CN110042821B - 一种路基压实度智能检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路基压实度智能检测装置及检测方法，包括用于调节检测高度的升降底座，所述升降底座与第一电机连接，所述第一电机用于控制升降底座的升降高度，所述升降底座还与外壳连接，所述外壳的内部设有第二电机，所述第二电机的一端连接有电机轴，所述电机轴与旋转单元连接，所述旋转单元与检测单元连接，所述第二电机用于为旋转单元提供动力。本发明所述的路基压实度智能检测装置在实际使用过程中少量的打孔不仅不会对公路造成破坏，反而能够加速排水，有效地缓解因暴雨天气、管道漏水或其他原因造成的路面积水，避免了更多的安全隐患。

Description

一种路基压实度智能检测装置及方法

技术领域

本发明涉及路面功能层的检测领域，具体涉及一种路基压实度智能检测装置及方法。

背景技术

在我国，沥青路面结构已经成为一种非常普遍路面结构形式，JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中对路面透层,封层,粘层进行了定义，透层：为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好，在基层上浇洒乳化沥青、煤沥青或液体沥青而形成的透入基层表面的薄层；粘层：为加强沥青结构层与沥青结构层之间、沥青层与水泥混凝土路面之间的粘结而洒布的沥青材料薄层；封层：为封闭表面空隙，防止水分侵入面层或基层，在面层或基层上铺的沥青封面。铺筑在面层表面的称为上封层；铺筑在面层下面的称为下封层。按照结构顺序，从下到上依次为透层、粘层、封层。

但是车辙、坑槽、水破坏、反射裂缝等病害的存在，对路面结构的使用寿命产生了严重的影响，路面功能层的破坏会影响行车质量和行车安全，表现为路面服务能力下降、平整度和抗滑性能降低，增加路面结构的维修养护费用，同时产生重大的交通隐患。

传统的路基压实度检测方法往往需要对路面进行较多处的破坏取样，容易造成更大的安全隐患，因此探究一种路基压实度智能检测方法来对路面结构进行定期检测是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路基压实度智能检测方法，以解决现有技术中检测路面压实度的检测过程中，需要较多破坏路面进行取样的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提出一种路基压实度智能检测装置，装置包括用于调节检测高度的升降底座，所述升降底座与第一电机连接，所述第一电机用于控制升降底座的升降高度，所述升降底座还与外壳连接，所述外壳的内部设有第二电机，所述第二电机的一端连接有电机轴，所述电机轴与旋转单元连接，所述旋转单元与检测单元连接，所述第二电机用于为旋转单元提供动力；

所述外壳的外部还设有控制面板，用于接收、处理、发送所述控制面板获取的数据；

所述旋转单元包括第一磁性体、第二磁性体、垫片以及定位柱，所述第一磁性体固定在电机轴上，所述第二磁性体与所述检测单元固定连接，所述第一磁性体和第二磁性体为圆柱形磁体，所述第一磁性体上设置两个定位槽，所述两个定位槽关于所述第一磁性体横截面的圆心中心对称，所述第二磁性体与第一磁性体的定位槽的对应位置处设置有两个定位槽，所述定位柱插入定位槽中，用于固定所述第一磁性体和第二磁性体，使得第一磁性体和第二磁性体能够同步转动；

所述第二磁性体与外壳之间还设有一垫片，所述垫片为上表面光滑的金属垫片，所述垫片的直径大于所述第二磁性体，垫片的上表面与第二磁性体贴合接触，以减小旋转过程中的摩擦，提升路基压实度智能检测装置的使用寿命，垫片的下表面与外壳固定，所述垫片中间还带有圆形通孔，用于贯穿所述检测单元；

所述第一磁性体与第二磁性体相接触的一面极性相反，以增强第一磁性体与第二磁性体之间的作用力，在第二电机启动的过程中，保持整个路基压实度智能检测装置的整体转动，使得检测单元能够与第二电机的旋转圈数、旋转角度保持完全一致，提升检测的精确度，提高路基压实度智能检测装置的稳定性；

所述检测单元包括钻杆，超声波传感器均匀分布在钻杆上，所述超声波传感器的数据传输至控制面板进行运算处理，用于检测路基压实度从而检测地下功能层的故障；

所述钻杆的顶端穿过外壳的底部，贯穿垫片与所述第二磁性体固定连接，当第二电机启动时，电机轴转动带动第一磁性体、第二磁性体及钻杆转动，所述钻杆的末端连接一打孔刀头，所述打孔刀头为平台状，所述检测单元还包括套筒，用于保护钻杆及超声波传感器；

所述打孔刀头上还装有应力片，用于在打孔过程中实时检测应力片的受力值并且记录距离路面面层的实时深度L，并无线传输至控制面板进行运算处理，以判断所需检测的道路功能层的位置，

N＝F/S (1)

其中，N表示打孔过程中实时的应力值，F表示打孔过程中应力片实时的受力值，S表示打孔刀头的下表面积；

其中，N₁表示封层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₁，N₂表示粘层的应力值，此时的粘层上表面距离路面面层的深度为L₂，N₃表示透层的应力值，此时的透层上表面距离路面面层的深度为L₃；

打孔结束后，所述旋转单元启动，第二电机带动第一磁性体转动从而带动钻杆转动，超声波传感器发送超声频率，并接收返回的超声频率，传输至控制面板进行计算：

其中，D表示路基压实度，L表示深度、N应力值、n圈数、T表示超声波发送频率，T＞22kHz、R表示超声波接收频率；

其中，透层的压实度可以表示为D₁：

封层的压实度可以表示为D₂：

粘层的压实度可以表示为D₃：

具体而言，所述套筒为直径55mm的圆柱形中空套筒，所述套筒和打孔刀头均为硬质合金。

具体而言，所述钻杆为碳纤维复合材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述路基压实度智能检测装置通过打孔刀头上的应力片穿过路面面层、封层、粘层和透层时应力值的差异，确定打孔深度，能够刚好对所需检测的部分进行打孔，不会造成不必要的损坏。

进一步地，所述路基压实度智能检测装置通过超声波检测路基压实度，由于超声波的穿透能力极强，有效解决了传统路基压实度检测过程中取样次数过多的问题。

进一步地，所述路基压实度智能检测装置能够实现打孔功能，在实际操作过程中，不需要额外携带打孔工具，并且能够依据公路状况确定打孔深度，大大提高工作便利性。

进一步地，所述路基压实度智能检测装置在实际使用过程中少量的打孔不仅不会对公路造成破坏，反而能够加速排水，有效地缓解因暴雨天气、管道漏水或其他原因造成的路面积水，避免了更多的安全隐患。

另一方面，本发明提出一种路基压实度智能检测方法，包括如下步骤：

步骤1、根据检测需要选区适当的位置，路基压实度检测装置就位；

步骤2、打孔，第一电机带动升降底座向下压，对路面打孔，打孔过程中应力片的受力值传输至控制面板进行运算处理，同时记录距离路面面层的实时深度L，传输至控制面板：

N＝F/S (7)

其中，N表示打孔过程中实时的应力值，F表示打孔过程中应力片实时的受力值，S表示打孔刀头的下表面积；

其中，N₁表示封层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₁，N₂表示粘层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₂，N₃表示透层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₃，

当N＞30时，打孔刀头穿过透层，第一电机停止运行；

步骤3、旋转检测，打孔结束后，所述旋转单元启动，第二电机带动第一磁性体转动从而带动钻杆转动，超声波传感器发送超声频率，并接收返回的超声频率，传输至控制面板进行计算，

其中，D表示路基压实度，L表示深度、N应力值、n圈数、T表示超声波发送频率，T＞22kHz、R表示超声波接收频率；

其中，透层的压实度可以表示为D₁：

封层的压实度可以表示为D₂：

粘层的压实度可以表示为D₃：

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例路基压实度智能检测装置的结构图。

具体实施方式

下面参照附图来描述发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。

需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

此外，还需要说明的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例提供的路基压实度智能检测装置的结构示意图，装置包括用于调节检测高度的升降底座31，所述升降底座31与第一电机42连接，所述第一电机42用于控制升降底座31的升降高度，所述升降底座31还与外壳7连接，所述外壳7的内部设有第二电机41，所述第二电机41的一端连接有电机轴5，所述电机轴5与旋转单元连接，所述旋转单元与检测单元连接，所述第二电机41用于为旋转单元提供动力。

具体而言，所述外壳7的外部还设有控制面板(图中未标出)，用于接收、处理、发送所述控制面板获取的数据。

具体而言，所述旋转单元包括第一磁性体61、第二磁性体62、垫片63以及定位柱64，所述第一磁性体固定在电机轴5上，所述第二磁性体62与所述检测单元固定连接，所述第一磁性体61和第二磁性体62为圆柱形磁体，所述第一磁性体61上设置两个定位槽(图中未标出)，所述两个定位槽关于所述第一磁性体61横截面的圆心中心对称，所述第二磁性体62与第一磁性体61的定位槽的对应位置处设置有两个定位槽，所述定位柱64恰好插入定位槽中，用于固定所述第一磁性体61和第二磁性体62，使得第一磁性体61和第二磁性体62能够同步转动。

具体而言，所述第二磁性体62与外壳7之间还设有一垫片63，所述垫片63为上表面光滑的金属垫片，所述垫片63的直径略大于所述第二磁性体62，垫片63的上表面与第二磁性体62贴合接触，以减小旋转过程中的摩擦，提升装置的使用寿命，垫片63的下表面与外壳7固定，所述垫片63中间还带有圆形通孔，用于贯穿所述检测单元。

具体而言，所述第一磁性体61与第二磁性体62相接触的一面极性相反，以增强第一磁性体61与第二磁性体62之间的作用力，在第二电机41启动的过程中，保持整个装置的整体转动，使得检测单元能够与第二电机41的旋转圈数、旋转角度保持完全一致，提升检测的精确度，提高装置的稳定性。

具体而言，所述检测单元包括钻杆2、超声波传感器21均匀分布在钻杆2上，所述超声波传感器21的数据传输至控制面板进行运算处理，用于检测路基压实度从而检测地下功能层的故障。

具体而言，所述钻杆2的顶端穿过外壳7的底部，贯穿垫片63与所述第二磁性体62固定连接，当第二电机41启动时，电机轴5转动带动第一磁性体61、第二磁性体62及钻杆2转动，所述钻杆2的末端连接一打孔刀头23，由于公路材质较硬，所述打孔刀头为平台状，避免打孔过程中所述打孔刀头23损坏，需要经常更换刀头，减少了工作人员的工作量，提高工作效率，所述检测单元还包括套筒22，用于保护钻杆2及超声波传感器21。

具体而言，所述打孔刀头23上还装有应力片(图中未标出)，用于在打孔过程中实时检测应力片的受力值并且记录距离路面面层10的实时深度L，并无线传输至控制面板进行运算处理，以判断所需检测的道路功能层的位置，

N＝F/S (1)

其中，N表示打孔过程中实时的应力值，F表示打孔过程中应力片实时的受力值，S表示打孔刀头的下表面积；

其中，N₁表示封层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₁，N₂表示粘层的应力值，此时的粘层上表面距离路面面层的深度为L₂，N₃表示透层的应力值，此时的透层上表面距离路面面层的深度为L₃。

打孔结束后，所述旋转单元启动，第二电机41带动第一磁性体61转动从而带动钻杆2转动，超声波传感器21发送超声频率，并接收返回的超声频率，传输至控制面板进行计算：

其中，D表示路基压实度，L表示深度、N应力值、n圈数、T表示超声波发送频率，T＞22kHz、R表示超声波接收频率；

其中，透层的压实度可以表示为D₁：

封层的压实度可以表示为D₂：

粘层的压实度可以表示为D₃：

具体而言，所述套筒22为直径55mm的圆柱形中空套筒，所述套筒22和打孔刀头23均为硬质合金，具有耐磨耐腐蚀的优点，并且硬质合金的高强度、高硬度能够使其更好地完成打孔任务。

具体而言，所述钻杆2为碳纤维复合材料，具有高强度、高耐热性、耐腐蚀性的特点，同时热膨胀系数小，不易发生形变，比重小，仅为钢的五分之一，明显减轻装置重量，便于搬运。

在本实施例中，所述路基压实度智能检测装置通过超声波检测路基压实度，由于超声波的穿透能力极强，有效解决了传统路基压实度检测过程中取样次数过多的问题。

在本实施例中，所述路基压实度智能检测装置通过打孔刀头23上的应力片穿过路面面层、封层11、粘层12和透层13时应力值的差异，确定打孔深度，能够刚好对所需检测的部分进行打孔，不会造成不必要的损坏。

在本实施例中，所述路基压实度智能检测装置能够实现打孔功能，在实际操作过程中，不需要额外携带打孔工具，并且能够依据公路状况确定打孔深度，大大提高工作便利性。

在本实施例中，所述路基压实度智能检测装置在实际使用过程中少量的打孔不仅不会对公路造成破坏，反而能够加速排水，有效地缓解因暴雨天气、管道漏水或其他原因造成的路面积水，避免了更多的安全隐患。

本发明实施例中，还提供一种路基压实度智能检测方法，包括，

步骤1、根据检测需要选区适当的位置，路基压实度检测装置就位；

步骤2、打孔，第一电机带动升降底座向下压，对路面打孔，打孔过程中应力片的受力值传输至控制面板进行运算处理，同时记录距离路面面层的实时深度L，传输至控制面板：

N＝F/S (7)

其中，N表示打孔过程中实时的应力值，F表示打孔过程中应力片实时的受力值，S表示打孔刀头的下表面积；

其中，N₁表示封层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₁，N₂表示粘层的应力值，此时的粘层上表面距离路面面层的深度为L₂，N₃表示透层的应力值，此时的透层上表面距离路面面层的深度为L₃，

当N＞30时，打孔刀头穿过透层，第一电机停止运行；

步骤3、旋转检测，打孔结束后，所述旋转单元启动，第二电机41带动第一磁性体61转动从而带动钻杆2转动，超声波传感器21发送超声频率，并接收返回的超声频率，传输至控制面板进行计算，

其中，D表示路基压实度，L表示深度、N应力值、n圈数、T表示超声波发送频率，T＞22kHz、R表示超声波接收频率；

其中，透层的压实度可以表示为D₁：

封层的压实度可以表示为D₂：

粘层的压实度可以表示为D₃：

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种路基压实度智能检测装置，其特征在于，包括用于调节检测高度的升降底座，所述升降底座与第一电机连接，所述第一电机用于控制升降底座的升降高度，所述升降底座还与外壳连接，所述外壳的内部设有第二电机，所述第二电机的一端连接有电机轴，所述电机轴与旋转单元连接，所述旋转单元与检测单元连接，所述第二电机用于为旋转单元提供动力；

所述外壳的外部还设有控制面板，用于接收、处理、发送所述控制面板获取的数据；

所述旋转单元包括第一磁性体、第二磁性体、垫片以及定位柱，所述第一磁性体固定在电机轴上，所述第二磁性体与所述检测单元固定连接，所述第一磁性体和第二磁性体为圆柱形磁体，所述第一磁性体上设置两个定位槽，所述两个定位槽关于所述第一磁性体横截面的圆心中心对称，所述第二磁性体与第一磁性体的定位槽的对应位置处设置有两个定位槽，所述定位柱插入定位槽中，用于固定所述第一磁性体和第二磁性体，使得第一磁性体和第二磁性体能够同步转动；

所述第二磁性体与外壳之间还设有一垫片，所述垫片为上表面光滑的金属垫片，所述垫片的直径大于所述第二磁性体，垫片的上表面与第二磁性体贴合接触，以减小旋转过程中的摩擦，提升路基压实度智能检测装置的使用寿命，垫片的下表面与外壳固定，所述垫片中间还带有圆形通孔，用于贯穿所述检测单元；

所述第一磁性体与第二磁性体相接触的一面极性相反，以增强第一磁性体与第二磁性体之间的作用力，在第二电机启动的过程中，保持整个路基压实度智能检测装置的整体转动，使得检测单元能够与第二电机的旋转圈数、旋转角度保持完全一致，提升检测的精确度，提高路基压实度智能检测装置的稳定性；

所述检测单元包括钻杆，超声波传感器均匀分布在钻杆上，所述超声波传感器的数据传输至控制面板进行运算处理，用于检测路基压实度从而检测地下功能层的故障；

所述钻杆的顶端穿过外壳的底部，贯穿垫片与所述第二磁性体固定连接，当第二电机启动时，电机轴转动带动第一磁性体、第二磁性体及钻杆转动，所述钻杆的末端连接一打孔刀头，所述打孔刀头为平台状，所述检测单元还包括套筒，用于保护钻杆及超声波传感器；

所述打孔刀头上还装有应力片，用于在打孔过程中实时检测应力片的受力值并且记录距离路面面层的实时深度L，并无线传输至控制面板进行运算处理，以判断所需检测的道路功能层的位置，

N＝F/S (1)

其中，N表示打孔过程中实时的应力值，F表示打孔过程中应力片实时的受力值，S表示打孔刀头的下表面积；

其中，N₁表示封层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₁，N₂表示粘层的应力值，此时的粘层上表面距离路面面层的深度为L₂，N₃表示透层的应力值，此时的透层上表面距离路面面层的深度为L₃；

打孔结束后，所述旋转单元启动，第二电机带动第一磁性体转动从而带动钻杆转动，超声波传感器发送超声频率，并接收返回的超声频率，传输至控制面板进行计算：

其中，D表示路基压实度，L表示深度、N应力值、n圈数、T表示超声波发送频率，T＞22kHz、R表示超声波接收频率；

其中，透层的压实度可以表示为D₁：

封层的压实度可以表示为D₂：

粘层的压实度可以表示为D₃：

2.根据权利要求1所述的路基压实度智能检测装置，其特征在于，所述套筒为直径55mm的圆柱形中空套筒，所述套筒和打孔刀头均为硬质合金。

3.根据权利要求1所述的路基压实度智能检测装置，其特征在于，所述钻杆为碳纤维复合材料。

4.一种根据权利要求1所述路基压实度智能检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据检测需要选区适当的位置，路基压实度检测装置就位；

步骤2、打孔，第一电机带动升降底座向下压，对路面打孔，打孔过程中应力片的受力值传输至控制面板进行运算处理，同时记录距离路面面层的实时深度L，传输至控制面板：

N＝F/S (7)

其中，N表示打孔过程中实时的应力值，F表示打孔过程中应力片实时的受力值，S表示打孔刀头的下表面积；

其中，N₁表示封层的应力值，此时的封层上表面距离路面面层的深度为L₁，N₂表示粘层的应力值，此时的粘层上表面距离路面面层的深度为L₂，N₃表示透层的应力值，此时的透层上表面距离路面面层的深度为L₃，

当N＞30时，打孔刀头穿过透层，第一电机停止运行；

步骤3、旋转检测，打孔结束后，所述旋转单元启动，第二电机带动第一磁性体转动从而带动钻杆转动，超声波传感器发送超声频率，并接收返回的超声频率，传输至控制面板进行计算，

其中，D表示路基压实度，L表示深度、N应力值、n圈数、T表示超声波发送频率，T＞22kHz、R表示超声波接收频率；

其中，透层的压实度可以表示为D₁：

封层的压实度可以表示为D₂：

粘层的压实度可以表示为D₃：

Images