CN108469236A - 一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，属于高速公路路况日常巡检和护栏检测技术领域。本发明包括探头、探头定位机构A、探头定位机构B和中控系统三部分。其中探头包括基座外壳、盖板、U形块、螺杆、联轴器、步进电机、超声模块、磁铁、超声敏感元件、压力传感器。本发明搭载在以高速公路护栏波形梁为轨道的移动式巡检平台上，可以实现对护栏立柱埋深的自动检测，实现护栏全线检测的全自动作业，提高巡检效率、降低巡检成本，满足高速公路日益增长的需求。

Description

一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头

技术领域

本发明属于高速公路路况日常巡检和护栏检测技术领域，具体涉及一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头。

背景技术

随着公路建设事业的迅速发展，我国高速公路总里程及交通量不断增加，截止2017年底，我国高速公路总里程已达13万公里。相应的，高速公路日常巡检工作随总里程的增加也日趋繁重，存在着设备投入大、人力成本高、检测效率低等突出矛盾。

高速公路护栏作为一种最常见的防护措施，可有效降低交通事故的程度和损失，目前高速公路日常巡检主要对护栏外观有无损坏、重要零部件是否缺失进行排查。而相关行业规范指出，护栏立柱的埋深是保证护栏防护功能的重要技术指标，但由于埋设立柱属于隐蔽工程，其质量检测难度较大，给养护部门带来较大的工作负担。

目前常用的拔出立柱检测的方法费工费力，仅能进行抽检，不能做到逐一检查，而且还会破坏路基完整性。而常用的无损检测办法包括电磁感应法、超声波法、弹性波法等。电磁感应法是在立柱内侧钻孔，插入电磁感应探头。当探头周围有金属(立柱)和没有金属时，感应的电流会发生明显的变化，据此既可探测立柱的埋深。该方法原理简单，测试精度也较高，但需要在立柱内钻孔，测试工作量大，对土质也有松动，现在较少使用；超声波法是通过在立柱端部粘贴压电片，通过激发轴对称导波模态来测试立柱深度。该种方法立柱周围土壤对导播衰减的影响较大，测量精度不高；弹性波法采用电磁激荡的方式诱发冲击弹性波，采集反射信号得到立柱全长。优点是测试速度快，精度高，耐久稳定；缺点是测量设备比较复杂，不够便携，且价格昂贵，在公路养护部门难以推广使用。

以上已有的无损检测手法都需要人工操作，且设备昂贵，耗费了大量人力物力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，搭载在以高速公路护栏波形梁为轨道的移动式巡检平台上，可以实现对护栏立柱埋深的自动检测，实现护栏全线检测的全自动作业，提高巡检效率、降低巡检成本，满足高速公路日益增长的路况巡检需求。

本发明提供的适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，所述的智能立柱埋深探头包括探头、探头定位机构A、探头定位机构B和中控系统三部分；所述的探头包括基座外壳、盖板、U形块、螺杆、联轴器、步进电机、超声模块、磁铁、超声敏感元件、压力传感器；所述盖板螺纹连接在基座壳体上表面；所述的压力传感器设置在基座外壳的下表面，所述的超声敏感元件安装在超声模块端部与待测护栏立柱接触的部分；所述的磁铁安装在所述U形块的两个U形两臂端部；所述的螺杆一端通过联轴器连接步进电机，另一端螺纹连接U形块后穿过盖板上通孔，螺纹连接基座壳体内部的超声模块；所述步进电机固定在探头定位机构B上，探头定位机构B与探头定位机构A之间滑动连接，探头定位机构A固定安装在以高速公路护栏波形梁为轨道的移动式巡检平台上，可随巡检平台沿公路波形护栏板移动；探头定位机构A和探头定位机构B为相互垂直的直线滑台组，可控制探头在竖直平面内的位置；所述的中控系统连接超声敏感元件、压力传感器和步进电机。

本发明的优点在于：

(1)实现了护栏全线检测的全自动作业，提高巡检效率、降低巡检成本。

(2)通过对超声探头结构的改进，满足了护栏移动巡检平台智能全自动检测工作条件下的要求。

(3)通过在超声探头端部加装磁铁，保证了探头与立柱紧密接触，确保测量的准确性。

附图说明

图1为本发明中探头的装配图。

图2为本发明中探头的零件爆炸图。

图3为本发明基座外壳局部结构图。

图4为本发明的适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头整体结构示意图。

图5为本发明测量立柱埋深的操作流程图。

图中：

1.基座外壳； 2.盖板； 3.U形块； 4.螺杆； 5.联轴器； 6.步进电机；

7.超声模块； 8.磁铁； 9.超声敏感元件； 10.压力传感器；

11.探头定位机构A； 12.探头定位机构B； 13.中控系统； 14.探头。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明提供的适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头进行详细说明。

本发明提供一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，如图3所示，所述的智能立柱埋深探头包括探头14、探头定位机构A11和探头定位机构B12，以及中控系统13三部分。

所述探头14整体安装在探头定位机构B12上，探头定位机构B12与探头定位机构A11之间滑动连接，探头定位机构A11固定安装在以高速公路护栏波形梁为轨道的移动式巡检平台上，可随巡检平台沿公路波形护栏板移动。探头定位机构A11和探头定位机构B12为相互垂直的直线滑台组，可控制探头14在竖直平面内的位置。具体的，所述的探头14中的步进电机6固定在所述的探头定位机构B12上。

所述探头14包括基座外壳1、盖板2、U形块3、螺杆4、联轴器5、步进电机6、超声模块7、磁铁8、超声敏感元件9和压力传感器10。所述的中控系统连接超声模块7、超声敏感元件9、压力传感器10和步进电机6，通过压力传感器10的反馈数据控制步进电机6的启动和关闭，控制超声模块7发生超声波，接收超声敏感元件9的反射波，计算立柱埋深。如图4所示，所述的基座外壳1由铝等防锈金属制成壳体结构，用于连接探头各部件，对其内部部件起到保护作用。所述基座外壳1上表面和下表面开有贯通的两个可供U形块3的两臂穿过的条形通孔以及两个条形孔中间可供超声模块7通过的方形孔，方形孔周围加工四个螺纹孔。如图1和图2所示，所述的基座外壳1的下表面还安装有压力传感器10，可测量基座外壳1与待测护栏立柱顶部的接触压力。基座外壳1上表面的四个螺纹孔，用于和盖板2固定连接。盖板2通过螺栓安装在基座外壳1上表面。所述基座壳体1的下表面设计为向上弯曲的弧面，使在检测立柱埋深时能够更好的与待测护栏立柱上表面贴合。盖板2中部的圆柱形部分内侧加工有通孔，通孔直径与螺杆4配合，以便于螺杆4穿过。U形块3通过顶部螺纹孔与螺杆4螺纹连接。U形块3的U形两臂端部均安装有磁铁8，用于将U形块3吸附在待测护栏立柱上表面。U形块3的两臂下表面与待测护栏立柱接触的部分设计为向上弯曲的弧面，用于与待测护栏立柱表面的良好接触。螺杆4通过联轴器5与步进电机6相连，螺杆4的长轴方向与步进电机6的旋转轴重合，步进电机6固定安装在探头定位机构B12上。超声模块7用于产生超声波检测信号和接收待测护栏立柱反射的超声波，超声模块7端部与待测护栏立柱接触的部分安装有超声敏感元件9，所述的超声敏感元件9用于检测待测护栏立柱反射的超声波，并将其转化为数字信号，发送给中控系统13。超声模块7的下表面与待测护栏立柱接触的部分设计为向上弯曲的弧面。

安装过程如下：基座外壳1上表面预留的方形孔填入吸声材料，盖板2通过螺栓固定安装在基座外壳1上表面。U形块3通过基座壳体1上表面贯穿到下表面。螺杆4的一端通过联轴器5连接在步进电机6上，另一端首先将U形块3旋拧至螺杆4最顶端，然后螺杆4穿过盖板2上通孔到达基座壳体1内部，与超声模块7螺纹连接，并且保证超声模块7在进行探测前是位于基座壳体1内部空腔的，且保证超声模块7的下表面与U形块3的下表面位于同一水平面内。整体达到的效果是，步进电机6带动螺杆4往复运动，由于步进电机6相对于外壳11是固定的，螺杆4可带动U形块3、超声模块7整体相对于基座外壳1上下运动。

本实例中，外壳1深度40mm，U形块高度70mm，超声模块7高度30mm，螺杆长70mm。测量前，探头处于复位状态，U形块3下表面、超声模块7下表面与外壳1下表面重合，螺杆4插入外壳1上表面20mm，下端与超声模块7连接处长10mm。如前所述，步进电机6带动螺杆4旋转，可带动U形块3、超声模块7整体相对于基座外壳1上下运动，向下可运动至U形块3下表面和超声模块7下表面位于外壳1下表面20mm处，此位置为极限状态。通过螺杆4的正转和反转，装置可在复位状态和极限状态范围内上下运动。

螺杆4为长度20mm-35mm，直径为M6-M10，外表面有螺纹的圆柱形金属构件。

U形块3下表面、超声模块7、外壳1下表面均设计为向上弯曲的弧面，曲率半径为55mm-65mm。

应用本发明提供的适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头进行待测护栏立柱埋深测量，参考图5，具体如下：

第一步，探头定位机构A11和探头定位机构B12控制探头移动至测量位置。所述的测量位置是指螺杆4的长轴与圆柱形护栏立柱的长轴的轴线重合。

移动巡检平台沿波形护栏板移动至待测护栏立柱位于探头定位机构A11的有效行程范围内。然后由探头定位机构A11移动探头整体使其位于立柱上方，与立柱对齐，即螺杆4的中心轴线与圆柱形护栏立柱的轴线重合。然后探头定位机构B12控制探头整体下移，使基座外壳1与护栏立柱上表面接触，然后继续控制探头下移，在探头继续下移的过程中，压力传感器10测量基座外壳1与立柱柱头表面接触面的压力，根据测量环境的不同，当压力传感器10测得的压力在20-40N时，探头定位机构B12停止探头下移。所述的压力传感器与中控系统连接通信。

第二步，步进电机6启动，控制超声模块7向下运动，压紧在待测护栏立柱端部。

步进电机6通过螺杆4带动U形块3和超声模块7相对于基座外壳1向下运动，直到U形块3双臂穿出基座外壳1下表面预留的方孔，如图3所示，双臂端部的磁铁8与立柱上表面磁力接触，运动停止。此时磁铁8的吸力(磁力)可保证U形块3与超声模块7的下表面与立柱柱头表面紧密贴合。

第三步，超声模块7发生超声波信号。

超声模块7发射超声波信号，安装在超声模块7端部与待测护栏立柱的端面接触的超声敏感元件9采集反射的超声波信号，转化为电信号。中控系统13通过标定的声波速度和发射信号与反射信号的时间差，即可计算出待测护栏立柱的埋深。

第四步，当前待测护栏立柱测量完毕，步进电机6带动螺杆4向上运动，收起U形块3和超声模块7。

第五步，移动巡检平台移动至下一根待测护栏立柱位置，返回第一步，直到最后一个护栏立柱的埋深测量完成。

Claims (5)

1.一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，其特征在于：所述的智能立柱埋深探头包括探头、探头定位机构A、探头定位机构B和中控系统三部分；所述的探头包括基座外壳、盖板、U形块、螺杆、联轴器、步进电机、超声模块、磁铁、超声敏感元件、压力传感器；所述盖板螺纹连接在基座壳体上表面；所述的压力传感器设置在基座外壳的下表面，所述的超声敏感元件安装在超声模块端部与待测护栏立柱接触的部分；所述的磁铁安装在所述U形块的两个U形两臂端部；所述的螺杆一端通过联轴器连接步进电机，另一端螺纹连接U形块后穿过盖板上通孔，螺纹连接基座壳体内部的超声模块；所述步进电机固定在探头定位机构B上，探头定位机构B与探头定位机构A之间滑动连接，探头定位机构A固定安装在以高速公路护栏波形梁为轨道的移动式巡检平台上，可随巡检平台沿公路波形护栏板移动；探头定位机构A和探头定位机构B为相互垂直的直线滑台组，可控制探头在竖直平面内的位置；所述的中控系统连接超声敏感元件、压力传感器和步进电机。

2.根据权利要求1所述的一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，其特征在于：所述的所述的基座外壳由防锈金属制成壳体结构，所述基座外壳上表面和下表面开有贯通的两个可供U形块的两臂穿过的条形通孔以及两个条形孔中间可供超声模块通过的方形孔，方形孔周围加工四个螺纹孔，用于和盖板固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，其特征在于：所述基座壳体的下表面设计为向上弯曲的弧面，使在检测立柱埋深时能够更好的与待测护栏立柱上表面贴合；U形块的两臂下表面与待测护栏立柱接触的部分设计为向上弯曲的弧面，用于与待测护栏立柱表面的良好接触；超声模块的下表面与待测护栏立柱接触的部分设计为向上弯曲的弧面。

4.根据权利要求1所述的一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头，其特征在于：所述所述螺杆的长轴方向与步进电机的旋转轴重合。

5.一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头进行护栏立柱埋深测量的方法，其特征在于：具体如下：

第一步，探头定位机构A和探头定位机构B控制探头移动至测量位置，基座外壳与待测护栏立柱端面接触；

第二步，步进电机启动，控制超声模块向下运动，压紧在待测护栏立柱端部；

步进电机通过螺杆带动U形块和超声模块相对于基座外壳向下运动，直到U形块双臂穿出基座外壳下表面预留的方孔，双臂端部的磁铁与立柱上表面磁力接触，运动停止；此时磁铁的吸力保证U形块与超声模块的下表面与立柱柱头表面紧密贴合；

第三步，超声模块发生超声波信号；

超声模块发射超声波信号，安装在超声模块端部与待测护栏立柱的端面接触的超声敏感元件采集反射的超声波信号，转化为电信号；中控系统13通过标定的声波速度和发射信号与反射信号的时间差，计算出待测护栏立柱的埋深；

第四步，当前待测护栏立柱测量完毕，步进电机带动螺杆向上运动，收起U形块和超声模块；

第五步，移动巡检平台移动至下一根待测护栏立柱位置，返回第一步，直到最后一个护栏立柱的埋深测量完成。