CN112414460A - 一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路动态力学信息采集系统，公开了一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，包括传感器组(1)、电源和数据收集器，所述传感器组(1)设于沥青面层层底，该传感器组(1)中的各传感器以设定的间距布置，且均与所述电源以及所述数据收集器电连接，以能够传递所测量的数据；所述传感器组(1)包括沥青应变计(11)、土压力计(12)、竖向应变计(13)和多点位移计(14)。本发明实现了对沥青路面上受车辆碾压的区域的动态力学响应的检测，且各传感器之间的布置方式能够避免相互之间的干扰，使得检测结果更加合理准确。

Description

一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统

技术领域

本发明涉及道路动态力学信息采集系统，具体涉及一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统。

背景技术

车辆对沥青路面所施加的载荷大小与沥青路面所产生的应变量的大小有着密切的关系，为了探究沥青路面所受载荷大小与沥青路面应变量大小之间的关系，需要对沥青路面在车辆的动态载荷作用下所受到力以及受力过程中应变量的变化过程进行数字化分析。

为了进行沥青路面在车辆的动态载荷作用下所受到力以及受力过程中应变量的变化过程的数字化分析，需要利用传感器对沥青路面所受到的力变化过程以及应变量的变化过程进行测量，并记录测量数据以进行进一步地分析。

现有技术方案中对于沥青路面的动态力学响应的检测中，由为了获取不同区域内的足够量的力学响应数据，通常会布置较多传感器，极易使得的用于检测的各传感器之间产生干扰，导致测量结果失准，难以获得更为精确的数据分析结果。

有鉴于此，需要提供一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其能够保证测量数据的准确性，且测量系统的布置成本低。

为实现以上发明目的，本发明提供一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，包括传感器组、电源和数据收集器，所述传感器组设于沥青面层层底，该传感器组中的各传感器以设定的间距布置，且均与所述电源以及所述数据收集器电连接，以能够传递所测量的数据；所述传感器组包括沥青应变计、土压力计、竖向应变计和多点位移计。

具体地，所述沥青应变计、所述土压力计和所述竖向应变计均设于行车道的车辆轮迹处；所述多点位移计设于硬路肩处。

优选地，所述沥青应变计、所述土压力计和所述竖向应变计均与所述多点位移计电连接，并能够经由所述多点位移计与所述电源以及所述数据收集器电连接。

具体地，所述沥青应变计配置为8个，且任意两个所述沥青应变计相配合，以能够形成为4个沥青应变计测量单元；4个所述沥青应变计测量单元能够合围出一个四边形区域；所述土压力计配置为1个，且位于所述四边形区域的内侧；所述竖向应变计配置为8个，且位于所述四边形区域的外侧。

优选地，各所述沥青应变计测量单元中的两个所述沥青应变计均相互垂直布置，以使得其中一个所述沥青应变计能够测量行车方向的沥青面层层底拉应变，另一个所述沥青应变计能够测量行车道宽度方向的沥青面层层底拉应变。

优选地，所述四边形区域为正方形区域，且所述土压力计位于该正方形区域的中心点处。

进一步优选地，所述正方形区域的边长d1≥60cm。

进一步优选地，所述竖向应变计与所述四边形区域的四个角处的设定间距d2≥20cm。

进一步优选地，所述多点位移计沿所述行车道的行车方向前置或后置于所述沥青应变计、所述土压力计和所述竖向应变计所形成的测量区域。

更优选地，所述多点位移计与所述测量区域之间沿所述行车方向的设定间距d3≥80cm。

本发明通过布置于沥青面层层底处的传感器组实现了对沥青面层层底拉应变、动态荷载作用下沥青面层垂直压力以及沥青面层层底压应变的数据测量与记录，将沥青应变计、土压力计和竖向应变计布置于行车道车辆轮迹处能够方便获取更多的测量数据组；将多点位移计布置硬路肩处，能够使得多点位移计不会因为受到车辆的碾压而受损；且各传感器之间的间隔距离维持在所设定的范围，从而能够使得相邻的两个传感器中的任一传感器对沥青层的力学结构的影响不会对另一传感器的测量结果造成干扰，以能够保证测量数据的准确性；且本发明的传感器布置方式能够实现以较少的传感器实现对所需的数据的测量，因而能够降低测量系统的布置成本。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中各传感器布置位置的示意图。

附图标记说明

1-传感器组 11-沥青应变计

12-土压力计 13-竖向应变计

14-多点位移计 2-行车道

3-硬路

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

首先要说明的是，附图中的W所指方向为行车方向，行车方向是指车辆按照交通规则在行车道2上的行驶方向。

在本发明的一个实例中，如图1所示，本发明所提供的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统包括传感器组1、电源和数据收集器，所述传感器组1设于沥青面层层底，该传感器组1中的各传感器以设定的间距布置，且均与所述电源以及所述数据收集器电连接，以能够传递所测量的数据；所述传感器组1包括沥青应变计11、土压力计12、竖向应变计13和多点位移计14。

本发明通过布置于沥青面层层底处的传感器组实现了对沥青面层层底拉应变、动态荷载作用下沥青面层垂直压力、沥青面层层底压应变以及沥青路面在车辆的动态载荷作用下应变量的变化过程的测量与记录，使得能够基于测量结果实现对载荷大小与沥青路面所产生的应变量之间的关系的分析。

具体地，沥青应变计11、土压力计12和竖向应变计13均设于行车道2的车辆轮迹处；多点位移计14设于硬路肩3处。由于车辆轮迹处受到车辆压载的频次高，故将沥青应变计11、土压力计12和竖向应变计13设于车辆轮迹处能够获得足够的测量数据，从而使得对数据进行分析后得到的结果更为准确，更具普遍性；由于多点位移计14的工作特性，其自身因保证不发生形变，故需要将其设置于硬路肩3处，该设计一方面能够使得多点位移计14不会因为受到车辆的碾压而损毁，另一方面还可以借助硬路肩3的支撑，保持自身的竖直状态，从而能够保证测量结果的准确性。

进一步具体地，沥青应变计11、土压力计12和竖向应变计13均与多点位移计14电连接，并能够经由多点位移计14与电源以及数据收集器电连接。电连接的方式优选为有线连接，有线连接的方式，一方面能够方便对各传感器进行供电，另一方面也能够使得测量结果的传递更加稳定；此外，由于电源一般布置在行车道2外侧靠近硬路肩3处，故该技术方案，能够使得多点位移计14起到传输节点的作用，从而能够使得有线连接的线路布置更为有序且能够减少线材的使用。

进一步具体地，沥青应变计11配置为8个，且任意两个沥青应变计11相配合，以能够形成为4个沥青应变计测量单元；4个沥青应变计测量单元能够合围出一个四边形区域；土压力计12配置为1个，且位于四边形区域内侧；竖向应变计13配置为8个，且位于四边形区域外侧。将8个沥青应变计11划分为4个沥青应变计测量单元，且将4个沥青应变计测量单元合围成一个四边形区域，能够形成一个范围性的测量区域，从而能够提升获得有效测量数据的几率，以获得更多的测量数据。

进一步具体地，各沥青应变计测量单元中的两个沥青应变计11均相互垂直布置，以使得其中一个沥青应变计11能够测量行车方向的沥青面层层底拉应变，另一个沥青应变计11能够测量行车道宽度方向的沥青面层层底拉应变。由于沥青材料质地软，故在受到压载时，沥青面层的底部沿行车方向以及行车道2的宽度方向上均会产生拉应力，因此对行车方向和行车道2的宽度方向的拉应力都需要进行测量。需要注意的是，沥青应变计测量单元中的两个沥青应变计11应处于同一水平面上，且具体可优选为如图1所示的呈“T”字型的布置形式。

优选地，四边形区域为正方形区域，且土压力计12位于该正方形区域的中心点处。将四边形区域设置为正方形区域能够使得传感器之间的布置更为紧凑，以能够使得在进行线路连接时所需要的线材更少，达到节约成本的目的。将土压力计12布置在该正方形区域的中心点处，一方面能够使得土压力计12处于车辆轮迹处的中心区域，该区域上车轮经过频次更高，使得仅需要布置一个土压力计12即可获得足量的测量数据；另一方面，该布置方案能够保证土压力计12与各沥青应变计测量单元之间的间距，在保证了传感器间布置更为紧凑的前提下，还能够避免相邻的两个传感器中的任一传感器对沥青层的力学结构的影响造成对另一传感器的测量结果的干扰，从而保证了测量数据的准确性；同时也能够减少有线连接过程中连接线的用量，从而达到减少布置成本的目的。具体地，土压力计12与沥青应变计11之间的间距与土压力计12的测量结果关系如表1所示，由表1可知土压力计12与沥青应变计11之间的间距大于等于30cm后，土压力计12与沥青应变计11之间的间距对土压力计12的测量结果的影响程度已经很微小，且测量误差在可接受的范围内，故需要保证土压力计12与沥青应变计11之间的间距大于等于30cm。

表1(单位：kPa)

间距	15cm	20cm	25cm	30cm	35cm	40cm	45cm
								测量结果	52.1	53.7	54.2	56.8	56.9	57.0	57.0

进一步优选地，正方形区域的边长d1≥60cm。由于沥青应变计11能够对沥青面层的底部起到一定的支撑作用，阻碍了沥青面层沿行车方向以及行车道2的宽度方向的拉伸形变，且由于沥青的刚度较低，受到的压载主要由受压区域承接，故而沥青应变计11主要会影响到对应变量的测量结果，而对应力的测量结果的影响程度较小，所以在实际运用中主要考虑各沥青应变计11之间的距离，具体地，相邻的两个测量同方向应变量的沥青应变计11之间的间距与其测量结果关系如表1所示，由表2可知当测量相同方向的应变量的两个沥青应变计11之间的间距大于等于60cm后，两沥青应变计11之间的间距对应变量的测量结果的影响程度已经很微小，且测量误差在可接受的范围内，故需要使得相邻两个沥青应变计测量单元间的间距大于等于60cm，即正方形区域的边长d1≥60cm，且为了使得传感器之间的布置更为紧凑，以达到减少有线连接过程中连接线的用量，从而达到减少布置成本的目的，正方形区域的边长d1可优选为60cm。

表2(单位：με)

进一步优选地，竖向应变计13与四边形区域的四个角处的设定间距d2≥20cm。由于竖向应变计13在测量竖直方向的应变量时，需要随着沥青面层进行相应的竖向形变，故其对于沥青面层沿行车方向以及行车道2的宽度方向的拉伸形变的影响较小而对压力的测量影响较大，具体地，竖向应变计13与沥青应变计11之间的间距与沥青应变计11的测量结果关系如表3所示，竖向应变计13与土压力计12之间的间距与土压力计12的测量结果关系如表4所示，由表3可知，以同样大小的压载施加于竖向应变计13与沥青应变计11处，如700kPa，当竖向应变计13与沥青应变计11之间的间距大于等于20cm后，即竖向应变计13与四边形区域的四个角处的间隔距离d2≥20cm后，竖向应变计13与沥青应变计11之间的间隔距离对沥青应变计11的测量结果的影响程度已经很微小，且测量误差在可接受的范围内，因此该间隔距离能够避免竖向应变计13与沥青应变计11之间的相互干扰，保证了测量数据的准确性；由表4可知，以同样大小的压载施加于竖向应变计13与土压力计12处，如700kPa，当竖向应变计13与土压力计12之间的间距大于等于55cm后，即竖向应变计13与土压力计12之间的间隔距离大于等于55cm后，竖向应变计13与土压力计12之间的间隔距离对土压力计12的测量结果的影响程度已经很微小，且测量误差在可接受的范围内，保证了测量数据的准确性。故为了防止竖向应变计13与土压力计12之间的相互干扰，以及使得传感器之间的布置更为紧凑以减少有线连接的线材的使用从而节约成本，竖向应变计13应设置在四边形区域外侧与土压力计12之间的间隔距离大于等于55cm处，且与四边形区域的四个角处的间隔距离d2可优选为20cm，具体可如图1所示，竖向应变计13位于四边形区域外侧并沿行车方向或行车道2的宽度方向布置于距沥青应变计测量单元20cm处。

表3(单位：με)

表4

进一步优选地，多点位移计14沿行车道2的行车方向前置或后置于沥青应变计11、土压力计12和竖向应变计13所形成的测量区域。由于设于沥青面层底部的沥青应变计11、土压力计12和竖向应变计13会对沥青面层的力学结构产生影响，进而会干扰多点位移计14对沥青面层中不同深度处的竖向变形的测量结果，且当多点位移计14处于测量区域正右方所对应的硬路肩3上的区域时，任不能避免对测量结果的干扰，故需要使得多点位移计14沿行车道2的行车方向前置或后置于沥青应变计11、土压力计12和竖向应变计13所形成的测量区域，以避免对测量结果的干扰。

更优选地，多点位移计14与测量区域之间沿行车方向的设定间距d3≥80cm。多点位移计14与测量区域之间的间距与其测量结果关系如表5所示，由表5可知当多点位移计14与测量区域之间的间距大于等于80cm后，多点位移计13与测量区域之间的间距对基层竖向形变的测量结果的影响程度已经很微小，且测量误差在可接受的范围内，因此该间隔距离能够避免对多点位移计14的测量结果的干扰，保证了测量数据的准确性；而为了方便多点位移计14与沥青应变计11、土压力计12以及竖向应变计13之间进行有线连接，并减少线材的使用以节约成本，多点位移计14与测量区域之间沿行车方向的间隔距离d3可优选设置为80cm。

表5(单位：mm)

间距	40cm	50cm	60cm	70cm	80cm	90cm	100cm
								测量结果	1.7	1.8	2.0	2.2	2.3	2.3	2.3

综合上述各技术方案可知，本发明的主要优点在于：在保证各传感器之间能够互不干扰的前提下，以更紧凑的布置方式对传感器进行布置，从而能够减少在各传感器之间以及各传感器与数据收集器之间进行线路连接时所需要的线材，进而达到保证测量结果准确性以及节约成本的目的；将沥青应变计11、土压力计12和竖向应变计13布置于行车道2的车辆轮迹处能够方便获取更多的测量数据组；配置多个沥青应变计11并将其划分为多个沥青应变计测量单元，能够使得其中的某一沥青应变计测量单元失效或部分失效时，其余的沥青应变计测量单元依然能够提供所需的测量数据；同理，配置多个竖向应变计13，能够使得其中的部分竖向应变计13失效时，其余的竖向应变计13依然能够提供所需的测量数据；将多点位移计14布置硬路肩处，能够使得多点位移计14不会因为受到车辆的碾压而受损。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，包括传感器组(1)、电源和数据收集器，所述传感器组(1)设于沥青面层层底，该传感器组(1)中的各传感器以设定的间距布置，且均与所述电源以及所述数据收集器电连接，以能够传递所测量的数据；所述传感器组(1)包括沥青应变计(11)、土压力计(12)、竖向应变计(13)和多点位移计(14)。

2.根据权利要求1所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述沥青应变计(11)、所述土压力计(12)和所述竖向应变计(13)均设于行车道(2)的车辆轮迹处；所述多点位移计(14)设于硬路肩(3)处。

3.根据权利要求2所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述沥青应变计(11)、所述土压力计(12)和所述竖向应变计(13)均与所述多点位移计(14)电连接，并能够经由所述多点位移计(14)与所述电源以及所述数据收集器电连接。

4.根据权利要求1所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述沥青应变计(11)配置为8个，且任意两个所述沥青应变计(11)相配合，以能够形成为4个沥青应变计测量单元；4个所述沥青应变计测量单元能够合围出一个四边形区域；所述土压力计(12)配置为1个，且位于所述四边形区域内侧；所述竖向应变计(13)配置为8个，且位于所述四边形区域外侧。

5.根据权利要求4所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，各所述沥青应变计测量单元中的两个所述沥青应变计(11)均相互垂直布置，以使得其中一个所述沥青应变计(11)能够测量行车方向的沥青面层层底拉应变，另一个所述沥青应变计(11)能够测量行车道宽度方向的沥青面层层底拉应变。

6.根据权利要求4所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述四边形区域为正方形区域，且所述土压力计(12)位于该正方形区域的中心点处。

7.根据权利要求6所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述正方形区域的边长d1≥60cm。

8.根据权利要求4所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述竖向应变计(13)与所述四边形区域的四个角处的设定间距d2≥20cm。

9.根据权利要求2所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述多点位移计(14)沿所述行车道(2)的行车方向前置或后置于所述沥青应变计(11)、所述土压力计(12)和所述竖向应变计(13)所形成的测量区域。

10.根据权利要求9所述的智能采集沥青面层动态力学响应的测量系统，其特征在于，所述多点位移计(14)与所述测量区域之间沿所述行车方向的设定间距d3≥80cm。

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