CN101464249B - 沥青路面层间抗拉强度检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青路面层间抗拉强度检测仪，包括机架、驱动电机、夹紧机构、位于夹紧机构上方且由驱动电机通过传动件向上拉拔被检测件的拉拔机构及对作用在被检测件上的拉拔力进行实时检测的力传感器，还包括对力传感器所检测信号进行分析处理并根据处理结果相应对驱动电机进行控制的数据采集及控制系统，以及与数据采集及控制系统相接的上位机；力传感器接数据采集及控制系统，驱动电机为步进电机，数据采集及控制系统为MSP430单片机且其与上位机之间通过USB接口进行双向通信。本发明机械结构合理、体积小、重量轻且自动化程度高、使用操作简便，能有效对被检测件进行实时监测和控制且测试精度大大提高。

Description

沥青路面层间抗拉强度检测仪

技术领域

本发明涉及一种抗拉强度检测装置，尤其是涉及一种沥青路面层间抗拉强度检测仪。

背景技术

根据沥青路面的施工特点，首先施工完成碎石层，接着再在所形成碎石层上撒乳化沥青后铺设沥青基层，之后在所铺设沥青基层上撒乳化沥青后铺设沥青面层，因此，在碎石层与沥青基层之间便会形成游历粘结层，并且在沥青基层与沥青面层之间也会形成面层粘结层。据资料统计分析，上述两个粘结层对路面的使用性能影响很大。因此，控制施工过程中粘结层的施工质量具有重要的意义。实践中，评定粘结层质量的指标大多采用的是粘结层的抗剪强度、粘结强度和抗拉强度。

对沥青路面层间抗拉强度进行检测的抗拉强度检测仪，主要由机械机构以及与该机械结构配套使用的数据采集和分析系统组成，但现有检测仪的机械部分没有夹持被检测件的夹紧机构，而是将一个拉盘通过环氧树脂粘在被测试件上表面，这样不仅时间很长，而且受室外环境温度影响很大，另外，每做完一个试样，要将拉盘与试样分离及清理拉盘表面残留物也相当费工费时，使用很不方便，且不具备室内、室外均能试验两种功能，其数据采集和分析系统也不同程度地存在测试精度较低且自动化程度不高等不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种沥青路面层间抗拉强度检测仪，其机械结构合理、体积小、重量轻且自动化程度高、使用操作简便，能有效对被检测件进行实时监测和控制且测试精度大大提高，同时在室内室外均能进行试验。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种沥青路面层间抗拉强度检测仪，包括机架、驱动电机、固定在机架内侧底部的用于夹持被检测件的夹紧机构、位于所述夹紧机构上方且由驱动电机通过传动件向上拉拔被检测件的拉拔机构以及对作用在被检测件上的拉拔力进行实时检测的力传感器，其特征在于：还包括对力传感器所检测信号进行分析处理并根据处理结果相应对驱动电机进行控制的数据采集及控制系统，以及与所述数据采集及控制系统相接的上位机；力传感器接所述数据采集及控制系统，所述驱动电机为步进电机，所述数据采集及控制系统为MSP430单片机且其与所述上位机之间通过USB接口进行双向通信。

所述MSP430单片机为MSP430F14x系列单片机。

所述MSP430单片机为单片机MSP430F149。

所述传动件包括由步进电机进行驱动的蜗轮蜗杆以及与所述蜗轮蜗杆通过螺纹进行连接的竖向螺杆组成；力传感器安装在螺杆与所述拉拔机构之间；所述拉拔机构由固定在力传感器下方的竖向拉杆和对被检测件进行拉拔的拉拔卡盘，拉拔卡盘固定在拉杆下方。

还包括固定在所述机架内侧上部且对螺杆上端部位置进行实时检测的限位开关，所述限位开关接所述数据采集及控制系统。

所述机架由位于底部的下底座以及从下至上依次安装在下底座上的上底座、中机架、隔板和顶盖；所述步进电机通过同步带驱动蜗杆动作，螺杆对应从上至下依次套装在隔板、蜗轮和中机架内部中部，螺杆与隔板和中机架之间均通过止推轴承进行连接；竖向拉杆和拉拔卡盘均位于上底座内部。

所述拉拔卡盘与拉杆之间通过联结螺母进行连接。

所述夹紧装置为从四周对被检测件进行夹紧的夹片。

所述夹片的数量为三个且三个夹片呈均匀布设。

还包括对所述被测试试样位移进行实时检测的位移传感器，所述位移传感器接所述数据采集及控制系统；所述传动件上设置有回零机构。

本发明与现有技术相比具有以下优点，1、主要由机械机构以及与该机械结构配套使用的数据采集和分析系统组成，其机械结构简单合理且各部分连接紧凑，主要存在以下优点：①结构简单，主要采用传递力矩大的蜗轮蜗杆传动副和丝杠螺母传动副。②重量轻，上部箱体采用铝合金制造，下部受力部分采用成型钢材制造；仪器总重量小于15千克，携带和搬运方便。③拉拔卡盘采用独特式的三卡片结构，容易卡紧试样不易脱落和滑移，越拉越紧，同时安装和拆卸方便，能够快速完成沥青路面层间抗拉强度检测。④安装了室内底座，可以完成实验室内部的试验，实现了检测仪在现场和室内都能完成试验的功能要求。2、数据采集和分析系统具体采用MSP430单片机，它是一种16位超低功耗的混合信号处理器(MixedSignel Processor)，其将许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案，其主要特点有：①超低功耗，MSP430系列单片机堪称目前世界上功耗最低的单片机，其应用系统可以做到用一枚电池使用10年；②强大的处理能力，MSP430系列单片机是16位单片机，采用了精简指令集(RISC)结构；③高性能模拟技术及丰富的片上外围模块；④系统工作稳定，MSP430单片机均为工业级器件，运行环境温度-40～85℃，运行稳定且可靠性高；⑤方便且高效的开发环境，目前应用较为广泛的是FLASH型，器件内部有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，可以通过JTAG接口将程序下载到FLASH内，同时也可以JTAG接口控制程序运行、读取片内CPU状态，整个开发过程可在同一个软件集成环境中进行。3、数据采集和分析系统与上位机之间通过USB接口进行双向通信，总之，本发明能够实现对拉拔力与位移等各种数据进行实时地采集分析与处理，其数据检测部分主要利用USB软、硬接口技术，实现了计算机即上位机的实时检测和控制功能，同时开发相应的计算机应用程序，实现了测试仪的自动化程度；另外，本发明不仅能够应用于施工现场实时检测，而且还可以应用于实验室室内试验，不仅能够完成采集数据而且还具备实时显示的功能，可以看到拉拔强度随位移变化的曲线，提高了测试的精度和自动化程度。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明数据采集及控制系统的电路原理图。

附图标记说明：

1-下底座；      2-夹片；     3-上底座；

4-拉拔卡盘；    5-联结螺母； 6-拉杆；

7-力传感器；    8-螺杆；     9-步进电机；

10-带轮；       11-顶盖；    12-提手；

13-限位开关；   14-隔板；    15-止推轴承；

16-蜗轮；       17-蜗杆；    18-内六角圆柱头螺栓；

19-同步带；     20-中机架。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括机架、驱动电机、固定在机架内侧底部的用于夹持被检测件的夹紧机构、位于所述夹紧机构上方且由驱动电机通过传动件向上拉拔被检测件的拉拔机构、对作用在被检测件上的拉拔力进行实时检测的力传感器7以及对所述被测试试样位移进行实时检测的位移传感器，还包括对力传感器7所检测信号进行分析处理并根据处理结果相应对驱动电机进行控制的数据采集及控制系统，以及与所述数据采集及控制系统相接的上位机；力传感器7与所述位移传感器均接所述数据采集及控制系统，所述驱动电机为步进电机9，所述数据采集及控制系统为MSP430单片机且其与所述上位机之间通过USB接口进行双向通信。所述MSP430单片机为MSP430F14x系列单片机。本实施例中，所述MSP430单片机为单片机MSP430F149。

所述传动件包括由步进电机9进行驱动的蜗轮蜗杆以及与所述蜗轮蜗杆通过螺纹进行连接的竖向螺杆8；力传感器7安装在螺杆8与所述拉拔机构之间；所述拉拔机构由固定在力传感器7下方的竖向拉杆6和对被检测件进行拉拔的拉拔卡盘4组成，拉拔卡盘4固定在拉杆6下方。另外，本发明还包括固定在所述机架内侧上部且对螺杆8上端部位置进行实时检测的限位开关13，所述限位开关13接所述数据采集及控制系统。

本实施例中，所述机架由位于底部的下底座1以及从下至上依次安装在下底座1上的上底座3、中机架20、隔板14和顶盖11；所述步进电机9通过同步带19驱动蜗杆17动作，螺杆8对应从上至下依次套装在隔板14、蜗轮16和中机架20内部中部，螺杆8与隔板14和中机架20之间均通过止推轴承15进行连接；竖向拉杆6和拉拔卡盘4均位于上底座3内部。所述中机架20通过内六角圆柱头螺栓18安装在上底座3上方，并且顶盖11的上方中部安装有提手12，所述步进电机9上安装有带轮10。所述拉拔卡盘4与拉杆6之间通过联结螺母5进行连接。

所述夹紧装置为从四周对被检测件进行夹紧的夹片2。本实施例中，所述夹片2的数量为三个且三个夹片2呈均匀布设。

结合图2，所述单片机MSP430F149通过USB接口与上位机进行通信，所述USB接口芯片为芯片D12，单片机MSP430F149的P5.0、P5.1、P5.2、P5.3、P5.4/MCLK、P5.5/SMCLK、P5.6/ACLK与P5.7/TboutH八个数据输出端分别对应与芯片D12的D0-D7八个数据输入端相接；单片机MSP430F149的P1.5/TA0、P1.6/TA1和P1.7/TA2三个管脚分别与芯片D12的RD、WR和A0三个管脚相接；单片机MSP430F149的P1.3/TA2管脚经电阻R4后接芯片D12的SUSPEND管脚；单片机MSP430F149的P1.4/SMCLK管脚与芯片D12的INT管脚相接。芯片D12的SMCLK和INT管脚分别经电阻R3和R2后接电源端；芯片D12GND、ALE和CS管脚均接地且其Vout 3.3、VCC、RESET和DMACK管脚均接电源端。芯片D12的D+管脚经电阻R5和R8后以及其D-管脚经电阻R10和R9后均接地且D+和D-管脚分别经电阻R5和R10后接芯片J1的第3和第2管脚，所述芯片J1的第4管脚接地。芯片D12的XTAL2和XTAL1管脚接晶振Y3且二者分别经电容C7和C6后接地，芯片D12的EOT管脚经电阻R6后接电源端且其经电阻R7后接地，芯片D12的GL管脚经发光二极管LED1和电阻R20后与电源端相接。

本发明的工作过程是：首先将被测试试样即被检测件通过夹片2即卡头紧紧抓紧并固定在下底座1的底部中部，并使得拉拔卡盘4与被测试试样对准，以减小误差；并且试验过程中，整个仪器应该尽量保持水平，不能晃动。同时，在对被测试试样进行装夹时，应保证一定的预紧力，以防止在拉拔的过程中被测试试样脱落。然后，对整个系统进行上电；由步进电机9通过同步带19驱动蜗杆涡轮机构旋转，从而带动螺杆8、拉杆6、联结螺母5、拉拔卡盘4等实现拉拔功能；在拉拔过程中，安装在螺杆8与所述拉拔机构之间的力传感器7实时对所述拉拔机构作用在被检测件上的拉拔力进行检测，并且所述位移传感器也实时对被测试试样的位移进行检测，同时力传感器7和位移传感器同步将其所检测数据传输至单片机MSP430F149进行分析处理得出拉拔强度数据，单片机MSP430F149同步将其处理结果通过USB接口具体是D12芯片传送至上位机，由上位机相应实时显示不同拉拔速度和数据采集频率下的拉拔力波形图即拉拔力变化曲线(拉拔力随剪切时间变化)。其中，被检测试样拉拔强度的计算公式如下： $\mathrm{\σ}=\frac{F_{\max }}{A},$ 式中：σ——拉拔强度；F_max——最大拉拔力；A——被检测试样截面积。上位机的主要作用是：将单片机MSP430F149所输入的拉拔过程中所采集的数据进行解封装、实时波形显示、对整个数据采集系统开始、停止进行控制，同时还设置一些相应的控制参数以及最终的数据分析处理工作。

实际应用过程中，在单片机MSP430F149向上位机传送所检测的拉拔强度数据前，先要对USB设备即USB接口进行初始化，完成上位机的枚举过程；之后，单片机MSP430F149再向上位机发送采集到的数据；另外，单片机MSP430F149根据上位机的要求(命令)控制步进电机9工作。拉拔试验之前，拉拔速度可以通过上位机软件进行设置；拉拔试验完成之后，由于所述传动件上设置有回零机构，则通过上位机控制可以将拉拔卡盘4恢复到初始位置，以备下次拉拔使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种沥青路面层间抗拉强度检测仪，包括机架、驱动电机、固定在机架内侧底部的用于夹持被检测件的夹紧机构、位于所述夹紧机构上方且由驱动电机通过传动件向上拉拔被检测件的拉拔机构以及对作用在被检测件上的拉拔力进行实时检测的力传感器(7)，其特征在于：还包括对力传感器(7)所检测信号进行分析处理并根据处理结果相应对驱动电机进行控制的数据采集及控制系统，以及与所述数据采集及控制系统相接的上位机；力传感器(7)接所述数据采集及控制系统，所述驱动电机为步进电机(9)，所述数据采集及控制系统为MSP430单片机且其与所述上位机之间通过USB接口进行双向通信。

2.按照权利要求1所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：所述MSP430单片机为MSP430F14x系列单片机。

3.按照权利要求2所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：所述MSP430单片机为单片机MSP430F149。

4.按照权利要求1、2或3所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：所述传动件包括由步进电机(9)进行驱动的蜗轮蜗杆以及与所述蜗轮蜗杆通过螺纹进行连接的竖向螺杆(8)组成；力传感器(7)安装在螺杆(8)与所述拉拔机构之间；所述拉拔机构由固定在力传感器(7)下方的竖向拉杆(6)和对被检测件进行拉拔的拉拔卡盘(4)组成，拉拔卡盘(4)固定在拉杆(6)下方。

5.按照权利要求1、2或3所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：还包括固定在所述机架内侧上部且对螺杆(8)上端部位置进行实时检测的限位开关(13)，所述限位开关(13)接所述数据采集及控制系统。

6.按照权利要求4所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：所述机架由位于底部的下底座(1)以及从下至上依次安装在下底座(1)上的上底座(3)、中机架(20)、隔板(14)和顶盖(11)；所述步进电机(9)通过同步带(19)驱动蜗杆(17)动作，螺杆(8)对应从上至下依次套装在隔板(14)、蜗轮(16)和中机架(20)内部中部，螺杆(8)与隔板(14)和中机架(20)之间均通过止推轴承(15)进行连接；竖向拉杆(6)和拉拔卡盘(4)均位于上底座(3)内部。

7.按照权利要求4所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：所述拉拔卡盘(4)与拉杆(6)之间通过联结螺母(5)进行连接。

8.按照权利要求1、2或3所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：所述夹紧装置为从四周对被检测件进行夹紧的夹片(2)。

9.按照权利要求8所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：所述夹片(2)的数量为三个且三个夹片(2)呈均匀布设。

10.按照权利要求1、2或3所述的沥青路面层间抗拉强度检测仪，其特征在于：还包括对所述被测试试样位移进行实时检测的位移传感器，所述位移传感器接所述数据采集及控制系统；所述传动件上设置有回零机构。

Images