CN106970380A - 沥青路面的结构层厚度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青路面的结构层厚度检测装置，该装置包括：雷达设备，用于向目标路段中沥青路面沿路段长度方向的多个检测位置依次垂直发射雷达电磁波，并接收所述沥青路面的反射电磁波；计算机，用于根据所述沥青路面的反射电磁波所形成的波谱图以及预先确定的所述沥青路面中各个结构层的介电常数，计算沿路段长度方向各个检测位置处各个结构层的厚度；其中，所述波谱图为沿路段长度方向上各个检测位置处的各个结构层的反射电磁波的接收时刻图。本发明可以避免对原有的路面结构造成损坏，能够增加厚度检测的准确性和可靠性。

Description

沥青路面的结构层厚度检测装置

技术领域

本发明涉及路面检测技术领域，尤其是涉及一种沥青路面的结构层厚度检测装置。

背景技术

在沥青路面建设过程中，沥青路面的结构层厚度是其重要指标，通过控制沥青路面的结构层厚度能够实现对沥青路面的压实度、结构层沥青材料空隙率及密度等相关体积参数的管理，同时确定路面松铺系数的合理性，是实现沥青路面建设工程质量管理的重要途径。因此，开展沥青路面结构层厚度检测具有十分重要的意义。

目前，对沥青路面的结构层厚度的检测主要是通过人工对路面进行钻芯取样，钻芯取样主要是根据规范选定路面采样点，采用直径100mm或者150mm的的钻头，进行路面结构层取芯，然后通过人工识别芯样中各个结构层的位置，利用钢尺等长度测量设备对相应结果层的厚度进行测量，得到多个点的路面结构层厚度。对于某一路段的沥青路面结构层厚度检测，则采用多点取芯测量厚度然后计算平均值确定该路段的沥青路面的结构层厚度。

上述钻芯取样的方式虽然操作简单，但是采用过程会损坏道路原有的路面结构，同时采用多个点的厚度来评定整个路段的结构层厚度具有不确定性。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种沥青路面的结构层厚度检测装置，可以避免对原有的路面结构造成损坏，能够增加厚度检测的准确性和可靠性。

本发明提供的沥青路面的结构层厚度检测装置包括：

雷达设备，用于向目标路段中沥青路面沿路段长度方向的多个检测位置依次垂直发射雷达电磁波，并接收所述沥青路面的反射电磁波并形成波谱图；

计算机，用于根据所述沥青路面的反射电磁波所形成的波谱图以及预先确定的所述沥青路面中各个结构层的介电常数，计算沿路段长度方向各个检测位置处不同结构层的厚度；其中，所述波谱图为沿路段长度方向上各个检测位置处的各个结构层的反射电磁波的接收时刻图。

可选的，所述雷达设备包括雷达主机、与所述雷达主机连接的发射天线以及与所述雷达主机连接的接收天线，所述雷达主机用于按照预设频率通过所述发射天线向沥青路面发射雷达电磁波，并通过所述接收天线接收各个结构层的反射电磁波。

可选的，所述装置还包括：

移动装置，用于承载所述雷达设备和计算机，用于承载着所述雷达设备和计算机在目标路段上自由移动。

可选的，所述装置还包括：

测距仪，用于将所述目标路段中各个检测位置相对于预设参考位置的坐标与所述计算机得到的目标路段中各个检测位置处结构层的厚度相对应。

可选的，所述计算机具体用于：

根据所述波谱图中接收时刻的分布情况，确定所述目标路段中沥青路面的地面线和所述地面线之下的各个结构层的分界；

根据在每一检测位置处每一结构层的反射电磁波的接收时刻以及该结构层的上一结构层的反射电磁波的接收时刻之间的差值以及该结构层的介电常数，计算该检测位置处该结构层的厚度。

可选的，所述计算机具体采用下式计算第i结构层的厚度：

上式中，Δd为第i结构层的厚度，c为在真空中的光速，Δt为第i个结构层的反射电磁波的接收时刻与第i-1个结构层的反射电磁波的接收时刻之间的差值，ε_ri为第i个结构层的介电常数，i>＝1，第0个结构层为雷达设备与沥青路面之间的空气层。

本发明提供的沥青路面的结构层厚度检测装置，利用雷达电磁波反射回来的时刻差异以及不同结构层的介电常数，确定各个结构层的厚度，而不是采用钻芯取样的方式，这样可以避免对原有的路面结构造成损坏，而且，由于不需要钻芯取样，可以在目标路段沿路段长度方向选取足够全线进行连续检测，沿着路段长度方向连续发射信号和接收信号，然后对整个路段雷达发射接收完成后，对所有数据进行处理，便可得到整个路段各个结构层近乎连续的厚度值。这相对于现有方案，能够增加厚度检测的准确性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1示出了本发明一实施例中雷达电磁波在各个结构层中的穿行示意图；

图2示出了本发明一实施例中雷达电磁波在面层和基层中的穿行示意图；

图3示出了图2中雷达电磁波在到达面层和基层时反射回的信号的示意图；

图4示出了目标路段中某一结构层的介电常数的分布示意图；

图5示出了目标路段形成的波谱图；

图6为对图5进行分界后的示意图；

图7为目标路段中各个结构层的厚度分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

第一方面，本发明提供一种沥青路面的结构层厚度检测装置，该装置包括：

雷达设备，用于向目标路段中沥青路面沿路段长度方向的多个检测位置依次垂直发射雷达电磁波，并接收所述沥青路面的反射电磁波并形成波谱图；

计算机，用于根据所述沥青路面的反射电磁波所形成的波谱图以及预先确定的所述沥青路面中各个结构层的介电常数，计算沿路段长度方向各个检测位置处不同结构层的厚度；其中，所述波谱图为沿路段长度方向上各个检测位置处的各个结构层的反射电磁波的接收时刻图。

可理解的是，本发明通过雷达设备将雷达电磁波向沥青地面发射，雷达电磁波在沥青路面的各个结构层穿行的过程中，由于不同结构层间材料的电性发生改变，导致反射回来的电磁波会有不同的时延，利用计算机根据这些时延以及结构层的介电常数，并可以确定不同结构层的厚度。

举例来说，如图1所示，雷达设备的雷达电磁波经过空气、沥青路面的第一层结构层、第二层结构层、……、第N-1结构层，其中到达各层之间的界面时均有一部分雷达电磁波被界面反射回去，例如，一部分到达空气与第一层结构层之间的界面经该界面反射回去，这些反射回去的信号被接收的时刻最早，穿过第一层结构层达到第二层结构层时，又有一部分雷达电磁波被反射回去，这一部分信号被接收的时刻稍晚一些，依次类推，越往下走，反射回去的信号被接收的时刻越晚，从而根据这些信号被接收的时刻之间的差值，再利用电磁波在结构层中的传播速度，并可以得到每一层的厚度。

本发明提供的厚度检测装置，利用雷达电磁波反射回来的时刻差异以及不同结构层的介电常数，确定各个结构层的厚度，而并不是采用钻芯取样的方式，这样可以避免对原有的路面结构造成损坏，而且，由于不需要钻芯取样，可以在目标路段沿路段长度方向选取足够多的检测位置，沿着路段长度方向依次发射信号和接收信号，然后对整个路段雷达发射接收完成后，对所有数据进行处理，便可得到整个路段各个结构层近乎连续的厚度值。这相对于现有方案，能够增加厚度检测的准确性和可靠性。

在具体实施时，上述雷达设备可以采用多种结构实现，其中一种可选结构为：所述雷达设备包括雷达主机、与所述雷达主机连接的发射天线以及与所述雷达主机连接的接收天线，所述雷达主机用于按照预设频率通过所述发射天线向沥青路面发射雷达电磁波，并通过所述接收天线接收各个结构层的反射电磁波。当然，还可以采用其他结构的雷达设备，对此本发明不做限定。

在具体实施时，本发明提供的厚度检测装置还可以包括：移动装置，移动装置，用于承载所述雷达设备和计算机，用于承载着所述雷达设备和计算机在目标路段上自由移动。这里，利用移动装置承载雷达设备和计算机，便于厚度检测装置的移动，从而实现对整个目标路段上大量检测位置的厚度检测。

当然，由于在对整个路段进行检测时，涉及到大量检测位置的数据，因此本发明提供的厚度检测装置还可以包括：测距仪，用于将所述目标路段中各个检测位置相对于预设参考位置的坐标与所述计算机得到的目标路段中各个检测位置处结构层的厚度相对应。利用测距仪确定每个检测位置与某一参考位置之间的距离，进而确定该检测位置的位置坐标，然后将该位置坐标与该位置处的数据相对应，形成沿路段长度方向的数据链，以免数据混乱。

在具体实施时，计算机可以采用多种方式进行数据处理，其中一种方式为：

根据所述波谱图中接收时刻的分布情况，确定所述目标路段中沥青路面的地面线和所述地面线之下的各个结构层的分界；

根据在每一检测位置处每一结构层的反射电磁波的接收时刻以及该结构层的上一结构层的反射电磁波的接收时刻之间的差值以及该结构层的介电常数，计算该检测位置处该结构层的厚度。

由于在波谱图中的数据是沿路段长度方向上不同检测位置处的各个结构层的反射电磁波的接收时刻数据，根据接收时刻的分布情况，并可以确定沥青路面的地面线以及地面线之下的各个结构层的分界，进而根据接收时刻之差计算各个结构层的厚度。

在上述方式中，计算机可以采用以下公式计算第i结构层的厚度：

上式中，Δd为第i结构层的厚度，c为在真空中的光速，Δt为第i个结构层的反射电磁波的接收时刻与第i-1个结构层的反射电磁波的接收时刻之间的差值，ε_ri为第i个结构层的介电常数，i>＝1，第0个结构层为雷达设备与沥青路面之间的空气层。

举例来说，如图2所示，结构层中包括面层和基层，雷达电磁波到达面层时，一部分信号反射回，该部分记为第一回波，例如图3中幅度为A1的信号；另一部分进入面层，然后在面层和基层的分界处反射回，此处返回的信号被即为第二回波，例如图3中幅度为A2的信号。第二回波和第一回波被接收时刻的差值t实际上雷达电磁波在面层中穿行两次的时间。信号在面层中的速度为因此面层的厚度为d＝t/2v，即上述公式(1)。

在具体实施时，上述各个结构层的介电常数可以采用以下方法预先确定：预先确定所述目标路段中沥青路面的每一结构层在沿路段长度方向上若干个位置点的介电常数；计算该结构层在所述若干个位置点处的介电常数的平均值，并将所述平均值作为该结构层的介电常数。其中，可以采用共中心点法或金属板反射法预先确定所述沥青路面的各个位置点的介电常数。

举例来说，对某路段的沥青路面的厚度进行厚度检测，该路段的长度为100米，起点桩号为K0+000，终点桩号为K0+180，大致的过程可以包括：

检差检测装置的连接情况，确保各个部分的工作性能状态良好。为了提高分辨率，采用2GHZ的空耦天线，然后采用10m作为采样点的间隔。采用共中点法测定各个检测点的介电常数，然后将各个检测点的介电常数作为整个路段的介电常数。例如，对某一结构层的介电常数进行检测的结构如图4所示，然后根据图4可以确定预设的各个位置点的介电常数，如下表1所示：

表1目标路段中该结构层在各位置点的介电常数

位置(m)	10	20	30	40	50	60	70	80	90
										介电常数	6.63	6.98	6.42	6.81	7.06	7.35	7.89	7.64	7.56
位置(m)	100	110	120	130	140	150	160	170	180
										介电常数	7.24	6.89	7.91	7.97	8.07	8.13	7.92	7.06	6.93

然后将检测装置置于路段的起始位置，开始检测。检测过程中，利用发射天线发射雷达电磁波和利用接收天线接收雷达电磁波，最后雷达主机将数据传输到计算机上。然后移动检测装置至下一个检测点，直至完成所有检测点的数据采集。计算机接收到的所有数据形成一个沿路段长度方向的各个结构层的接收时刻图即波谱图，如图5所示。在图5中可以看出，该图的横坐标为沿长度方向上的位置，纵坐标为接收时刻。从图5中可以标记处地面线，如图5中的o线对应的位置。计算机利用图5中的时刻分布情况，可以识别出各个结构层的分界，如图6所示；然后利用软件可以抓取出分界线。利用上述公式(1)即可计算出各个检测点处不同结构层的厚度，如图7所示。当然，图7示出的厚度分布图可以整理为表格的形式，例如下表2和3：

表2第一层结构层在各个检测点的厚度分布表

位置(m)	10	20	30	40	50	60	70	80	90
										厚度(cm)	3.5	2.9	3.2	3.0	2.8	2.9	3.0	3.2	3.3
位置(m)	100	110	120	130	140	150	160	170	180
										厚度(cm)	2.9	3.0	3.1	3.0	2.9	2.7	2.8	2.6	2.8

表3第二层结构层在各个检测点的厚度分布表

位置(m)	10	20	30	40	50	60	70	80	90
										厚度(cm)	4.0	4.6	4.5	4.8	4.5	5.1	4.2	4.7	4.0
位置(m)	100	110	120	130	140	150	160	170	180
										厚度(cm)	5.4	5.1	4.5	4.6	4.4	4.8	4.6	5.3	4.4

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种沥青路面的结构层厚度检测装置，其特征在于，包括：

雷达设备，用于向目标路段中沥青路面沿路段长度方向的多个检测位置依次垂直发射雷达电磁波，并接收所述沥青路面的反射电磁波并形成波谱图；

计算机，用于根据所述沥青路面的反射电磁波所形成的波谱图以及预先确定的所述沥青路面中各个结构层的介电常数，计算沿路段长度方向各个检测位置处不同结构层的厚度；其中，所述波谱图为沿路段长度方向上各个检测位置处的各个结构层的反射电磁波的接收时刻图。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雷达设备包括雷达主机、与所述雷达主机连接的发射天线以及与所述雷达主机连接的接收天线，所述雷达主机用于按照预设频率通过所述发射天线向沥青路面发射雷达电磁波，并通过所述接收天线接收各个结构层的反射电磁波。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

移动装置，用于承载所述雷达设备和计算机，用于承载着所述雷达设备和计算机在目标路段上自由移动。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

测距仪，用于将所述目标路段中各个检测位置相对于预设参考位置的坐标与所述计算机得到的目标路段中各个检测位置处结构层的厚度相对应。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算机具体用于：

根据所述波谱图中接收时刻的分布情况，确定所述目标路段中沥青路面的地面线和所述地面线之下的各个结构层的分界；

根据在每一检测位置处每一结构层的反射电磁波的接收时刻以及该结构层的上一结构层的反射电磁波的接收时刻之间的差值以及该结构层的介电常数，计算该检测位置处该结构层的厚度。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算机具体采用下式计算第i结构层的厚度：

$\mathrm{\Δ}d=\frac{c\mathrm{\Δ}t}{2\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{ri}}}$

上式中，Δd为第i结构层的厚度，c为在真空中的光速，Δt为第i个结构层的反射电磁波的接收时刻与第i-1个结构层的反射电磁波的接收时刻之间的差值，ε_ri为第i个结构层的介电常数，i>＝1，第0个结构层为雷达设备与沥青路面之间的空气层。