專(zhuān)利名稱(chēng)：基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種路基路面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，特別是基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè) 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
路基路面檢測(cè)實(shí)際上是路基、路面壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)，路基、路面壓實(shí)質(zhì)量是道路工程施 工質(zhì)量管理最重要的內(nèi)在指標(biāo)之一，只有對(duì)路基、路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行充分壓實(shí)，才能保證路基 、路面的強(qiáng)度、剛度及路面的平整度，并可以保證及延長(zhǎng)路基、路面工程的使用壽命。
路面壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)現(xiàn)有的一種方法是灌砂法，灌砂法利用均勻顆粒的砂去置換試洞的 體積，它是當(dāng)前最通用的方法，很多工程都把灌砂法列為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定密度的主要方法。該方法 可用于測(cè)試各種土或路面材料的密度，它的缺點(diǎn)是需要攜帶較多量的砂，而且稱(chēng)量次數(shù)較 多，因此它的測(cè)試速度較慢。
路面壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)現(xiàn)有的另一種方法是環(huán)刀法，環(huán)刀法是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)密度的傳統(tǒng)方法。
國(guó)內(nèi)習(xí)慣采用的環(huán)刀容積通常為200cm3，環(huán)刀高度通常約5cm。用環(huán)刀法測(cè)得的密度是環(huán)刀 內(nèi)土樣所在深度范圍內(nèi)的平均密度，它不能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。由于碾壓土層的密 度一般是從上到下減小的，若環(huán)刀取在碾壓層的上部，則得到的數(shù)值往往偏大，若環(huán)刀取的 是碾壓層的底部，則所得的數(shù)值將明顯偏小，就檢査路基土和路面結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)度而言，我 們需要的是整個(gè)碾壓層的平均壓實(shí)度，而不是碾壓層中某一部分的壓實(shí)度，因此，在用環(huán)刀 法測(cè)定土的密度時(shí)，應(yīng)使所得密度能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。然而，這在實(shí)際檢測(cè)中是 比較困難的；只有使環(huán)刀所取的土恰好是碾壓層中間的土，環(huán)刀法所得的結(jié)果才可能與灌砂 法的結(jié)果大致相同。另外，環(huán)刀法適用面較窄，對(duì)于含有粒料的穩(wěn)定土及松散性材料無(wú)法使 用。
然而，通過(guò)檢測(cè)路面壓實(shí)度達(dá)到檢測(cè)路基路面質(zhì)量，這在有些情況下并不能說(shuō)明問(wèn)題， 如吸水性路基路面壓實(shí)度與普通高等級(jí)公路的路基路面壓實(shí)度并不相同，后者由于材料的改 變，其性能是非常好的，但它首先應(yīng)具務(wù)突出的吸水性，而如果用路面壓實(shí)度作為標(biāo)準(zhǔn)，則 很難達(dá)到普通高等級(jí)公路的路基路面壓實(shí)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng)，以便適合不同結(jié)構(gòu)的路基路面質(zhì)量檢測(cè)。
本發(fā)明的的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng)，其特 征是它包括植于路基路面的檢測(cè)裝置和移動(dòng)載荷分析單元，
路基路面的檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)路基路面的振動(dòng)信息，并將檢測(cè)的路基路面的振動(dòng)信息 通過(guò)一無(wú)線(xiàn)發(fā)射單元發(fā)送到和移動(dòng)載荷分析單元；
移動(dòng)載荷分析單元，用于向路基路面施加可控頻率的振動(dòng)力，用于通過(guò)無(wú)線(xiàn)接收單元接 收路基路面的檢測(cè)裝置發(fā)出的振動(dòng)檢測(cè)信息；用于對(duì)接收的振動(dòng)檢測(cè)信息進(jìn)行頻頻分析；用 于與存貯單元存貯的基準(zhǔn)頻譜進(jìn)行比較，給出植于路基路面的檢測(cè)裝置所在位置路面質(zhì)量的 信息。
所述的路基路面的檢測(cè)裝置包括電池l、無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路2、振動(dòng)檢測(cè)處理電路3、振動(dòng)傳 感器4，振動(dòng)傳感器4與振動(dòng)檢測(cè)處理電路3電連接，在振動(dòng)檢測(cè)處理電路3的一個(gè)輸出口與無(wú) 線(xiàn)發(fā)射電路2電連接；振動(dòng)檢測(cè)處理電路3、振動(dòng)傳感器4和溫度傳感器5分別與電池1的兩個(gè) 電極電連接；電池l、無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路2、振動(dòng)檢測(cè)處理電路3、振動(dòng)傳感器4和溫度傳感器5固 定在密閉的殼體9內(nèi)，殼體9固定在公路路基10內(nèi)。
所述的振動(dòng)傳感器4包括密封基座、基座內(nèi)有液體介質(zhì)，在液體介質(zhì)上有隨介質(zhì)波動(dòng)而 隨動(dòng)的漂浮體，漂浮體上至少有一對(duì)由發(fā)光管和光電管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè)電路，發(fā)光管 和光電管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè)電路固定在密封基座相隔的另一個(gè)殼體9內(nèi)。
所述的振動(dòng)傳感器4包括密封基座、基座內(nèi)有硅橡膠介質(zhì)，在硅橡膠介質(zhì)上有反射目標(biāo) 體，反射目標(biāo)體上至少有一對(duì)由發(fā)光管和光電管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè)電路，發(fā)光管和光電 管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè)電路固定在密封基座相隔的另一個(gè)殼體9內(nèi)。
所述的基準(zhǔn)頻譜是由植于標(biāo)準(zhǔn)路基路面的檢測(cè)裝置根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷所得到的振動(dòng)檢 測(cè)信息再由移動(dòng)載荷分析單元頻譜分析得到的頻譜。
所述的標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷是距路基路面的檢測(cè)裝置一定距開(kāi)始行駛的確知的車(chē)輛重量、發(fā) 動(dòng)機(jī)型號(hào)、車(chē)輛行駛速度的車(chē)輛。
本發(fā)明的特點(diǎn)是由于本發(fā)明首先通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)路基內(nèi)放置路基路面的檢測(cè)裝置，運(yùn)用標(biāo) 準(zhǔn)的移動(dòng)載荷(確知的車(chē)輛重量、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、車(chē)輛行駛速度)從一定距離通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)路基內(nèi) 放置路基路面的檢測(cè)裝置建立起一個(gè)基準(zhǔn)頻譜，然后再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷經(jīng)過(guò)未知路基路 面，此路基路面下植有標(biāo)準(zhǔn)路基路面下的路基路面的檢測(cè)裝置，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷通 過(guò)時(shí)，路基路面的檢測(cè)裝置得到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，如與標(biāo)準(zhǔn)的頻譜相一致測(cè)說(shuō)明路 基路同質(zhì)量是可以的，否則則有質(zhì)量問(wèn)題。這種檢測(cè)手法與背景技術(shù)給出的方法有本質(zhì)的區(qū)別， 一隨時(shí)隨地可以檢測(cè)，檢測(cè)速度快。容易建立強(qiáng)大的分析系統(tǒng)為路基路面的質(zhì)量改造提 供手段。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。 圖l是本發(fā)明實(shí)施例的原理圖； 圖2是振動(dòng)檢測(cè)處理電路圖； 圖3是振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)、電池；2、無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路；3、振動(dòng)檢測(cè)處理電路；4、振動(dòng)傳感器；5、溫度傳 感器；6、移動(dòng)載荷分析單元；7、比較電路；8、電子開(kāi)關(guān)；9、路基路面檢測(cè)裝置；10、路 基、路面。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng)，它包括植于路基路面10的路 基路面檢測(cè)裝置9和路基路面上移動(dòng)的移動(dòng)載荷分析單元6，首先在標(biāo)準(zhǔn)路基內(nèi)放置路基路面 檢測(cè)裝置，由標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷(確知的車(chē)輛重量、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、車(chē)輛行駛速度)從一定距離 開(kāi)始以標(biāo)準(zhǔn)的速度通過(guò)路基路面，此時(shí)，移動(dòng)載荷作用在路基路面的振動(dòng)波進(jìn)入路基路面檢 測(cè)裝置，其內(nèi)的振動(dòng)傳感器接收到振動(dòng)波后將其振動(dòng)波電信號(hào)傳給處理單元，處理單元再由 無(wú)線(xiàn)發(fā)射單元發(fā)送給移動(dòng)載荷內(nèi)的分析單元進(jìn)行頻譜分析處理，這樣，由標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷作 用在標(biāo)準(zhǔn)的路基路面上產(chǎn)生的振動(dòng)頻譜信號(hào)作為一種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)存貯在其存貯器內(nèi)。
標(biāo)準(zhǔn)的路基路面是按照高速公路路基路面標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格施工工藝的路基路面。包括瀝青碎 石下封層、瀝青碎石上封層和瀝青碎石中封層。由于其結(jié)構(gòu)固定、工藝標(biāo)準(zhǔn)，因此當(dāng)與其配 合的移動(dòng)載荷通過(guò)時(shí)，其移動(dòng)載荷產(chǎn)生的振動(dòng)波具有一定的規(guī)律性。因而以相同的設(shè)計(jì)要求 和工藝施工的路基路面，在以同樣的移動(dòng)載荷和同樣的速度作用在其路基路面上時(shí)，其產(chǎn)生 振動(dòng)波應(yīng)是相同或一致的。
高速公路路基路面檢測(cè)裝置包括電池l、無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路2、振動(dòng)檢測(cè)處理電路3、振動(dòng)傳 感器4和溫度傳感器5，振動(dòng)檢測(cè)處理電路3是EM78P458單片機(jī)，振動(dòng)傳感器4和溫度傳感器5 分別與EM78P458的A/D接口電連接，EM78P458的一個(gè)輸出口與無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路2電連接， EM78P458、振動(dòng)傳感器4和溫度傳感器5分別與電池l的兩個(gè)電極電連接，電池1采用2A /3.6V電池供電，電池l、無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路2、振動(dòng)檢測(cè)處理電路3、振動(dòng)傳感器4和溫度傳感器5 固定在密閉的殼體內(nèi)，殼體固定在路基、路面10內(nèi)，移動(dòng)載荷經(jīng)路基、路面10后，固定在路 基、路面10內(nèi)的振動(dòng)傳感器4將有輸出信號(hào)，輸出信號(hào)經(jīng)放大后與EM78P458—個(gè)A/D接口連接，振動(dòng)檢測(cè)處理電路3經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，振動(dòng)檢測(cè)處理電路3裝載的軟件將振動(dòng)傳感器4輸出的模 擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并對(duì)其進(jìn)行處理，通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路2發(fā)送到移動(dòng)載荷分析單元6，再 由移動(dòng)載荷分析單元的計(jì)算機(jī)進(jìn)行最后分析。
振動(dòng)傳感器4輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)比較電路7 (LM393)進(jìn)入放大器，比較電路7的輸 出與EM78P458—個(gè)管腳連接；當(dāng)移動(dòng)荷載12經(jīng)公路路基10后，產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)首先與比較電 路7比較，由比較電路輸出一個(gè)觸發(fā)電平提供給振動(dòng)檢測(cè)處理電路3的一個(gè)I/0口，此電平將 觸發(fā)振動(dòng)檢測(cè)處理電路3，軟件使振動(dòng)檢測(cè)處理電路3從休眠中換醒，開(kāi)始采集振動(dòng)信號(hào)，一 直到比較電路7的輸出信號(hào)為低電平；當(dāng)沒(méi)有移動(dòng)荷載經(jīng)公路路基時(shí)，程序使EM78P458處在 休眠狀態(tài)，以利于整體功耗控制。供給EM78P458的是3.6V電壓，電池l容量在幾個(gè)安培?？杀?證固定在路基下的公路路基在移動(dòng)載荷作用下振動(dòng)頻率傳感測(cè)量能在較長(zhǎng)時(shí)間工作。 一般設(shè) 計(jì)為10年。
溫度傳感器5連接在EM78P458的一個(gè)A/D接口上，可在對(duì)路基、路面的密實(shí)度檢測(cè)或振動(dòng)
檢測(cè)量提供參考信號(hào)。
無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路2采用NFR401，其最高發(fā)送速率為20K/S。 NFR401具有單發(fā)單收功能。 移動(dòng)載荷分析單元6包括移動(dòng)載荷和分析單元，移動(dòng)載荷選用容易與路基、路面產(chǎn)生共
振的車(chē)輛，其重量和發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)決定著固有的振動(dòng)頻率。它與標(biāo)準(zhǔn)路基、路面固有振動(dòng)頻
率相近。
振動(dòng)傳感器4有多種實(shí)施方式，它們有著非常相同的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，它包括座體a、 上殼b、活塞桿c、活塞d、硅橡膠密封圈e、光電反射接收電路f、液體g和活塞腔h?；钊籬 底面與平板式座體a通過(guò)螺絲連接為一體?；钊麠Uc和上殼b的殼內(nèi)頂面固定為一體；活塞d伸 進(jìn)活塞腔h內(nèi)，活塞腔h開(kāi)口向外伸出，上殼b下開(kāi)口向內(nèi)伸進(jìn)，活塞腔h的向外伸出部位與上 殼b向內(nèi)伸進(jìn)部位形成倒掛結(jié)構(gòu)，之間由硅橡膠密封圈e密封。
活塞腔h內(nèi)有不易渾發(fā)的液體g，液體g表面有漂浮體l，漂浮體l上有光電反射接收電路f
當(dāng)有移動(dòng)載荷通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)波作用在座體a上，通過(guò)座體a進(jìn)一步作用在活塞腔h 底面，使活塞腔h內(nèi)有不易渾發(fā)的液體g波動(dòng)，波動(dòng)會(huì)使漂浮體l隨之波動(dòng)，上面的光電反射 接收電路f接收的反射光會(huì)隨之變化，這種變化與振動(dòng)波是一致的。因此通過(guò)檢測(cè)這種反射 光的變化就能測(cè)量出移動(dòng)載荷作用在路基路面的振動(dòng)，最終通過(guò)傅立葉變換得到振動(dòng)頻譜分 布。
由于活塞腔h內(nèi)有不易渾發(fā)的液體g，液體g具有隨動(dòng)性好的特點(diǎn)，因此通過(guò)測(cè)量液體g的波動(dòng)得到移動(dòng)載荷作用在路基路面的振動(dòng)信號(hào)具有動(dòng)態(tài)性好的特點(diǎn)。但存在的的問(wèn)題當(dāng)然是 液體g的渾發(fā)。影響使用時(shí)間。
為此， 一種變化的方案如圖4所示，將不易渾發(fā)的液體g改為硅橡膠n，硅橡膠n表面作為 漂浮體L。同樣，在其上有有光電反射接收電路f。當(dāng)有移動(dòng)載荷通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)波作用 在座體a上，通過(guò)座體a進(jìn)一步作用在活塞腔h底面，使活塞腔h內(nèi)硅橡膠n振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)使漂 浮體l隨之波動(dòng)，上面的光電反射接收電路f接收的反射光會(huì)隨之變化，這種變化與振動(dòng)波是 一致的。
變化的第三種方案如圖5所示，硅橡膠n上有壓電薄膜m，當(dāng)有移動(dòng)載荷通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的 振動(dòng)波作用在座體a上，通過(guò)座體a進(jìn)一步作用在活塞腔h底面，使活塞腔h內(nèi)硅橡膠n振動(dòng)， 振動(dòng)會(huì)使壓電薄膜m隨之波動(dòng)，壓電薄膜m產(chǎn)生壓電信號(hào)，壓電信號(hào)與振動(dòng)波是一致的。
權(quán)利要求
1.基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是它包括植于路基路面的檢測(cè)裝置和移動(dòng)載荷分析單元，路基路面的檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)路基路面的振動(dòng)信息，并將檢測(cè)的路基路面的振動(dòng)信息通過(guò)一無(wú)線(xiàn)發(fā)射單元發(fā)送到和移動(dòng)載荷分析單元；移動(dòng)載荷分析單元，用于向路基路面施加可控頻率的振動(dòng)力，用于通過(guò)無(wú)線(xiàn)接收單元接收路基路面的檢測(cè)裝置發(fā)出的振動(dòng)檢測(cè)信息；用于對(duì)接收的振動(dòng)檢測(cè)信息進(jìn)行頻頻分析；用于與存貯單元存貯的基準(zhǔn)頻譜進(jìn)行比較，給出植于路基路面的檢測(cè)裝置所在位置路面質(zhì)量的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng) ，其特征是所述的路基路面的檢測(cè)裝置包括電池(1)、無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路(2)、振動(dòng)檢測(cè)處 理電路(3)、振動(dòng)傳感器(4)，振動(dòng)傳感器(4)與振動(dòng)檢測(cè)處理電路(3)電連接，在振 動(dòng)檢測(cè)處理電路(3)的一個(gè)輸出口與無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路(2)電連接；振動(dòng)檢測(cè)處理電路(3) 、振動(dòng)傳感器(4)和溫度傳感器(5)分別與電池(1)的兩個(gè)電極電連接；電池(1)、無(wú) 線(xiàn)發(fā)射電路(2)、振動(dòng)檢測(cè)處理電路(3)、振動(dòng)傳感器(4)和溫度傳感器(5)固定在密 閉的殼體(9)內(nèi)，殼體(9)固定在公路路基(10)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng) ，其特征是所述的振動(dòng)傳感器(4)包括密封基座、基座內(nèi)有液體介質(zhì)，在液體介質(zhì)上有 隨介質(zhì)波動(dòng)而隨動(dòng)的漂浮體，漂浮體上至少有一對(duì)由發(fā)光管和光電管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè) 電路，發(fā)光管和光電管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè)電路固定在密封基座相隔的另一個(gè)殼體(9) 內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng) ，其特征是所述的振動(dòng)傳感器(4)包括密封基座、基座內(nèi)有硅橡膠介質(zhì)，在硅橡膠介質(zhì) 上有反射目標(biāo)體，反射目標(biāo)體上至少有一對(duì)由發(fā)光管和光電管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè)電路， 發(fā)光管和光電管構(gòu)成的反射式光電檢測(cè)電路固定在密封基座相隔的另一個(gè)殼體(9)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的基準(zhǔn)頻譜是由植于標(biāo)準(zhǔn)路基路面的檢測(cè)裝置根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷所得到 的振動(dòng)檢測(cè)信息再由移動(dòng)載荷分析單元頻譜分析得到的頻譜。
6 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng) ，其特征是所述的標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)載荷是距路基路面的檢測(cè)裝置一定距開(kāi)始行駛的確知的車(chē)輛 重量、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、車(chē)輛行駛速度的車(chē)輛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種路基路面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，特別是基于振動(dòng)頻譜分析的高速公路路基檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是它包括植于路基路面的檢測(cè)裝置和移動(dòng)載荷分析單元，路基路面的檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)路基路面的振動(dòng)信息，并將檢測(cè)的路基路面的振動(dòng)信息通過(guò)一無(wú)線(xiàn)發(fā)射單元發(fā)送到和移動(dòng)載荷分析單元；移動(dòng)載荷分析單元，用于向路基路面施加可控頻率的振動(dòng)力，用于通過(guò)無(wú)線(xiàn)接收單元接收路基路面的檢測(cè)裝置發(fā)出的振動(dòng)檢測(cè)信息；用于對(duì)接收的振動(dòng)檢測(cè)信息進(jìn)行頻頻分析；用于與存貯單元存貯的基準(zhǔn)頻譜進(jìn)行比較，給出植于路基路面的檢測(cè)裝置所在位置路面質(zhì)量的信息。它以便適合不同結(jié)構(gòu)的路基路面質(zhì)量檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01H9/00GK101672825SQ200910308318
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者劉珉愷, 段連琪 申請(qǐng)人:西安信唯信息科技有限公司