，已不能適應(yīng)我國(guó)道路檢測(cè)的要求。在《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》的編制說明T912-95中指示在施工過程中應(yīng)盡量采用非破壞方法進(jìn)行檢測(cè)，以減小對(duì)公路造成損壞或留下后患。因此，如何結(jié)合中國(guó)國(guó)情找出最適合中國(guó)使用的測(cè)厚儀和測(cè)厚方法，盡快提高我國(guó)道路檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)水平已成為急需解決的關(guān)鍵問題。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述路面厚度測(cè)量方法存在的不足，提供一種能提高檢測(cè)水平，減少路面破損并可大幅度節(jié)省測(cè)量費(fèi)用的無損路面厚度測(cè)量方法。
本發(fā)明方法所使用的電磁測(cè)厚儀包括路面攤鋪前安放的反射極、探頭和連接電纜，其中，探頭通過連接電纜與由中央處理器、反射極尺寸給定電路、厚度校準(zhǔn)參考點(diǎn)給定電路、厚度數(shù)字顯示器、大地環(huán)境介電常數(shù)檢測(cè)電路、道路樁號(hào)車道層數(shù)設(shè)定及計(jì)數(shù)電路、反射感應(yīng)線路、模擬顯示電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及打印機(jī)構(gòu)成的主機(jī)。
本發(fā)明提供的無損路面厚度測(cè)量方法包括以下步驟1、將電磁測(cè)厚儀設(shè)定到所需的測(cè)量模式；2、調(diào)整反射極尺寸給定電路，使之與實(shí)際道路攤鋪前安放的反射極尺寸相一致；3、校準(zhǔn)，將探頭置于離反射極至少1米的某位置的路面上，做無窮遠(yuǎn)校準(zhǔn)；4、定位反射極根據(jù)電磁測(cè)厚儀的指示，從縱橫兩個(gè)方面確定反射極的中點(diǎn)，并確保探頭置于反射極的正上方；5、測(cè)量測(cè)取反射極信號(hào)的大小并將其數(shù)字化，通過與電磁測(cè)厚儀內(nèi)電腦存儲(chǔ)的規(guī)定尺寸反射極的反射信號(hào)和路面厚度的對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)關(guān)系，利用插值計(jì)算得出路面厚度值。
6、通過電磁測(cè)厚儀自動(dòng)存儲(chǔ)到相應(yīng)的道路縱向樁號(hào)與車道號(hào)的存儲(chǔ)器。
按照本發(fā)明提供的無損路面厚度測(cè)量方法還可以利用反射極、反射線圈和電磁測(cè)量?jī)x進(jìn)行，包括以下步驟確定定位點(diǎn)、在定位點(diǎn)鋪設(shè)反射極、將帶有反射線圈的電磁測(cè)量?jī)x放置在所述定位點(diǎn)附近，并接收所述反射極的發(fā)射信號(hào)并大致標(biāo)出位置，將反射線圈放在反射極上通過尋找反射信號(hào)最大值，將線圈定位在反射極中心，測(cè)量反射信號(hào)大小并將其數(shù)字化，通過電腦存儲(chǔ)的規(guī)定尺寸反射極的反射信號(hào)和路面厚度的對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)關(guān)系，利用插值計(jì)算得出路面厚度值，顯示檢測(cè)到的路面厚度值。
按照本發(fā)明提供的方法，還包括以下步驟將電磁測(cè)厚儀設(shè)定到所需的測(cè)量模式。
按照本發(fā)明提供的方法，還包括以下步驟調(diào)整反射極尺寸，使之與實(shí)際道路攤鋪前安放的反射極尺寸相一致。
按照本發(fā)明提供的方法，還包括無窮遠(yuǎn)校準(zhǔn)步驟，將反射線圈探頭置于距反射極1米以外位置進(jìn)行測(cè)量，并以該信號(hào)作為反射極在無窮遠(yuǎn)的參考基準(zhǔn)。
按照本發(fā)明提供的方法，還包括定位反射極的步驟根據(jù)電磁測(cè)厚儀的指示，從縱橫兩個(gè)方面確定反射極的中點(diǎn)，并確保探頭置于反射極的正上方。
按照本發(fā)明提供的方法，還包括以下步驟通過電磁測(cè)厚儀自動(dòng)將計(jì)算出的地面厚度值存儲(chǔ)到相應(yīng)的道路縱向樁號(hào)與車道號(hào)的存儲(chǔ)器中。
實(shí)施本發(fā)明的無損路面厚度測(cè)量方法，依靠施工時(shí)預(yù)埋在被測(cè)石層底部的反射極反射的信號(hào)，無損地檢測(cè)路面各層的厚度，測(cè)量結(jié)果由電磁測(cè)厚儀當(dāng)場(chǎng)顯示，也可由打印機(jī)打印輸出或接PC機(jī)輸出。避免了傳統(tǒng)鉆孔取芯法測(cè)厚操作對(duì)路面的破壞，該技術(shù)先進(jìn)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、準(zhǔn)確度達(dá)1毫米，整個(gè)測(cè)量過程操作簡(jiǎn)單；測(cè)量費(fèi)用低，按每公里公路配置一臺(tái)電磁測(cè)厚儀計(jì)算連同反射極相當(dāng)于每公里增加6000元投資，對(duì)于設(shè)計(jì)年限20年的道路相當(dāng)于一年投入300元/每公里。而采用鉆孔取芯及回填的花費(fèi)是1500元，而每分析1個(gè)芯樣將導(dǎo)致其周圍至少8平方米的路面每三年加鋪2厘米厚的罩面，即增加投入3200元，平均每年1000多元，再加上對(duì)路面可靠度的影響，每年每公里的投入將達(dá)3000元以上，即增加投入十倍左右；電磁測(cè)厚儀體積小，重量輕，可隨時(shí)隨地在具有反射極的路面厚度進(jìn)行測(cè)量，尤其適合在現(xiàn)場(chǎng)施工中使用。采用本發(fā)明測(cè)得的數(shù)據(jù)亦可為FWD彎沉儀提供翻算層間模量的各層準(zhǔn)確厚度，也可以為雷達(dá)測(cè)厚儀測(cè)得的數(shù)據(jù)提供定標(biāo)數(shù)據(jù)，從而克服測(cè)量點(diǎn)較少不連續(xù)的缺點(diǎn)，發(fā)揮更大的作用。綜上優(yōu)點(diǎn)可見，本發(fā)明的電磁測(cè)厚儀及其在無損路面厚度測(cè)量方法，可替代傳統(tǒng)鉆孔取芯法路面測(cè)厚技術(shù)，是一種實(shí)用而精確的厚度檢測(cè)方法。
結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的電磁測(cè)厚方法的特點(diǎn)，附圖中

圖1是本發(fā)明方法所使用的電磁測(cè)厚儀的結(jié)構(gòu)示意框圖。
圖2是說明本發(fā)明無損路面厚度測(cè)量方法的流程示意圖。
如圖1所示，實(shí)施本發(fā)明方法所使用的電磁測(cè)厚儀由探頭1、連接電纜2和主機(jī)3組成，主機(jī)3由中央處理器4、反射極尺寸給定電路5、厚度校準(zhǔn)參考點(diǎn)給定電路6、厚度數(shù)字顯示器7、大地環(huán)境介電常數(shù)檢測(cè)儀8、道路樁號(hào)車道層數(shù)設(shè)定及計(jì)數(shù)電路9、反射感應(yīng)線路10、模擬顯示電路11、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12及打印機(jī)13組成。
結(jié)合圖2，說明采用圖1所示電磁測(cè)厚儀以直接測(cè)量模式進(jìn)行無損路面厚度測(cè)量的方法如下1、測(cè)量點(diǎn)標(biāo)記首先根據(jù)道路設(shè)計(jì)平面圖找出設(shè)計(jì)路面車道數(shù)a，車道寬度b。在整數(shù)樁號(hào)(如K+50,K+100……)處，以中心路緣石為起點(diǎn)在0.5d+200mm；1.5d+200mm；2.5d+200mm……的車道中心處劃出定位標(biāo)記，但盡可能不要畫在筑路車輛的軌道下，可左右移動(dòng)躲開。標(biāo)記用明顯的油漆標(biāo)涂，并在路緣石上做出標(biāo)記。此標(biāo)志應(yīng)能長(zhǎng)期存在。2、鋪設(shè)反射極指定專人(一般由配合路面推鋪機(jī)作業(yè)的人員中抽調(diào)或指派一人)在路面材料攤鋪前，將反射極鋪在定位標(biāo)記處，并盡可能不鋪在卡車及筑路用車的軌道下(礫石、道渣、土基等承載層上，由于表面宏觀粗糙，用鋼釘固定0.3mm厚的鋁板反射極；在瀝青混凝土底層、二層等平滑、堅(jiān)固、于凈的表面上、用0.04mm厚的自粘型鋁箔)，反射極與汽車車道軸線平行鋪設(shè)。3、攤鋪路面材料施工部門正常進(jìn)行路面材料的攤鋪壓實(shí)作業(yè)，反射極會(huì)被牢牢壓在鋪路料下面。4、尋找反射極參照路緣石上的記號(hào)，將儀器的測(cè)量探頭(一個(gè)設(shè)計(jì)成扁平面的圓形線圈)放在各車道的中心點(diǎn)附近，根據(jù)反射極對(duì)探頭電感的影響，可觀察到檢測(cè)信號(hào)的變化，通過探頭在路面橫向或縱向移動(dòng)過程來確定反射極的位置及方向。這種定位方法可以使用測(cè)量車，也可以直接把探頭提在手中使用。5、無窮遠(yuǎn)校準(zhǔn)在距該反射極1米以外，將感應(yīng)線圈放在地面上，這時(shí)測(cè)量的電感量被認(rèn)為是反射極在無窮遠(yuǎn)處，探頭測(cè)到的是僅受反射極上方地面材料介電特性影響的電感量，并近似認(rèn)為該處與反射極上方地面材料介電特性基本不變。這樣，由于不同鋪路材料及水、雪等具有不同介電特性因素的影響，就可以通過“無窮遠(yuǎn)校準(zhǔn)”按鍵、指示儀器以此信號(hào)作為儀器反射極在無窮遠(yuǎn)點(diǎn)的參考基準(zhǔn)，以便在計(jì)算中消除由于這種不同帶來的影響。6、反射極定位與厚度測(cè)量測(cè)量應(yīng)在反射極正上方進(jìn)行，在這個(gè)位置指示讀值最小。
首先找到反射極的大致位置。
第一步沿反射極窄邊的方向找到儀器指示的最小值，作為反射極長(zhǎng)邊方向的中心縱軸穿越點(diǎn)。并標(biāo)記。
第二步沿第一步找到的反射極長(zhǎng)邊方向的縱軸找到儀器指示的最小值，作為反射極縱軸的中點(diǎn)。也可以沿縱軸確定兩個(gè)大于最小值的對(duì)稱的任何兩個(gè)相同的指示值，并做標(biāo)記。
第三步對(duì)準(zhǔn)縱軸的中點(diǎn)即兩個(gè)標(biāo)記的中點(diǎn)，沿與縱軸垂直的方向移動(dòng)儀器，尋找橫軸方向的最小值(橫軸與縱軸的交點(diǎn))。這樣找到的兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱軸交點(diǎn)就是反射極的上方中點(diǎn)，即測(cè)量點(diǎn)。在兩個(gè)軸方向上同時(shí)顯示最小值的位置就是測(cè)量點(diǎn)。因?yàn)榉瓷錁O為長(zhǎng)方形，最小值在反射極的長(zhǎng)(縱)軸方向上的一小段長(zhǎng)度上均可顯示。如反射極為正方形，則最小值只出現(xiàn)在反射極的上方中點(diǎn)。7、讀取感受應(yīng)信號(hào)當(dāng)確定了測(cè)量點(diǎn)后，將探頭放在地面上，按下“測(cè)量讀數(shù)”鍵，這時(shí)儀器會(huì)將數(shù)字化的信號(hào)讀入儀器存儲(chǔ)器中。經(jīng)過計(jì)算轉(zhuǎn)換成路面厚度，在顯示器上顯示出來。8、電磁感應(yīng)信號(hào)與路面厚度的關(guān)系確定電磁感應(yīng)信號(hào)是由測(cè)量線圈(測(cè)量探頭)、電容、分頻器等組成的LC振蕩電路產(chǎn)生，振蕩頻率受以下因素影響1)路面筑路材料介電特性；2)反射極尺寸大??；3)反射極中心正上方與測(cè)量線圈的距離。
反射極尺寸將由儀器設(shè)計(jì)者確定為幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的尺寸固定下來。
路面筑路材料的影響已在儀器做無窮遠(yuǎn)校準(zhǔn)時(shí)讀入值作為計(jì)算依據(jù)。儀器測(cè)量前也會(huì)輸入一個(gè)事先設(shè)定的、與地下已知反射極尺寸相同的某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，同時(shí)，以該尺寸反射極與感應(yīng)線圈間某些特定的距離相對(duì)應(yīng)的振蕩頻率，將作為基準(zhǔn)點(diǎn)，全自動(dòng)調(diào)入儀器的特定存儲(chǔ)器內(nèi)，如以0mm、5mm、30mm、60mm、120mm、185mm、200mm、400mm……“無窮遠(yuǎn)”等這些特定點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣反射極中心上方與測(cè)厚線圈的距離就唯一確定了震蕩頻率的大小。而這些特定點(diǎn)之間的頻率與距離的關(guān)系可用插值法確定。公式如下根據(jù)拉格朗日(Lagrange)插值公式，設(shè)檢測(cè)的頻率為x，厚度值為f(x)。已知特定厚度值與所對(duì)應(yīng)的頻率為x0、x1、x2……x6、x7則f(x0)=f0，f(x1)=f1，f(x6)=f6，f(x7)=f7；其中x7是頻率為無窮遠(yuǎn)時(shí)的頻率。并可在儀器做“無窮遠(yuǎn)標(biāo)準(zhǔn)”時(shí)更新修正。對(duì)于任何的x(x0≤x≤x6)，用以下插值多項(xiàng)式公式計(jì)涂厚度y(x)，y(x)=l0(x)f0+l1(x)f1+…+l7(x)f7=∑7k=0lk(x)fk其中l(wèi)k(x)=λk(x)λ(xk)]]>k=0、1、2…7。λk(x)=∏k=07(x-xk)x-xk=(x-x0)(x-x1)(x-x7)x-xk]]>k=0,1,…7。9、存儲(chǔ)與顯示為了便于有序記錄路面沿長(zhǎng)度段(例如50米一段)和車道數(shù)(例如從中心車道向車道順序測(cè)量)的數(shù)據(jù)，可以在儀器的微處理設(shè)置相應(yīng)的單元依次存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，并按路段、車道、層數(shù)計(jì)算各層厚度的平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)偏差等。
權(quán)利要求
1.一種無損路面厚度測(cè)量方法，采用如下的電磁測(cè)厚儀進(jìn)行路面厚度的無損測(cè)量，所述電磁測(cè)厚儀包括路面攤鋪前安放的反射極、探頭和連接電纜，其中，探頭通過連接電纜與由中央處理器、反射極尺寸給定電路、厚度校準(zhǔn)參考點(diǎn)給定電路、厚度數(shù)字顯示器、大地環(huán)境介電常數(shù)檢測(cè)電路、道路樁號(hào)車道層數(shù)設(shè)定及計(jì)數(shù)電路、反射感應(yīng)線路、模擬顯示電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及打印機(jī)構(gòu)成的主機(jī)相連接，所述方法的特征在于包括以下步驟1)將電磁測(cè)厚儀設(shè)定到所需的測(cè)量模式；2)調(diào)整反射極尺寸給定電路，使之與實(shí)際道路攤鋪前安放的反射極尺寸相一致；3)校準(zhǔn)，將探頭置于離反射極至少1米的某位置的路面上，做無窮遠(yuǎn)校準(zhǔn)；4)定位反射極根據(jù)電磁測(cè)厚儀的指示，從縱橫兩個(gè)方面確定反射極的中點(diǎn)，并確保探頭置于反射極的正上方；5)測(cè)量測(cè)取反射極信號(hào)的大小并將其數(shù)字化，通過與電磁測(cè)厚儀內(nèi)電腦存儲(chǔ)的規(guī)定尺寸反射極的反射信號(hào)和路面厚度的對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)關(guān)系，利用插值計(jì)算得出路面厚度值；6)通過電磁測(cè)厚儀自動(dòng)存儲(chǔ)到相應(yīng)的道路縱向樁號(hào)與車道號(hào)的存儲(chǔ)器。
2.一種無損路面厚度測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟確定定位點(diǎn)、在定位點(diǎn)鋪設(shè)反射極、將帶有反射線圈的電磁測(cè)量?jī)x放置在所述定位點(diǎn)附近，并接收所述反射極的發(fā)射信號(hào)并大致標(biāo)出位置，將反射線圈放在反射極上通過尋找反射信號(hào)最大值，將線圈定位在反射極中心，測(cè)量反射信號(hào)大小并將其數(shù)字化，通過電腦存儲(chǔ)的規(guī)定尺寸反射極的反射信號(hào)和路面厚度的對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)關(guān)系，利用插值計(jì)算得出路面厚度值，顯示檢測(cè)到的路面厚度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟將電磁測(cè)厚儀設(shè)定到所需的測(cè)量模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，還包括以下步驟調(diào)整反射極尺寸，使之與實(shí)際道路攤鋪前安放的反射極尺寸相一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，還包括無窮遠(yuǎn)校準(zhǔn)步驟，將反射線圈探頭置于距反射極1米以外位置進(jìn)行測(cè)量，并以該信號(hào)作為反射極在無窮遠(yuǎn)的參考基準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，還包括定位反射極的步驟根據(jù)電磁測(cè)厚儀的指示，從縱橫兩個(gè)方面確定反射極的中點(diǎn)，并確保探頭置于反射極的正上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，還包括以下步驟通過電磁測(cè)厚儀自動(dòng)將計(jì)算出的地面厚度值存儲(chǔ)到相應(yīng)的道路縱向樁號(hào)與車道號(hào)的存儲(chǔ)器中。
全文摘要
一種無損路面厚度測(cè)量方法,在確定的定位點(diǎn)鋪設(shè)反射極、并用電磁測(cè)量?jī)x接收反射極的信號(hào)并大致標(biāo)出位置,再將反射線圈放在反射極上通過尋找反射信號(hào)最大值,將線圈定位在反射極中心,測(cè)量反射信號(hào)大小并將其數(shù)字化,通過電腦存儲(chǔ)的反射極信號(hào)和路面厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系,插值計(jì)算出路面厚度值。這種方法避免了傳統(tǒng)鉆孔取芯法測(cè)厚操作對(duì)路面的破壞,該技術(shù)先進(jìn)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、準(zhǔn)確度達(dá)1毫米,整個(gè)測(cè)量過程操作簡(jiǎn)單,使測(cè)量費(fèi)用大大降低。
文檔編號(hào)G01B7/02GK1315652SQ00114168
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月29日
發(fā)明者倪克思 申請(qǐng)人:深圳市華豐科技有限公司