专利名称：基于振动频谱分析的高速公路路基检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种路基路面质量检测技术，特别是基于振动频谱分析的高速公 路路基检测装置。
背景技术：
路基路面检测实际上是路基、路面压实质量的检测，路基、路面压实质量是道路工 程施工质量管理最重要的内在指标之一，只有对路基、路面结构层进行充分压实，才能保证 路基、路面的强度、刚度及路面的平整度，并可以保证及延长路基、路面工程的使用寿命。路面压实质量的检测现有的一种方法是灌砂法，灌砂法利用均勻颗粒的砂去置换 试洞的体积，它是当前最通用的方法，很多工程都把灌砂法列为现场测定密度的主要方法。 该方法可用于测试各种土或路面材料的密度，它的缺点是需要携带较多量的砂，而且称量 次数较多，因此它的测试速度较慢。路面压实质量的检测现有的另一种方法是环刀法，环刀法是测量现场密度的传统 方法。国内习惯采用的环刀容积通常为200cm3，环刀高度通常约5cm。用环刀法测得的密 度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度，它不能代表整个碾压层的平均密度。由于碾 压土层的密度一般是从上到下减小的，若环刀取在碾压层的上部，则得到的数值往往偏大， 若环刀取的是碾压层的底部，则所得的数值将明显偏小，就检查路基土和路面结构层的压 实度而言，我们需要的是整个碾压层的平均压实度，而不是碾压层中某一部分的压实度，因 此，在用环刀法测定土的密度时，应使所得密度能代表整个碾压层的平均密度。然而，这在 实际检测中是比较困难的；只有使环刀所取的土恰好是碾压层中间的土，环刀法所得的结 果才可能与灌砂法的结果大致相同。另外，环刀法适用面较窄，对于含有粒料的稳定土及松 散性材料无法使用。然而，通过检测路面压实度达到检测路基路面质量，这在有些情况下并不能说明 问题，如吸水性路基路面压实度与普通高等级公路的路基路面压实度并不相同，后者由于 材料的改变，其性能是非常好的，但它首先应具务突出的吸水性，而如果用路面压实度作为 标准，则很难达到普通高等级公路的路基路面压实度。
发明内容本实用新型的目的是提供一种基于振动频谱分析的高速公路路基检测装置，以便 适合不同结构的路基路面质量检测。本实用新型的的技术方案是这样实现的，基于振动频谱分析的高速公路路基检测 装置，其特征是它包括植于路基路面检测装置和移动载荷分析单元，路基路面检测装置和 移动载荷分析单元无线电连接。所述的路基路面的检测装置包括电池、无线发射电路、振动检测处理电路、振动传 感器，振动传感器与振动检测处理电路电连接，在振动检测处理电路的一个输出口与无线 发射电路电连接；振动检测处理电路、振动传感器和温度传感器分别与电池的两个电极电连接；电池、无线发射电路、振动检测处理电路、振动传感器和温度传感器固定在密闭的壳 体内，壳体固定在路基、路面内。所述的振动传感器包括密封基座、基座内有液体介质，在液体介质上有随介质波 动而随动的漂浮体，漂浮体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测电路， 发光管和光电管构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体内。所述的振动传感器包括密封基座、基座内有硅橡胶介质，在硅橡胶介质上有反射 目标体，反射目标体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测电路，发光管 和光电管构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体内。所述的基准频谱是由植于标准路基路面的检测装置根据标准的移动载荷所得到 的振动检测信息再由移动载荷分析单元频谱分析得到的频谱。所述的标准的移动载荷是距路基路面的检测装置一定距开始行驶的确知的车辆 重量、发动机型号、车辆行驶速度的车辆。本实用新型的特点是由于本实用新型首先通过在标准路基内放置路基路面的检 测装置，运用标准的移动载荷(确知的车辆重量、发动机型号、车辆行驶速度)从一定距离通 过标准路基内放置路基路面的检测装置建立起一个基准频谱，然后再通过标准的移动载荷 经过未知路基路面，此路基路面下植有标准路基路面下的路基路面的检测装置，通过测量 标准的移动载荷通过时，路基路面的检测装置得到的振动信号进行频谱分析，如与标准的 频谱相一致测说明路基路同质量是可以的，否则则有质量问题。这种检测手法与背景技术 给出的方法有本质的区别，一随时随地可以检测，检测速度快。容易建立强大的分析系统为 路基路面的质量改造提供手段。
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。图1是本实用新型实施例的原理图；图2是振动检测处理电路图；图3是振动传感器结构示意图。图中1、电池；2、无线发射电路；3、振动检测处理电路；4、振动传感器；5、温度传 感器；6、移动载荷分析单元；7、比较电路；8、电子开关；9、路基路面检测装置；10、路基、路
具体实施方式如图1所示，基于振动频谱分析的高速公路路基检测装置，它包括植于路基、路面 10的路基路面检测装置9和路基路面上移动的移动载荷分析单元6，首先在标准路基内放 置路基路面检测装置，由标准的移动载荷(确知的车辆重量、发动机型号、车辆行驶速度)从 一定距离开始以标准的速度通过路基路面，此时，移动载荷作用在路基路面的振动波进入 路基路面检测装置，其内的振动传感器接收到振动波后将其振动波电信号传给处理单元， 处理单元再由无线发射单元发送给移动载荷内的分析单元进行频谱分析处理，这样，由标 准的移动载荷作用在标准的路基路面上产生的振动频谱信号作为一种标准信号存贮在其 存贮器内。[0020]标准的路基路面是按照高速公路路基路面标准和严格施工工艺的路基路面。包括 浙青碎石下封层、浙青碎石上封层和浙青碎石中封层。由于其结构固定、工艺标准，因此当 与其配合的移动载荷通过时，其移动载荷产生的振动波具有一定的规律性。因而以相同的 设计要求和工艺施工的路基路面，在以同样的移动载荷和同样的速度作用在其路基路面上 时，其产生振动波应是相同或一致的。高速公路路基路面检测装置包括电池1、无线发射电路2、振动检测处理电路3、振 动传感器4和温度传感器5，振动检测处理电路3是EM78P458单片机，振动传感器4和温度 传感器5分别与EM78P458的A/D接口电连接，EM78P458的一个输出口与无线发射电路2电 连接，EM78P458、振动传感器4和温度传感器5分别与电池1的两个电极电连接，电池1采 用2A /3. 6V电池供电，电池1、无线发射电路2、振动检测处理电路3、振动传感器4和温度 传感器5固定在密闭的壳体内，壳体固定在路基、路面10内，移动载荷经路基、路面10后， 固定在路基、路面10内的振动传感器4将有输出信号，输出信号经放大后与EM78P458 —个 A/D接口连接，振动检测处理电路3经A/D转换后，振动检测处理电路3装载的软件将振动 传感器4输出的模拟信号转换成数字量，并对其进行处理，通过无线发射电路2发送到移动 载荷分析单元6，再由移动载荷分析单元的计算机进行最后分析。振动传感器4输出的模拟信号经过一个比较电路7 (LM393)进入放大器，比较电 路7的输出与EM78P458 —个管脚连接；当移动荷载12经公路、路基10后，产生的振动信号 首先与比较电路7比较，由比较电路输出一个触发电平提供给振动检测处理电路3的一个 I/O 口，此电平将触发振动检测处理电路3，软件使振动检测处理电路3从休眠中换醒，开始 采集振动信号，一直到比较电路7的输出信号为低电平；当没有移动荷载经公路路基时，程 序使EM78P458处在休眠状态，以利于整体功耗控制。供给EM78P458的是3. 6V电压，电池 1容量在几个安培。可保证固定在路基下的公路路基在移动载荷作用下振动频率传感测量 能在较长时间工作。一般设计为10年。温度传感器5连接在EM78P458的一个A/D接口上，可在对路基、路面的密实度检 测或振动检测量提供参考信号。无线发射电路2采用NFR401，其最高发送速率为20K/S。NFR401具有单发单收功 能。移动载荷分析单元6包括移动载荷和分析单元，移动载荷选用容易与路基、路面 产生共振的车辆，其重量和发动机的型号决定着固有的振动频率。它与标准路基、路面固有 振动频率相近。振动传感器4有多种实施方式，它们有着非常相同的结构。如图3所示，它包括座 体a、上壳b、活塞杆C、活塞d、硅橡胶密封圈e、光电反射接收电路f、液体g和活塞腔h。活 塞腔h底面与平板式座体a通过螺丝连接为一体。活塞杆c和上壳b的壳内顶面固定为一 体；活塞d伸进活塞腔h内，活塞腔h开口向外伸出，上壳b下开口向内伸进，活塞腔h的向 外伸出部位与上壳b向内伸进部位形成倒挂结构，之间由硅橡胶密封圈e密封。活塞腔h内有不易浑发的液体g，液体g表面有漂浮体1，漂浮体1上有光电反射 接收电路f。当有移动载荷通过时，产生的振动波作用在座体a上，通过座体a进一步作用在活 塞腔h底面，使活塞腔h内有不易浑发的液体g波动，波动会使漂浮体1随之波动，上面的光电反射接收电路f接收的反射光会随之变化，这种变化与振动波是一致的。因此通过检 测这种反射光的变化就能测量出移动载荷作用在路基路面的振动，最终通过傅立叶变换得 到振动频谱分布。由于活塞腔h内有不易浑发的液体g，液体g具有随动性好的特点，因此通过测量 液体g的波动得到移动载荷作用在路基路面的振动信号具有动态性好的特点。但存在的的 问题当然是液体g的浑发。影响使用时间。为此，一种变化的方案如图4所示，将不易浑发的液体g改为硅橡胶n，硅橡胶η表 面作为漂浮体L。同样，在其上有有光电反射接收电路f。当有移动载荷通过时，产生的振动 波作用在座体a上，通过座体a进一步作用在活塞腔h底面，使活塞腔h内硅橡胶η振动， 振动会使漂浮体1随之波动，上面的光电反射接收电路f接收的反射光会随之变化，这种变 化与振动波是一致的。变化的第三种方案如图5所示，硅橡胶η上有压电薄膜m，当有移动载荷通过时， 产生的振动波作用在座体a上，通过座体a进一步作用在活塞腔h底面，使活塞腔h内硅橡 胶η振动，振动会使压电薄膜m随之波动，压电薄膜m产生压电信号，压电信号与振动波是 一致的。
权利要求基于振动频谱分析的高速公路路基检测装置，其特征是它包括植于路基路面检测装置和移动载荷分析单元，路基路面检测装置和移动载荷分析单元无线电连接。
2.根据权利要求1所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测装置，其特征是所 述的路基路面检测装置包括电池(1)、无线发射电路(2)、振动检测处理电路(3)、振动传感 器(4)，振动传感器(4)与振动检测处理电路(3)电连接，在振动检测处理电路(3)的一个输 出口与无线发射电路(2)电连接；振动检测处理电路(3)、振动传感器(4)和温度传感器(5) 分别与电池(1)的两个电极电连接；电池(1)、无线发射电路(2)、振动检测处理电路(3)、振 动传感器(4)和温度传感器(5)固定在密闭的壳体内，壳体固定在路基、路面(10)内。
3.根据权利要求2所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测装置，其特征是所 述的振动传感器(4)包括密封基座、基座内有液体介质，在液体介质上有随介质波动而随动 的漂浮体，漂浮体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测电路，发光管和 光电管构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体内。
4.根据权利要求2所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测装置，其特征是所 述的振动传感器(4)包括密封基座、基座内有硅橡胶介质，在硅橡胶介质上有反射目标体， 反射目标体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测电路，发光管和光电管 构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体内。
专利摘要本实用新型涉及一种检测技术，特别是公路及隧道的高速公路路基路面检测装置，其特征是它至少包括电池、无线发射电路、振动检测处理电路、振动传感器、温度传感器和位移量传感器，振动传感器、温度传感器和位移量传感器分别与振动检测处理电路电连接，在振动检测处理电路的一个输出口与无线发射电路电连接；振动检测处理电路、振动传感器、温度传感器和位移量传感器分别与电池的两个电极电连接；电池、无线发射电路、振动检测处理电路、振动传感器、温度传感器和位移量传感器固定在密闭的壳体内。它通过在路基内放置振动检测装置，运用移动载荷通过振动检测装置时对路基产生的振动频率来分析路基的压实度，具有方便、快速的特点。
文档编号G01N29/12GK201653990SQ20092031259
公开日2010年11月24日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者刘珉恺, 段连琪 申请人:西安信唯信息科技有限公司