CN111501500A - 一种沥青路面细观结构检测装置及方法 - Google Patents

一种沥青路面细观结构检测装置及方法 Download PDF

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谢巍
刘宗志
李文龙
范卫华
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Abstract

本发明涉及一种沥青路面细观结构检测装置，包括传感器阵列，用于发射和接收第一信号；控制电路，用于控制所述传感器阵列，且存储所述传感器阵列的输出数据；支架结构，用于承载所述传感器阵列和所述控制电路，所述支架结构与所述传感器阵列在沥青路面上的投影不重叠；其中，所述第一信号遇到所述沥青路面的表面会发生反射，所述控制电路根据所述反射时间计算出所述传感器阵列对应位置点的z轴坐标值。所述检测装置对沥青路面细观结构的检测精度更高、检测速度更快、检测智能化更高、检测成本更低。

Description

一种沥青路面细观结构检测装置及方法
技术领域
本发明涉及沥青路面领域，尤其涉及一种沥青路面细观结构检测装置及方法。
背景技术
沥青路面的细观结构一方面反映了路表的纹理构造情况，另一方面也反映了路表的集料分布均匀性。通过对沥青路面的细观结构的检测和重构，可以进一步评价沥青路面的抗滑性能等指标。目前业界普遍采用相机拍照、并借助图像处理技术等，来实现对沥青路面的细观结构的检测和重构，但该种方法不但复杂，而且处理速度慢。如何准确、快速的对沥青路面的细观结构进行检测成为一个允待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种沥青路面细观结构检测装置及方法。
本发明提出的一种沥青路面细观结构检测装置，包括：
传感器阵列，用于发射和接收第一信号；
控制电路，用于控制所述传感器阵列，且存储所述传感器阵列的输出数据；
支架结构，用于承载所述传感器阵列和所述控制电路，所述支架结构与所述传感器阵列在沥青路面上的投影不重叠；
其中，所述第一信号遇到所述沥青路面的表面会发生反射，所述控制电路根据所述反射时间计算出所述传感器阵列对应位置点的z轴坐标值。
在本发明的一种示例性实施例中，所述传感器阵列为超声波传感器阵列。
在本发明的一种示例性实施例中，所述第一信号为超声波信号。
在本发明的一种示例性实施例中，所述超声波传感器的面积大于等于1平方微米且小于等于1平方毫米。
在本发明的一种示例性实施例中，所述支架结构包括水平支架结构和垂直支架结构，所述水平支架结构平行于x轴和y轴组成的面，所述垂直支架结构平行于z轴；其中，所述传感器阵列和所述控制电路均承载于所述水平支架结构上，所述垂直支架结构长度可调节。
在本发明的一种示例性实施例中，所述水平支架结构包括坐标原点，所述传感器阵列中的每一个传感器相对于所述坐标原点具有确定的x轴坐标值和y轴坐标值，所述坐标值存储于所述控制电路中；所述传感器阵列中的每一个传感器在所述控制电路的控制下向所述沥青路面发射所述超声波信号，所述控制电路处理所述每一个传感器接收的数据，得到每一个传感器对应的所述z轴坐标值。
在本发明的一种示例性实施例中，还包括步进电机，所述步进电机用于根据控制电路的控制，驱动所述传感器阵列在所述支架结构上的移动。
在本发明的一种示例性实施例中，所述步进电机的每步进值为1微米。
在本发明的一种示例性实施例中，所述控制电路为单片机，所述单片机中还存储有所述沥青路面的设计规格信息。
本发明还提出一种沥青路面细观结构检测方法，利用上述任一所述的检测装置，自动确定一固定面积的沥青路面的细观结构数据，所述细观结构数据包含所述固定面积的沥青路面的x轴、y轴、z轴的坐标值，并根据所述控制电路中存储的设计规格信息，自动判断所述沥青路面的细观结构是否满足设计规格。
本发明与现有技术相比，对沥青路面细观结构的检测精度更高、检测速度更快、检测智能化更高、检测成本更低。
附图说明
图1为一种沥青路面结构检测装置示意图；
图2为沿yz截面的沥青路面细观结构检测原理示意图；
图3为沥青路面结构重构俯视图；
图4为沥青路面细观结构检测方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
如图1所示，为一种沥青路面细观结构检测装置示意图，包括传感器阵列11，用于发射和接收第一信号；控制电路12，用于控制所述传感器阵列11，且存储所述传感器阵列11的输出数据；支架结构，用于承载所述传感器阵列11和所述处理电路12，所述支架结构与所述传感器阵列11在沥青路面上的投影不重叠；其中，所述第一信号遇到所述沥青路面的表面会发生反射，所述控制电路12根据所述反射时间计算出所述传感器阵列对应位置点的z轴坐标值。
在一种示例性实施例中，如图1所示的传感器阵列11为超声波传感器阵列，所示的第一信号为超声波信号。
具体的，将如图1所示的检测装置10放置于沥青路面上，控制电路12控制传感器阵列11中的每一个超声波传感器同时或依次发送超声波信号，超声波信号遇到沥青路面会发生反射，每一个超声波传感器接收反射回来的超声波信号，这里超声波阵列中的每一个超声波传感器发射和接收同一束超声波。每一个超声波传感器会记录它自身发送超声波和接收超声波的时间差，同时超声波具有固定的速度，根据时间差和速度，可以计算出每一个超声波传感器到沥青路面的距离，这个距离在图1中对应各个超声波传感器对应位置点的z轴坐标值。
进一步的，如图2所示，为沿yz截面的沥青路面细观结构检测原理示意图。例如，传感器阵列21的四个传感器，在控制电路的控制下，向沥青路面22依次发射超声波信号231、232、233、234，分别对应沥青路面22的a、b、c、d四个点，上述四个超声波信号在到达沥青路面22的a、b、c、d四个点后会发生反射，根据反射的时间可以推算出沥青路面22的a、b、c、d四个点相对于传感器阵列21的距离，即z轴坐标值。再结合图1，设定传感器阵列11的坐标原点15，传感器阵列11中的每一个传感器具有固定的长度和宽度，这样每一个传感器具有不同的且固定的x轴和y轴坐标值，从而可以得到一固定面积的沥青路面上的每一点相对于坐标原点15的x轴、y轴、z轴坐标值。
在一种示例性实施例中，所述超声波传感器的面积大于等于1平方微米且小于等于1平方毫米。结合图1和图2，当传感器阵列21中每一个传感器的尺寸足够小时，沥青路面22的a、b、c、d四点之间的距离也就足够小，从而可以在允许的误差范围内，完整的反映一固定面积的沥青路面22的各个点x轴、y轴、z轴坐标值。例如，1个平方米的传感器阵列21，当阵列中的一个传感器尺寸为1个平方毫米时，可以得到1个平方米的沥青路面22中的1000000个点的x轴、y轴、z轴坐标值，这样的精度足以反应沥青路面22的纹理构造情况，通过对1000000个数据的处理，我们可以重构沥青路面22的纹理构造，从而进一步的评价路面表面的均匀性。相较于传统对沥青路面细观结构的检测装置，本发明的装置检测精度更高，根据检测规格的要求选择合适尺寸的传感器，可以得到满足要求的精度。
在本发明的一种示例性实施例中，所述支架结构包括水平支架结构和垂直支架结构，所述水平支架结构平行于x轴和y轴组成的面，所述垂直支架结构平行于z轴；其中，所述传感器阵列和所述控制电路均承载于所述水平支架结构上，所述垂直支架结构长度可调节。
如图1所示，水平支架结构由平行于x轴的x支架13和平行于y轴的y支架16组成，垂直支架结构14的长度可调节，考虑到传感器检测的误差以及不同沥青路面的平整度不同等原因，将传感器阵列11和控制电路12放置于x支架13和y支架16组成的平面上，通过调节垂直支架结构14的长度，可以最大程度的减小传感器检测误差，同时使得检测装置10可以在不同平整度的沥青路面上使用，提高了检测装置的易用性。
在本发明的一种示例性实施例中，所述水平支架结构包括坐标原点，所述传感器阵列中的每一个传感器相对于所述坐标原点具有确定的x轴坐标值和y轴坐标值，所述坐标值存储于所述控制电路中；所述传感器阵列中的每一个传感器在所述控制电路的控制下向所述沥青路面发射所述超声波信号，所述控制电路处理所述每一个传感器接收的数据，得到每一个传感器对应的所述z轴坐标值。
如图1所示，传感器阵列11中的每一个传感器元件相对于坐标原点15的x轴和y轴坐标值是固定的，以坐标原点15为参考坐标原点，例如，第1行1列的传感器元件坐标值为(0.1mm，0.1mm)，第1行2列的传感器元件坐标值为(0.1mm，0.2mm)，第2行1列的传感器元件坐标值为(0.2mm，0.1mm)。所有传感器元件相对于坐标原点15的x轴和y轴坐标值都存储于控制电路12中，控制电路12还控制每一个传感器元件的工作，得到并处理每一个传感器元件的数据。当检测装置10对沥青路面进行检测时，可以得到一固定面积的沥青路面每一个点的z轴坐标值，例如，传感器元件之间的距离为1mm，即分辨率为100点/平方厘米，得一长为22mm宽为8mm的矩形沥青路面的每一点z轴坐标值如表1所示。
表1
Figure BSA0000210634270000051
Figure BSA0000210634270000061
根据表1中的数据，我们可以对沥青路面进行重构，得到如图3所示的沥青路面的重构俯视图，其中第一虚线框31内具有比第二虚线框32更密集的等高线，意味着第一虚线框31内具有比第二虚线框32更密集的集料分布。而从图3的整体上分析，可以进一步得到沥青路面的集料分布均匀性。通过设置合适的传感器元件尺寸、距离、调节垂直支架高度等手段，检测装置10可以对沥青路面细观结构进行更快速的检测，且检测精度更高、检测成本更低。利用检测得到的数据，可以快速、高精度的重构沥青路面，进而进一步分析沥青路面的集料分布、纹理构造等情况。
在本发明的一种示例性实施例中，还包括步进电机，所述步进电机用于根据控制电路的控制，驱动所述传感器阵列在所述支架结构上的移动。
在本发明的一种示例性实施例中，所述步进电机的每步进值为1微米。
在本发明的一种示例性实施例中，所述控制电路为单片机，所述单片机中还存储有所述沥青路面的设计规格信息。
为了使得检测装置10的检测的智能化水平更高，用一单片机作为控制电路12，例如可以使用AT89C51单片机，单片机中可以存储沥青路面的设计规格信息，例如设计规格中规定沥青粗集料的最大尺寸信息，将该信息存储于单片机中，单片机控制检测装置10的传感器阵列11工作，并得到传感器阵列11的如表1中的数据，根据数据计算出所检测沥青路面的最大集料尺寸，例如在图3中集料33的最大尺寸约为2.5mm长1mm宽，假设该尺寸超过了设计规格中关于集料尺寸的最大2mm长2mm宽的规定，则单片机自动报警，以提示该检测区域中有不符合设计规格的情况。单片机还可以通过控制步进电机的移动，进而控制传感器阵列11的移动，这样使得检测装置10的检测范围更广，检测更灵活，在不扩大检测装置体积的情况下，可以检测更大范围的沥青路面。
在本发明的一种示例性实施例中，所述检测装置还可以包括清扫部件，考虑到实际沥青路面的复杂情况，例如沥青路面有大量的尘土、沥青路面有大的石子颗粒等，清扫装置可以自动完成所要检测路面的清扫工作，以确保检测装置的工作环境满足要求，从而进一步的提高检测的精度。
本发明还提出一种沥青路面细观结构检测方法，如图4所示，利用上述任一所述的检测装置10，自动确定一固定面积的沥青路面的细观结构数据，例如22mm长8mm宽的沥青路面，得到如表1的数据，所述细观结构数据包含所述固定面积的沥青路面的x轴、y轴、z轴的坐标值，并根据所述控制电路中存储的设计规格信息，自动判断所述沥青路面的细观结构是否满足设计规格。
以上所述仅是本发明的示例性实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种沥青路面细观结构检测装置，其特征在于，包括：
传感器阵列，用于发射和接收第一信号；
控制电路，用于控制所述传感器阵列，且存储所述传感器阵列的输出数据；
支架结构，用于承载所述传感器阵列和所述控制电路，所述支架结构与所述传感器阵列在沥青路面上的投影不重叠；
其中，所述第一信号遇到所述沥青路面的表面会发生反射，所述控制电路根据所述反射时间计算出所述传感器阵列对应位置点的z轴坐标值。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述传感器阵列为超声波传感器阵列。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述第一信号为超声波信号。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述超声波传感器的面积大于等于1平方微米且小于等于1平方毫米。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述支架结构包括水平支架结构和垂直支架结构，所述水平支架结构平行于x轴和y轴组成的面，所述垂直支架结构平行于z轴；
其中，所述传感器阵列和所述控制电路均承载于所述水平支架结构上，所述垂直支架结构长度可调节。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述水平支架结构包括坐标原点，所述传感器阵列中的每一个传感器相对于所述坐标原点具有确定的x轴坐标值和y轴坐标值，所述坐标值存储于所述控制电路中；所述传感器阵列中的每一个传感器在所述控制电路的控制下向所述沥青路面发射所述超声波信号，所述控制电路处理所述每一个传感器接收的数据，得到每一个传感器对应的所述z轴坐标值。
7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括步进电机，所述步进电机用于根据控制电路的控制，驱动所述传感器阵列在所述支架结构上的移动。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述步进电机的每步进值为1微米。
9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述控制电路为单片机，所述单片机中还存储有所述沥青路面的设计规格信息。
10.一种沥青路面细观结构检测方法，其特征在于，利用权利要求1至9任一所述的检测装置，自动确定一固定面积的沥青路面的细观结构数据，所述细观结构数据包含所述固定面积的沥青路面的x轴、y轴、z轴的坐标值，并根据所述控制电路中存储的设计规格信息，自动判断所述沥青路面的细观结构是否满足设计规格。
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