CN103498409A - 基于超声波的道路结构无损连续检测装置 - Google Patents

基于超声波的道路结构无损连续检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于超声波的道路结构无损连续检测装置，含有牵引机构、检测机构，牵引机构包含牵引支架、叉头、与牵引支架固定连接的滚动轴及滚动轮，检测机构包含牵引杆、从动轴、检测轮、设在牵引支架上的水箱及控制机构，所述控制机构包含超声波换能器、旋转编码器及控制器，旋转编码器通过控制器与超声波换能器相信号连接。本发明中超声波换能器在耦合剂的作用下发射接收超声波信号，并将信号转化为电信号输入到上位机，设计合理、结构简单、为车载式检测，对交通的干扰小、使用方便、检测速度快、检测效率高、检测结果准确，用于道路结构无损连续检测。

Description

基于超声波的道路结构无损连续检测装置
技术领域
本发明涉及交通公路检测领域，特别涉及一种基于超声波的道路结构无损连续检测装置。 
背景技术
道路隐性病害早期发现是公路养护技术中预防性养护技术的前提，随着微电子技术的不断发展和进步，超声波探测技术在工业生产中的应用越来越广泛，然而超声波技术由于自身的特点和行业局限性使得目前超声波技术在道路检测中的应用多以逐点检测为主要手段。逐点检测具有单点耗时长，成本高，采样效率低，以及安全隐患多等不利因素，并严重阻碍了超声波无损检测技术在道路现场检测中的推广和应用。 
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种设计合理、结构简单、使用方便，检测速度快、效率高、检测结果准确的基于超声波的道路结构无损连续检测装置。
按照本发明所提供的设计方案，一种基于超声波的道路结构无损连续检测装置，含有牵引机构、检测机构，所述牵引机构包含牵引支架、叉头、与牵引支架固定连接的滚动轴及滚动轮，所述检测机构包含牵引杆、从动轴、检测轮、设置在牵引支架上的水箱及控制机构，所述控制机构包含超声波换能器、旋转编码器及控制器，所述检测轮套装在从动轴上，所述从动轴两端分别套装在牵引杆中部，所述牵引杆与牵引支架机械连接，所述检测轮包含轮毂、及通过轮辐与轮毂连接的轮钢、设在轮钢外围的实心轮胎组成，所述相邻轮辐之间设有连接超声波换能器的连接杆，所述实心轮胎圆周内均布有安装孔，所述超声波换能器套装在安装孔内并通过连接杆与轮毂机械安装固定，所述超声波换能器为发射端和接收端一体的超声波换能器，所述超声波换能器的发射接收端与对应安装孔所在的实心轮胎圆周外表面平行，所述从动轴上设有旋转编码器，所述旋转编码器通过控制器与超声波换能器相信号通讯连接。
所述检测轮半径r小于滚动轮半径R，所述检测轮半径r及滚动轮半径R的大小关系：r＜R＜3r。
所述牵引杆的一端固定设有防震装置。
所述滚动轮对称设在滚动轴的两端，所述牵引支架包含固定在滚动轴上的两个平行杆、垂直固定在两个平行杆之间的前支撑梁和后支撑梁、与平行杆固定连接并交叉于一点的两个斜杆。
所述前支撑梁平行设有垂直于前支撑梁的两个长悬杆，所述后支撑梁平行设有与长悬杆对应的两个短悬杆，所述检测轮的牵引杆一端与长悬杆机械连接，另一端与短悬杆机械连接。
所述两个斜杆交叉处设有连接动力机构的叉头。
所述相邻两个轮辐之间的夹角a范围为45°≤a≤75°，所述相邻两个安装超声波换能器的连接杆之间的夹角β范围为45°≤β≤75°。
所述控制器通过信号线与上位机连接。       
所述水箱底部设有排水口，所述排水口上设有排水阀。
所述实心轮胎采用聚氨基甲酸酯注塑成型，所述聚氨基甲酸酯中生胶：硫磺：促进剂M：促进剂DM：硬脂酸镉：活性剂NH-1：高耐磨炭黑的质量比为100：2：2：4：1：1：30~40。
本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置的有益效果：
1.   本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置通过套装在实心轮胎内的超声波换能器发射接收端通过实心轮胎和路面的接触并在耦合剂的作用下发射超声波信号，道路结构中超声波信号经过反射由超声波换能器的超声波接收端采集，并将采集到的信号转化为数字信号输入到上位机中，由上位机对信号进行分析得出道路结构数据，设计合理、结构简单、为车载式检测，不要需要封闭交通，对交通的干扰小、使用方便、检测速度快、检测效率高、检测结果准确，用于道路结构无损连续检测。
2.   本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置中的轮轴装有旋转编码器，当超声波换能器位于滚动轮胎的圆周下半部分并与地面垂直线夹角为5°范围内，则该超声波换能器处于工作状态检测轮中的超声波换能器依次交替工作，整个装置沿路面水平滚动，实现无损检测道路结构的功能，采样密度达到10cm。
3.   本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置操作使用方便，具有显著的经济效益，易于推广实施。
附图说明
图1为本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置主视结构示意图；
图2为本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置工作示意图；
图3为本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置非工作示意图；
图4为本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置的检测轮安装示意图；
图5为本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置的检测轮结构示意图。
具体实施方式
图中标号1代表滚动轮，标号2代表滚动轴，标号3代表从动轴，标号4代表检测轮，标号5代表牵引杆，标号6代表牵引支架，标号7代表叉头，标号8代表防震装置，标号9代表水箱，标号10代表排水阀，标号4-1代表实心轮胎，标号4-2代表轮辐，标号4-3代表超声波换能器，标号4-4代表连接杆。
实施例一：参见图1~5所示，一种基于超声波的道路结构无损连续检测装置，含有牵引机构、检测机构，所述牵引机构包含牵引支架6、叉头7、与牵引支架6固定连接的滚动轴2及滚动轮1，所述检测机构包含牵引杆5、从动轴3、检测轮4、设置在牵引支架上的水箱9及控制机构，所述控制机构包含超声波换能器4-3、旋转编码器及控制器，所述检测轮4套装在从动轴3上，所述从动轴3两端分别套装在牵引杆5中部，所述牵引杆5与牵引支架6机械连接，所述检测轮4包含轮毂、及通过轮辐4-2与轮毂连接的轮钢、设在轮钢外围的实心轮胎4-1，所述相邻轮辐4-2之间设有连接超声波换能器4-3的连接杆4-4，所述实心轮胎4-1圆周内均布有安装孔，所述超声波换能器4-3套装在安装孔内并通过连接杆4-4与轮毂机械安装固定，所述超声波换能器4-3为发射端和接收端一体的超声波换能器，所述超声波换能器4-3的发射接收端与对应安装孔所在的实心轮胎4-1圆周外表面平行，所述从动轴3上设有旋转编码器，所述旋转编码器通过控制器与超声波换能器4-3相信号通讯连接。
所述检测轮4半径r小于滚动轮1半径R，所述检测轮4半径r与滚动轮1半径R的大小关系：r＜R＜3r。
所述牵引杆5的一端固定设有防震装置8，所述防震装置8为与牵引杆5固定连接的螺旋杆。
所述滚动轮1对称设在滚动轴2的两端，所述牵引支架6包含固定在滚动轴2上的两个平行杆、垂直固定在两个平行杆之间的前支撑梁和后支撑梁、与平行杆固定连接并交叉于一点的两个斜杆。
所述前支撑梁平行设有垂直于前支撑梁的两个长悬杆，所述后支撑梁平行设有与长悬杆对应的两个短悬杆，所述检测轮的牵引杆一端与长悬杆机械连接，另一端与短悬杆机械连接，当本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置工作时候，如图2所示，牵引杆与短悬杆脱离，检测轮的实心轮胎与路面耦合接触进行道路路面结构的检测，当本发明未工作时，如图3所示，牵引杆与短悬杆机械连接，检测轮处于悬挂状态，延长使用寿命。
所述两个斜杆交叉处设有连接动力机构的叉头7。
所述相邻两个轮辐4-2之间的夹角a范围为45°≤a≤75°，所述相邻两个安装超声波换能器4-3的连接杆4-4之间的夹角β范围为45°≤β≤75°。
所述控制器通过信号线与上位机连接。
所述水箱9底部设有排水口，所述排水口上设有排水阀10，所述水箱中装有水来做耦合剂。
所述实心轮胎4-1采用聚氨基甲酸酯注塑成型，所述聚氨基甲酸酯中生胶：硫磺：促进剂M：促进剂DM：硬脂酸镉：活性剂NH-1：高耐磨炭黑的质量比为100：2：2：4：1：1：30~40。
所述超声波换能器4-3的工作端通过信号线与上位机连接，超声波换能器4-3的超声波发射接收端通过实心轮胎4-1与路面紧密耦合并在水箱9中耦合剂的作用下发射超声波信号，并采集反射回来的超声波信号，超声波换能器将采集到的信号转化为数字信号输入到上位机中，由上位机对信号进行分析得出道路结构的厚度、强度和密度等数据。所述实心轮胎4-1材质为聚氨基甲酸酯，超声波换能器通过实心轮胎与路面的耦合并在耦合剂的作用下发射接收超声波信号并将信号传送给上位机，使得检测结果更准确。
Figure 205532DEST_PATH_IMAGE001
由于常用的水泥混凝土路面检测装置容易破坏路面，不容易修补，容易造成坏板等情况，且各测点之间要间隔一定距离，才能实现检测。目前常用的水泥混凝土路面检测装置检测厚度的最大误差比较高，达到4%左右，本发明检测数据准确且检测效率提高很多倍。
本发明基于超声波的道路结构无损连续检测装置中超声波换能器发射接收端通过实心轮胎和路面耦合并在耦合剂的作用下发射超声波信号，并采集反射回来的信号，超声波换能器将采集到的信号转化为数字信号输入到上位机中，由上位机对信号进行分析得出道路结构数据，设计合理、结构简单、为车载式检测，不要需要封闭交通，对交通的干扰小、使用方便、检测速度快、检测效率高、检测结果准确，用于道路结构无损连续检测。 

Claims (10)

1.一种基于超声波的道路结构无损连续检测装置，含有牵引机构、检测机构，其特征在于：所述牵引机构包含牵引支架、叉头、与牵引支架固定连接的滚动轴及滚动轮，所述检测机构包含牵引杆、从动轴、检测轮、设置在牵引支架上的水箱及控制机构，所述控制机构包含超声波换能器、旋转编码器及控制器，所述检测轮套装在从动轴上，所述从动轴两端分别套装在牵引杆中部，所述牵引杆与牵引支架机械连接，所述检测轮包含轮毂、及通过轮辐与轮毂连接的轮钢、设在轮钢外围的实心轮胎组成，所述相邻轮辐之间设有连接超声波换能器的连接杆，所述实心轮胎圆周内均布有安装孔，所述超声波换能器套装在安装孔内并通过连接杆与轮毂机械安装固定，所述超声波换能器为发射端和接收端一体的超声波换能器，所述超声波换能器的发射接收端与对应安装孔所在的实心轮胎圆周外表面平行，所述从动轴上设有旋转编码器，所述旋转编码器通过控制器与超声波换能器相信号通讯连接。
2. 根据权利要求1所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述检测轮半径r小于滚动轮半径R，所述检测轮半径r及滚动轮半径R的大小关系：r＜R＜3r。
3.根据权利要求1所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述牵引杆的一端固定设有防震装置。
4.根据权利要求1所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述滚动轮对称设在滚动轴的两端，所述牵引支架包含固定在滚动轴上的两个平行杆、垂直固定在两个平行杆之间的前支撑梁和后支撑梁、与平行杆固定连接并交叉于一点的两个斜杆。
5.根据权利要求4所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述前支撑梁平行设有垂直于前支撑梁的两个长悬杆，所述后支撑梁平行设有与长悬杆对应的两个短悬杆，所述检测轮的牵引杆一端与长悬杆机械连接，另一端与短悬杆机械连接。
6.根据权利要求4所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述两个斜杆交叉处设有连接动力机构的叉头。
7.根据权利要求1所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述相邻两个轮辐之间的夹角a范围为45°≤a≤75°，所述相邻两个安装超声波换能器的连接杆之间的夹角β范围为45°≤β≤75°。
8.根据权利要求1所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述控制器通过信号线与上位机连接。
9.根据权利要求1所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述水箱底部设有排水口，所述排水口上设有排水阀。
10.根据权利要求1所述的基于超声波的道路结构无损连续检测装置，其特征在于：所述实心轮胎采用聚氨基甲酸酯注塑成型，所述聚氨基甲酸酯中生胶：硫磺：促进剂M：促进剂DM：硬脂酸镉：活性剂NH-1：高耐磨炭黑的质量比为100：2：2：4：1：1：30~40。
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