一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料

本发明涉及建筑材料，尤其是涉及一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料。

背景技术：

1、沥青路面是我国道路工程的主要铺面形式，重载交通作用下路面性能下降迅速，结构容易破坏，导致沥青路面健康监测与养护需求巨大。因此，路面健康监测在路面管理系统中起着关键作用，能够尽早发现路面病害，为公路精细化养护提供精准的数据，从而延长道路的使用寿命，避免道路管养不善引起的交通安全隐患。目前，有很多沥青路面结构局部损伤检测方法，如埋置有线传感器、超声法，钻芯取样法、声发射法、局部开挖等，这些检测方法的不足之处在于：（1）设备笨重，成本高，需要外部电源、激励器等相关配套设备；（2）检测时效性差，无法监测沥青路面结构损伤过程。（3）数据传递不及时，需要人工到现场进行实地信息采集。

2、目前，埋入式沥青路面结构损伤诊断传感元件主要由压电陶瓷片和外保护层组成，均为有线传感器，需要外部供电，使用过程中要利用多个压电智能骨料相互配合，不易于在土木工程中大量推广。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其解决了现有沥青路面结构损伤监测传感器在安装部署的方便性、监测过程的可靠性、数据需有线传输、必须安装电源和配套设备的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

3、本发明提供一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，包括外壳，设置在所述外壳表面的压电陶瓷片，以及设置在所述外壳内部的电能收集模块、锂电池、物联网模块、gps模块、升压模块、充放电电容、单片机模块、信号采集模块和陀螺仪模块；所述压电陶瓷片与所述电能收集模块连接，所述电能收集模块与所述锂电池连接；所述锂电池与所述单片机模块连接，所述单片机模块与所述升压模块连接，所述升压模块与所述充放电电容连接；所述充放电电容与所述压电陶瓷片连接；所述压电陶瓷片与所述信号采集模块连接，所述信号采集模块与所述单片机模块连接；所述单片机模块与所述陀螺仪模块连接；所述单片机模块与所述gps模块连接；所述单片机模块与所述物联网模块连接。

4、进一步地，所述压电陶瓷片外周设置有环氧树脂保护层。

5、进一步地，所述外壳为3d打印高强度塑料外壳，所述外壳上设有预留孔，用于向所述外壳内灌装环氧树脂。

6、进一步地，所述外壳为真实石子形状，所述外壳的上部设有圆柱体内凹结构，用于固定压电陶瓷片。

7、进一步地，所述圆柱体内凹结构的内凹直径为10-30mm，所述圆柱体内凹结构的内凹深度为1-5mm。

8、进一步地，所述外壳外尺寸长为25~35mm，宽为25~35mm，高为25~35mm，壁厚为1~3mm。

9、进一步地，所述压电陶瓷片的横截面为圆形，且所述压电陶瓷片的直径为10-30mm。

10、本发明提供了一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，与现有技术相比，本发明的有益效果为：

11、1、本发明体积小，强度高，安装方便，所采用的3d打印高强度塑料外壳形状与真实骨料接近，与沥青混凝土材料相容性好，将其埋入沥青路面中，不改变测量位置处的应力分布。

12、2、本发明可以定向发射超声波，解决了传统压电智能骨料向四周发射超声波，监测范围宽泛，接收的监测数据混杂的缺陷。

13、3、本发明具备自供电能力，可以远程采集数据，带有gps定位功能，内置陀螺仪可监测沥青路面结构的内部变形，单个压电智能骨料即可实现沥青路面结构内部损伤全过程监测，应用场景广泛。

14、4、本发明构造简单，成本低廉，内部系统高度集成，性能稳定，易于工厂化批量生产，适用于沥青路面结构中的广泛应用。

技术特征：

1.一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其特征在于，包括外壳(1)，设置在所述外壳(1)表面的压电陶瓷片(2)，以及设置在所述外壳(1)内部的电能收集模块(4)、锂电池(5)、物联网模块(6)、gps模块（7）、升压模块(8)、充放电电容(9)、单片机模块(10)、信号采集模块(11)和陀螺仪模块(12)；所述压电陶瓷片(2)与所述电能收集模块(4)连接，所述电能收集模块(4)与所述锂电池(5)连接；所述锂电池(5)与所述单片机模块(10)连接，所述单片机模块(10)与所述升压模块(8)连接，所述升压模块(8)与所述充放电电容(9)连接；所述充放电电容(9)与所述压电陶瓷片(2)连接；所述压电陶瓷片(2)与所述信号采集模块(11)连接，所述信号采集模块(11)与所述单片机模块(10)连接；所述单片机模块(10)与所述陀螺仪模块(12)连接；所述单片机模块(10)与所述gps模块(7)连接；所述单片机模块(10)与所述物联网模块(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)外周设置有环氧树脂保护层(3)。

3.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其特征在于，所述外壳(1)为3d打印高强度塑料外壳(1)，所述外壳(1)上设有预留孔(13)，用于向所述外壳(1)内灌装环氧树脂。

4.根据权利要求3所述的一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其特征在于，所述外壳(1)为真实石子形状，所述外壳(1)的上部设有圆柱体内凹结构，用于固定压电陶瓷片(2)。

5.根据权利要求4所述的一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其特征在于，所述圆柱体内凹结构的内凹直径为10-30mm，所述圆柱体内凹结构的内凹深度为1-5mm。

6.根据权利要求4所述的一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其特征在于，所述外壳(1)外尺寸长为25~35mm，宽为25~35mm，高为25~35mm，壁厚为1~3mm。

7.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)的横截面为圆形，且所述压电陶瓷片(2)的直径为10-30mm。

技术总结
本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种用于沥青路面结构监测的自供电埋入式压电智能骨料。包括外壳，设置在外壳表面的压电陶瓷片，设置在外壳内部的电能收集模块、锂电池、物联网模块、升压模块、充放电电容、单片机模块、信号采集模块、GPS模块和陀螺仪模块；压电陶瓷片与电能收集模块连接，电能收集模块与锂电池连接；锂电池与单片机模块连接，单片机模块与升压模块连接，升压模块与充放电电容连接；充放电电容与压电陶瓷片连接；压电陶瓷片与信号采集模块连接，信号采集模块与单片机模块连接；单片机模块与陀螺仪模块连接；单片机模块与GPS模块连接；单片机模块与物联网模块连接。本发明具有沥青路面内部健康超声监测和路面车辙变形监测功能。

技术研发人员：唐宁,郭胜豪,刘凯,杜文杰,聂楠,符聃,王晴,潘文浩
受保护的技术使用者：沈阳建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12