CN110823839B - 考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置及方法。其特征是，在测量太阳辐射的基础上加测太阳高度角，并调整直接辐射传感器与阳光入射角度垂直，测量总辐射值，进而对沥青路面的反射率进行修正。本发明提出的测试装置及方法充分考虑太阳高度角对直接辐射带来的影响，克服了传统测量方法对同一测点在不同时间测量时反射率不同的弊端，能更加准确地获得沥青混合料及路面涂层的反射率，便于从路面热辐角度优选路面材料。

Description

考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置及方法
技术领域
本发明涉及沥青路面热辐性能检测和评价领域，特别是涉及考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置及方法。
背景技术
随着交通运输事业的不断进步，中国公路的建设达到了前所未有的新高度，形成四通八达的公路网，其中的高等级公路绝大多数采用沥青混凝土路面。虽然沥青路面平整度高，行车舒适，施工期段，并且养护维修简便可再生利用，但是沥青在高温下易软化，导致在夏季高温情况下，沥青路面性能下降，经车辆碾压，极易出现车辙、推移、拥包等病害，大大降低路面使用性能。
在自然条件下，沥青路面的热量主要来源于所吸收的太阳辐射，因此路表对太阳辐射的吸收率或反射率可以在一定程度上表征沥青路面吸热性能。利用反射率指标，可以优选沥青混合料和路面涂层，保证沥青路面在高温情况下依然有着良好的性能。
对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。当太阳高度角为90°时，此时太阳辐射强度最大；当太阳斜射地面时，太阳辐射强度就小。就反射辐射而言，沥青路面路表构造凹凸不平，主要为漫反射，太阳高度角的差异对反射辐射大小带来的影响很小。目前，测试反射率的方法为：直接辐射传感器正面朝上，反射辐射传感器正面朝下，简单地用测得的反射辐射比直接辐射，忽略了太阳高度角的差异带来的影响。
为此，申请人考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率设计对应测试装置并配套相应的修正方法。通过沥青路面反射率设计对应测试装置测量太阳高度角，调节直接辐射传感器测量总辐射，结合测得的反射辐射值，修正沥青路面的反射率，实现不同时间沥青混合料和路面涂层反射性能强弱的比较，进而为道路铺筑前的混合料和铺筑后的涂层选择提供参考。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置及方法，比较各种沥青混合料和路面涂层的反射率，准确地评价不同时间沥青混合料的反射性能，实现沥青混合料和路面涂层的优选，为达此目的，本发明提供考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置，包括支座、工作台、水准泡、支撑杆、转动杆、圆铁片、竖杆、辐射传感器和连接杆，所述工作台有4个支座，所述转动杆在工作台一端上，所述转动杆上部有上部带小孔圆铁片，所述带小孔圆铁片的中央有小孔，所述转动杆下部有下部圆铁片，两个圆铁片皆垂直于转动杆，所述支撑杆一端设置在工作台上另一端转动杆，所述工作台另一端上有竖杆，所述连接杆外侧端上方有上辐射传感器，所述连接杆外侧端下方有下辐射传感器，所述连接杆另一端通过紧固件固定在竖杆上可通过紧固件松紧实现连接杆并带动调整上辐射传感器和下辐射传感器位置。
作为本装置进一步改进，所述支座为可调支座，所述工作台上有水准泡，支座为4个，皆可调节长短，结合水准泡实现工作台的水平。
作为本装置进一步改进，所述转动杆为可调可转动杆由3端插接杆插接而成并通过调节件固定，支撑杆能够调节长短和转动，在笔直的转动杆转动的同时，实现对转动杆的固定。
作为本装置进一步改进，所述支座高度为40mm，正面是半径为10mm的正方形，所述工作台长400mm，宽200mm，高3mm，所述支撑杆直径依次为10、8、6、4mm，所述转动杆直径10mm，长为250mm，所述上部带小孔圆铁片和下部圆铁片直径均为50mm，两个圆铁片与转动杆之间靠连接铁片连接，所述连接铁片长10mm，所述竖杆长150mm，直径为10mm，所述连接杆(9)长200mm，直径6mm。
本发明提供一种考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试的方法，所述方法包括以下步骤：
第1步，将测量辐射及太阳高度角的装置放置在待测位置，旋转工作台，将转动杆对准太阳，调节四个支座，结合水准泡，将工作台调至水平；
第2步，调节转动杆，找到下部圆铁片产生光斑的状态时(若很难找到光斑，则说明转动杆未对准太阳，可稍微旋转工作台)，拧紧支撑杆上的螺栓，用以固定转动杆；
第3步，调节下辐射传感器的位置距工作台50mm，经辐射数据采集仪读出此时的直接辐射值Q和反射辐射值R；
第4步，拧下固定圆盘和辐射传感器的螺丝，以圆铁片的位置为基准，调节直接辐射传感器与其平行，读出此时的总辐射值Q总，该值应为任意转动直接辐射传感器时测得的最大值；
第5步，结合测得的反射辐射值，按①式修正沥青路面的反射率REF。
Figure GDA0002629758500000021
本发明考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置及方法，包括如下优点：
(1)本方法能够对不同时间的沥青路面的反射率进行修正，实现统一标准下沥青路面反射性能的比较；(2)本方法所述测量太阳高度角的装置结构简单，成本低，对太阳高度角的测量准确度较高；(3)本方法操作简便，计算简单，可衡量不同沥青混合料反射性能的强弱，进而为道路铺筑前的混合料优化设计和铺筑后的路面涂层选择提供参考。
附图说明
图1为辐射及太阳高度角测量装置图；
图2为上部圆铁片的正面图；
图示说明：
1-支座；2-工作台；3-水准泡；4-支撑杆；5-转动杆；6-下部圆铁片；7-上部带小孔圆铁片；8-竖杆；9-连接杆；10-上辐射传感器；11-下辐射传感器；12-小孔。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置及方法，比较各种沥青混合料和路面涂层的反射率，准确地评价不同时间沥青混合料的反射性能，实现沥青混合料和路面涂层的优选。
本发明提供如图1和2所示的考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置，包括支座1、工作台2、水准泡3、支撑杆4、转动杆5、圆铁片、竖杆8、辐射传感器和连接杆9，所述工作台2有4个支座1，所述支座为可调支座，所述工作台上有水准泡，支座为4个，皆可调节长短，结合水准泡实现工作台的水平，所述转动杆5在工作台2一端上，所述转动杆5上部有上部带小孔圆铁片7，所述带小孔圆铁片7的中央有小孔12，所述转动杆5下部有下部圆铁片6，两个圆铁片皆垂直于转动杆5，所述支撑杆4一端设置在工作台2上另一端转动杆5，所述转动杆为可调可转动杆由3端插接杆插接而成并通过调节件固定，支撑杆能够调节长短和转动，在笔直的转动杆转动的同时，实现对转动杆的固定，所述工作台2另一端上有竖杆8，所述连接杆9外侧端上方有上辐射传感器10，所述连接杆9外侧端下方有下辐射传感器11，所述连接杆9另一端通过紧固件固定在竖杆8上可通过紧固件松紧实现连接杆9并带动调整上辐射传感器10和下辐射传感器11位置。
本申请所述支座高度为40mm，正面是半径为10mm的正方形，所述工作台长400mm，宽200mm，高3mm，所述支撑杆直径依次为10、8、6、4mm，所述转动杆直径10mm，长为250mm，所述上部带小孔圆铁片和下部圆铁片直径均为50mm，两个圆铁片与转动杆之间靠连接铁片连接，所述连接铁片长10mm，所述竖杆长150mm，直径为10mm，所述连接杆长200mm，直径6mm。
测量辐射及太阳高度角的装置主要功能包括以下三个部分：
(1)测量太阳高度角；
原理：光沿直线传播。具体为：当调节转动杆的位置，必要时旋转工作台，在转动杆不与阳光光线平行的情况下，下部的圆铁片总会有阳光的照射；在转动杆与阳光光线平行的情况下，阳光会通过上部圆铁片的小孔在下部圆铁片上产生光斑，此时转动杆与水平面之间的夹角，即为太阳高度角。
(2)测量直接辐射和反射辐射；
辐射传感器主要是由双层石英玻璃罩、感应元件、遮光板、表体、干燥剂等部分组成，其测量的主要原理是热电效应原理，总辐射表感应元件是该表的核心部分，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。
连接杆一端连接竖杆，通过拧螺栓来调节辐射传感器的位置，另一端为圆铁盘使上下两个传感器合并在一起，中间靠螺丝将圆盘和上下两个传感器固定。面向上的为直接辐射传感器(测太阳直接辐射，测量波长范围为0.3-3μm)；面向下的为反射辐射传感器(测路面反射辐射，测量波长范围为0.3-3μm)。两个传感器同时连接辐射数据采集仪，能在阳光的照射下产生电流输出进而读取出直接辐射值和反射辐射值。
在具体实施过程，固定下辐射传感器距工作台的竖直高度为50mm，因辐射传感器正面朝上，阳光与传感器存在一定的夹角，因此需要调节直接辐射传感器，测量总辐射。
(3)找到调节直接辐射传感器的基准
在找到太阳高度角并且读出此时的直接辐射和反射辐射值以后，调节直接辐射传感器与圆铁片平行，即与阳光光线垂直，得测太阳总辐射值
考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试的修正方法，所述方法包括以下步骤：
第1步，将测量辐射及太阳高度角的装置放置在待测位置，旋转工作台，将转动杆对准太阳，调节四个支座，结合水准泡，将工作台调至水平；
第2步，不停地调节转动杆，找到下部圆铁片产生光斑的状态时(若很难找到光斑，则说明转动杆未对准太阳，可稍微旋转工作台)，拧紧支撑杆上的螺栓，用以固定转动杆；
第3步，调节下辐射传感器的位置距工作台50mm，经辐射数据采集仪读出此时的直接辐射值Q和反射辐射值R；
第4步，拧下固定圆盘和辐射传感器的螺丝，以圆铁片的位置为基准，调节直接辐射传感器与其平行，读出此时的总辐射值Q总，该值应为任意转动直接辐射传感器时测得的最大值；
第5步，结合测得的反射辐射值，按①式修正沥青路面的反射率REF。
Figure GDA0002629758500000051
该修正方法充分考虑到太阳高度角的差异，可以避免因时间不同导致太阳高度角差异而对反射率测试带来的影响，实现各个时间下沥青混合料反射性能的比较，反射率越大，传导效率越低，说明此种沥青混合料或路面涂层热性能越好。
路面热辐射的测试；
待测点为校园内道路沥青路面的一点，将将测量太阳高度角的装置放置在待测点，旋转工作台，将转动杆对准太阳，调节四个支座，结合水准泡，将工作台调至水平，松开支撑杆上的螺栓，慢慢调节转动杆的位置，直至仪器下部的圆铁片出现光斑为止，拧紧支撑杆上的螺栓，固定转动杆。
调节下辐射传感器的位置距工作台为5mm，经辐射数据采集仪读出直接辐射值Q和反射辐射值R，拧下螺丝，取下直接辐射传感器，以圆铁片的位置为基准调节直接辐射传感器，测得总辐射Q总，该值应为任意角度测量时测得的最大值，以下为测试结果：
表1辐射值
Figure GDA0002629758500000052
该待测点未经修正的反射率为：
Figure GDA0002629758500000053
该待测点经修正后的反射率为：
Figure GDA0002629758500000054
为验证此方法的准确性，在不同的时间点，再次在同一待测点进行了测试，方法同上，以下为测试结果：
表2二次测量辐射值
Figure GDA0002629758500000055
Figure GDA0002629758500000061
该待测点未经修正的反射率为：
Figure GDA0002629758500000062
再次测试，该待测点经修正后的反射率为：
Figure GDA0002629758500000063
以同一待测点的两次不同时间的测试结果来看，明显看出，未经修正时，同一待测点因时间上的差别，致使反射率存在一定的差距，当考虑太阳高度角的差异进行修正以后，两次修正后的反射率基本相同，由此，本方法可行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (2)

1.考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试装置，包括支座（1）、工作台（2）、水准泡（3）、支撑杆（4）、转动杆（5）、圆铁片、竖杆（8）、辐射传感器和连接杆（9），其特征在于；所述工作台（2）有4个支座（1），所述支座（1）为可调支座，所述工作台（2）上有水准泡（3），所述转动杆（5）在工作台（2）一端上，所述转动杆（5）上部有上部带小孔圆铁片，所述转动杆（5）为可调可转动杆，由3端插接杆插接而成并通过调节件固定，所述带小孔圆铁片的中央有小孔（12），所述转动杆（5）下部有下部圆铁片（6），两个圆铁片皆垂直于转动杆（5），所述支撑杆（4）一端设置在工作台（2）上另一端支撑转动杆（5），所述工作台（2）另一端上有竖杆（8），所述连接杆（9）外侧端上方有上辐射传感器（10），所述连接杆（9）外侧端下方有下辐射传感器（11），所述连接杆（9）另一端通过紧固件固定在竖杆（8）上可通过紧固件松紧实现连接杆（9）移动，并带动调整上辐射传感器（10）和下辐射传感器（11）位置，所述支座（1）高度为40mm，正面是半径为10mm的正方形，所述工作台（2）长400mm，宽200mm，高3mm，所述支撑杆（4）直径依次为10、8、6、4mm，所述转动杆（5）直径10mm，长为250mm，所述上部带小孔圆铁片（7）和下部圆铁片（6）直径均为50mm，两个圆铁片与转动杆（5）之间靠连接铁片连接，所述连接铁片长10mm，所述竖杆（8）长150mm，直径为10mm，所述连接杆（9）长200mm，直径6mm。
2.考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试的方法，所述考虑太阳高度角差异的沥青路面反射率测试的方法用沥青路面反射率测试装置，包括支座（1）、工作台（2）、水准泡（3）、支撑杆（4）、转动杆（5）、圆铁片、竖杆（8）、辐射传感器和连接杆（9），所述工作台（2）有4个支座（1），所述支座（1）为可调支座，所述工作台（2）上有水准泡（3），所述转动杆（5）在工作台（2）一端上，所述转动杆（5）上部有上部带小孔圆铁片，所述转动杆（5）为可调可转动杆，由3端插接杆插接而成并通过调节件固定，所述带小孔圆铁片的中央有小孔（12），所述转动杆（5）下部有下部圆铁片（6），两个圆铁片皆垂直于转动杆（5），所述支撑杆（4）一端设置在工作台（2）上另一端支撑转动杆（5），所述工作台（2）另一端上有竖杆（8），所述连接杆（9）外侧端上方有上辐射传感器（10），所述连接杆（9）外侧端下方有下辐射传感器（11），所述连接杆（9）另一端通过紧固件固定在竖杆（8）上可通过紧固件松紧实现连接杆（9）移动，并带动调整上辐射传感器（10）和下辐射传感器（11）位置，所述支座（1）高度为40mm，正面是半径为10mm的正方形，所述工作台（2）长400mm，宽200mm，高3mm，所述支撑杆（4）直径依次为10、8、6、4mm，所述转动杆（5）直径10mm，长为250mm，所述上部带小孔圆铁片（7 ）和下部圆铁片（6）直径均为50mm，两个圆铁片与转动杆（5）之间靠连接铁片连接，所述连接铁片长10mm，所述竖杆（8）长150mm，直径为10mm，所述连接杆（9）长200mm，直径6mm，所述方法包括以下步骤，其特征在于：
第1步，将测量辐射及太阳高度角的装置放置在待测位置，旋转工作台，将转动杆对准太阳，调节四个支座，结合水准泡，将工作台调至水平；
第2步，调节转动杆，找到下部圆铁片产生光斑的状态时,若很难找到光斑，则说明转动杆未对准太阳，可稍微旋转工作台，拧紧支撑杆上的螺栓，用以固定转动杆；
第3步，调节下辐射传感器的位置距工作台50mm，经辐射数据采集仪读出此时的直接辐射值Q和反射辐射值R；
第4步，拧下固定圆盘和辐射传感器的螺丝，以圆铁片的位置为基准，调节直接辐射传感器与其平行，读出此时的总辐射值Q总，该值应为任意转动直接辐射传感器时测得的最大值；
第5步，结合测得的反射辐射值，按①式修正沥青路面的反射率REF；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001
。
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