CN113933394A - 一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种接触式碾压机集成压实声波检测系统，包括声发射传感器、工控机、数据采集仪以及GPS/BDS接收机等，碾压填筑层时，碾压层附近形成的声波场时域信号被竖直安装在与振动轮直接连接的支架上的声发射传感器接收，采样形成声波场数字信号；同时GPS/BDS接收机提供与碾压位置相关的空间信号，对采样的声波信号进行滤波、频谱分析，得到有效声信号谐波幅值，依据幅值比值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，结合GPS空间位置信息在机载显示器上呈现碾压区域时空压实度分布图，本发明具有精确、连续、实时、离散性小、成本低等特点，适合填筑料连续压实质量控制，通过压实度反馈控制碾压机作业参数易于实现智能连续压实功能。

Description

一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法
技术领域
本发明属于填筑压实质量检测技术领域，可用于填筑质量快速无损检测，特别涉及一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法。
背景技术
随着全球高速公路、铁路、机场、建筑物、桥、水库和大坝等的修建，越来越多的路基、坝基或坝体等填筑形式为土、沥青混合料、土石混合料或其他材料，而填筑材料的压实度是控制填筑料填筑质量的一个重要指标，它直接影响填筑体的强度和稳定性，影响填筑体的使用性能和使用寿命，因此国内外的研究者提出并研发了许多针对路基、坝基或坝体填筑料填筑质量的检测装备与技术。
检测装备与技术按照检测方式的不同，大致可以分为直接法、间接法。直接法包含灌砂法、环刀法、核子密度湿度仪法、电阻率测试法等，间接法包含机载压实度检测仪法、探地雷达法、瑞利波法、电磁法和冲击响应频谱法等。直接法为抽样检测法，只能反映某些点的压实状况，不能反映整个工作面的压实质量，且属于有损检测，对原路基、坝基、坝体或其他类型填筑体的扰动较大，此外，该方法的检测装备繁杂且笨重，检测流程多而繁复，导致直接法检测效率低、人力及经济费用高，无法满足工程机械化快速施工的要求，因此会严重制约施工进度，降低公路、铁路、机场和大坝等施工效率和工程经济性；间接法属于间接反映填筑料填筑质量的检测方法，检测精度低且检测装备昂贵，无法满足填筑质量(如公路路基路面填筑质量)的高标准要求，昂贵的检测设备且会大幅降低工程经济性，目前检测精度高、高效且适用于粒径分布范围较大填筑材料的间接检测方法还较为匮乏。综上所述，实际工程中需要一种检测精度高、实时高效、接触式的无损检测装备与技术。
目前，国内外对于填筑质量检测方面的研究，主要集中在路基填筑质量方面，相应的检测装备与技术已经在公路建造领域得到几十年的应用实践。在国外，相关研究主要集中于如何将RICM/IC技术应用于公路建造和选取RICM/IC 参数作为机械路面设计标准值。目前，可用来表征填筑体压实度的指标主要有 CMV、MDP、Ks、Evib和THD等。基于压实度指标CMV、MDP、ks、Evib和 THD等的机载压实度检测技术通常被称为碾压机集成压实监控技术(RICM)，通过采集加速度、力/位移、机器净驱动功率、温度等信号，对采集到的信号进行分析处理，提出相应压实度指标，利用这些指标值来间接反映路面、路基或其他填筑体的压实程度的一种技术。随着技术的发展，如果基于RICM技术的填筑质量监控系统提供振动幅度、振动频率、碾压机速度的自动反馈控制，则它通常被称为智能压实(IntelligentCompaction,IC)。除了RICM/IC技术之外，其他技术也得到了一定的发展和应用。如Anbazhagan等尝试采用探地雷达技术对土的压实均匀性进行调查研究。Shangguan等提出了一个原创的利用GPR技术对沥青路面压实进行监测的方法。Beaucamp等利用一种步进频率雷达(SFR) 技术对HMA的压实度进行了无损检测和评估。Karray等利用MASW法对Péribonka坝基的深层压实进行了评估研究。Donohue等利用地震面波法对土压实情况进行了检测。Fauchard等利用基于波传播的高频电磁法(EM)对HMA的压实度进行了确定。Chiang等利用调查应力波传播速度检测回填土的压实度并评估其压实质量。Islam等利用电阻率测试法对土的压实度情况进行了检测。Moallemi-Oreh等利用声学方法，对作物种植时土的压实度进行了估算研究。Cui 对受夯锤重量影响的动态孔隙压力和动态土压力进行了分析，提出了一个实时诊断路基压实状态的方法。
在国内，相关研究主要集中在表征压实效果的碾压机压实质量装置的开发和应用上。河北工业大学张润利等通过监测垂直方向的振动加速度来表征土层密实度，开发了振动压实度计量仪。居彩梅在国外压实计工作原理的基础上，分析了用于碾压机检测土壤压实度的车载式压实度检测仪的测量方法，并提出了采用小波变换检测振动信号中的奇异成分，设计出了一种碾压机的连续压实度检测仪。缪林昌和邱钰利用面波及面波的频谱分析(SASW)技术对地基土性进行了研究分析。李小勇和许金凯提出了用新型水囊式容积测定仪路基压实密度的检测方法。范云和汪英珍开展了填土压实质量检测及机载压实集成系统应用研究。黄声享等针对混凝土面板堆石坝施工特点，开发了面板堆石坝填筑质量的全球定位实时监控系统，实现了对碾压遍数、行车速度、压实厚度的监控。刘丽萍和王东耀开展了土石混合料压实质量控制方法研究。徐光辉等提出了以连续测试路基结构抗力变化信息为特色的动力学监控方法，开发了路基压实质量连续动态监控技术。李少波等提出了应用剪切波速评价土石混填路基孔隙率的新方法，提出以孔隙率为压实质量指标的控制标准。为了实现刚性路面面板脱空和路基压实质量的快速无损检测，刘会勋等提出了以瞬态锤击为特色的动态检测技术。沙爱民等采用自行研制的振动成型压实机，研究了大粒径碎石沥青混合料的振动压实方法。长安大学武雅丽、马学良、孙祖望等研究了基于能量平衡的振荡碾压机压实自动控制技术。于子忠和黄增刚开展了智能压实过程控制系统在水利水电工程中的试验性应用研究。吴斌平等提出了基于GPS和实时动态差分技术RTK的大坝浇筑碾压施工质量实时监控理论，并基于此理论开发了龙开口碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控系统。刘东海等以反映碾压机做功的坝料单位体积压实功(E)和碾轮振动加速度谐波失真量(THD0)作为堆石坝压实质量的实时监测指标，研制开发了堆石坝压实质量实时监测系统。钟登华等基于碾压机集成压实监控技术(RICM) 技术开发了土石坝实时碾压质量监控系统和碾压混凝土坝实时施工质量监控系统，应用碾压遍数、基于加速度谐波信号计算得到的压实度指标值表征压实质量，并通过多元回归模型，预测整个坝面或碾压施工区域的压实度情况。此外，张庆龙等提出了非接触式碾压机集成声波连续压实检测方法，并以声压实指标来反映土石坝坝体填筑料的实时压实度。
以上国内外最新的研究成果表明，目前国内外的填筑质量检测装备与技术主要缺点是在粒径分布范围较小的填筑料(GB/T50145-2007规范中的细粒土和粗粒土)压实质量检测时数据离散性较大、在粒径分布范围较大的填筑料压实质量检测时检测精度较低，且各种技术的集成也是建立在人为操作为主体的基础上，碾压质量并不能得到有效保证，碾压精确性、材料均匀性、现场碾压施工高效性更得不到保障，此外，当前的各类型碾压施工质量监控系统结构复杂，硬件设备繁多，配套软件要求高且繁多，直接导致整个系统价格昂贵，大幅降低了工程经济性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法，对粒径范围分布较小或较大的填筑料压实质量检测与控制均较为适用，具有数据离散性小、检测精度高、高经济性等优点。作为填筑料填筑质量检测和控制的一种有效工具，本发明在不破坏填筑体的前提下，可以简单、高效且精确地检测填筑体填筑质量，以便于控制其填筑质量。本发明基于接触式声学方法对填筑料的压实度进行快速无损检测，通过声音信号采集装置实现对碾压机振动压实过程中填筑料中发出的声信号的采集，然后利用机载工控机对采集到的有效声信号进行频谱分析处理，得到接触式声压实指标，该指标与填筑料压实度具有强相关性，能有效表征填筑料的压实效果，数据可实时存储在机载工控机上，也可实时传输至远程监控装置上，便于数据存取和在线监测分析，这样可以有效解决现有填筑质量检测方面存在的离散性大、精度低、低效、检测装备或系统结构复杂、价格昂贵等问题，实现对填筑料压实度的无损、精确、低成本且高效测量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种接触式碾压机集成压实声波检测系统，包括声发射传感器、数据采集仪、工控机与GPS/BDS接收机；
所述声发射传感器固设于固定支架上，所述固定支架与碾压机的振动轮直接连接；所述声发射传感器用于获取碾压机碾压填筑层时，碾压机机体金属介质传输的碾压层附近形成的声波场时域信号；
所述GPS/BDS接收机用于获取与碾压位置相关的空间信号；
所述数据采集仪用于同步采集所述声波场时域信号及与碾压位置相关的空间信号，并传输至所述工控机；
所述工控机对所述声波场时域信号进行滤波、频谱分析及对数化处理，得到有效声信号谐波幅值，依据谐波幅值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，计算出当前填筑碾压区域的实时压实度值；并结合碾压机的当前位置坐标，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度分布图。
在一个实施例中，所述声发射传感器通过传感器安装装置安装于固定支架上，声发射传感器与传感器安装装置之间进行紧密耦合接触处理。
在一个实施例中，所述传感器安装装置为内置式固定装置，一端固设于固定支架上，另一端通过螺栓和压片固定声发射传感器；或者，所述传感器安装装置为外置式固定装置，采用筒状结构，其筒底向下，开口端通过耳片固设于固定支架上，声发射传感器置于筒内，筒底设置弹簧顶压声发射传感器。
在一个实施例中，所述固定支架为碾压机振动马达或振动泵与碾压机滚轴之间的连接支架。
在一个实施例中，所述碾压机的振动轮的振动部分与外机架之间设置有隔震装置。
在一个实施例中，所述工控机还获取并显示包括行车速度、碾压遍数、碾压轨迹、当前碾压层高程信息在内的现场信息。
在一个实施例中，所述工控机对所述声波场时域信号进行滤波处理，消除异常值，并去掉碾压机启动及停止所需时间的声音信号数据；然后按照设定值将滤波处理后的信号均分成n等份；对均分的信号进行FFT变换，得到均方根频谱；接着将每一等份的频谱数据中的谐波幅值进行对数化处理；根据得到的谐波幅值，分别建立两种关系模型，即：
1)利用计算得到的2次谐波幅值与基波幅值的比值，建立该比值与填筑料压实度关系模型，称为关系模型一；
2)求得2次谐波幅值、4次谐波幅值和6次谐波幅值的和sum1，并求得1 次谐波幅值、3次谐波幅值和5次谐波幅值的和sum2，计算得到sum1与sum2 的比值，建立该比值与填筑料压实度关系模型，称为关系模型二；
最终，针对现场不同粒径的填筑料分别对关系模型一和关系模型二进行系数标定，继而连续地计算当前填筑碾压区域的实时压实度值。
在一个实施例中，填筑碾压区域的实时压实度值计算公式如下：
Figure BDA0003356071180000061
Figure BDA0003356071180000062
其中，CACI为接触式声压实指标(Contact acoustic compaction index，CACI)，k为填筑料的标定系数，Ap表示p次谐波幅值，p＝0.5，1，1.5，2，2.5，3；
公式(1)适用于粒径分布范围较小的填筑料，即GB/T50145-2007规范中的细粒土和粗粒土；公式(2)适用于粒径分布范围较大的填筑料，即GB/T50145-2007 规范中的粗粒土和巨粒土。
本发明还提供了一种接触式碾压机集成压实声波检测方法，包括如下步骤：
步骤1，实时采集碾压机碾压填筑层时，碾压机机体金属介质传输的碾压层附近形成的声波场时域信号；同时，采集与碾压位置相关的空间信号；
步骤2，对所述声波场时域信号进行滤波、频谱分析及对数化处理，得到有效声信号谐波幅值，依据谐波幅值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，实时计算出当前填筑碾压区域压实度值；
步骤3，结合碾压机的当前位置坐标，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度分布图。
与现有填筑料填筑质量检测技术相比，本发明具有接触式、连续、实时、精确、离散性小、成本低等特点，非常适合不同粒径分布范围的填筑料压实质量连续压实检测与填筑工程连续压实质量控制，尤其是粒径分布范围较大的填筑料进行精确有效且高效无损的检测，并可实时对碾压层压实度进行全作业面施工区域检测，通过反馈控制碾压机振动轮的压实作业参数也很容易实现智能连续压实功能，可将与填筑碾压施工过程有关的信息实时存取供现场碾压机驾驶员和监理使用，也可与远程监控中心集成供远程管理人员和业主使用，不仅可以提高施工效率，也使得工程建造经济性和工程建设精细化管理得到保障。
附图说明
图1为本发明原理示意图。
图2为本发明声发射传感器利用内置式固定装置的安装侧视图。
图3为本发明声发射传感器利用内置式固定装置的安装俯视图。
图4为本发明声发射传感器利用外置式固定装置的安装侧视图。
图5为本发明外置式固定装置的结构示意图。
图6为本发明的碾压机外机架和振动部分位置示意图。
图7为本发明的一个实施例的当前填筑碾压区域示意图。
具体实施方式
下面结合该检测系统与方法原理和实施例，对本发明的装备与方法做进一步详细描述。以下实施例和附图用于说明本发明所提接触式碾压机集成压实声波检测设备与方法具体现场检测实施过程，但不是用来限定本发明的范围。
图1所示，本发明一种接触式碾压机集成压实声波检测系统，设置于加载设备上，加载设备为碾压机，实施现场碾压施工作业，也可为其它类似的设备。图1中的虚线框示出了本发明检测系统9的主要组成，其主要包括声发射传感器1、数据采集仪2、工控机3、GPS/BDS接收机4以及电源5。
碾压机碾压填筑层13时，本发明利用声发射传感器1实时采集碾压层12 附近形成的声波场时域信号，利用GPS/BDS接收机4实时采集碾压机的当前位置坐标信息，并对这些信号进行信号调理处理，通过数据线传输至工控机3进一步分析处理，得出实时接触式声压实指标值，并将其与空间位置信息在工控机3上显示为碾压区域时空压实度分布图。
其中，声发射传感器1用于获取碾压机碾压填筑层13时，碾压机机体金属介质传输的碾压层12附近形成的声波场时域信号，该声波场时域信号包含碾压机振动马达发出的声信号、振动轮与填筑料相互作用发出的声信号、环境噪音等。
GPS/BDS接收机4用于提供与碾压位置相关的空间信号。
数据采集仪2用于同步采集声波场时域信号及与碾压位置相关的空间信号，并可将采集到的的信号进行调理处理，进而实时传输至工控机3；
工控机3对声波场时域信号进行滤波、频谱分析及对数化处理，得到有效声信号谐波幅值，依据谐波幅值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，计算出当前填筑碾压区域的实时压实度值。并结合碾压机的当前位置坐标，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度分布图。并可实时存储接触式声压实指标值与碾压机空间位置信息。
电源5为整个系统中的各用电单元供电。
示例地，声发射传感器1与数据采集仪2之间通过有线通讯实现信息传输与供电支持；数据采集仪2进行的信号调理处理包括放大、滤波，以将信号转换成工控机3能够识别、分析与存储的标准信号；数据采集仪2与工控机3之间通过有线通讯方式连接，数据采集仪2将同步采集的碾压机空间位置信号与声波场时域信号传输至工控机3；工控机3还获取并显示包括行车速度、碾压遍数、碾压轨迹、当前碾压层高程信息在内的现场信息。
工控机3对声波场时域信号的分析和处理步骤如下：
首先对采集到的原始声音信号进行滤波处理，消除异常值，并去掉碾压机启动及停止所需时间的声音信号数据；然后按照设定值将将滤波处理后的信号均分成n等份；对均分的信号进行FFT变换，得到均方根频谱；接着将每一等份的频谱数据中的谐波幅值进行对数化处理，并可将处理后的谐波幅值数据存储在机载计算机指定位置，便于数据实时存取和在线监测分析；接着，根据得到的谐波幅值，分别建立两种关系模型，即：
1)利用计算得到的2次谐波幅值与基波幅值的比值，建立该比值与填筑料压实度关系模型，称为关系模型一；
2)求得2次谐波幅值、4次谐波幅值和6次谐波幅值的和sum1，并求得1 次谐波幅值、3次谐波幅值和5次谐波幅值的和sum2，计算得到sum1与sum2 的比值，建立该比值与填筑料压实度关系模型，称为关系模型二。
最终，针对现场不同粒径的填筑料分别对关系模型一和关系模型二进行系数标定，继而连续地计算当前填筑碾压区域的实时压实度值。
GPS/BDS接收机4与RTK-GPS/BDS基准站、现场流动站、卫星共同实现加载设备位置有关的空间信息的提供，其中RTK-GPS/BDS接收机、卫星、 GPS/BDS基站通过差分算法计算共同实现碾压机的精确位置定位。差分算法可在工控机3中执行。
在本发明的一个实施例中，参考图2和图3，声发射传感器1固设于固定支架25上，固定支架25与碾压机的振动轮直接连接。具体地，声发射传感器1 通过传感器安装装置22安装于固定支架25上，传感器安装装置22为内置式固定装置，一端通过焊接等方式通固设于固定支架25上，另一端通过螺栓和压片固定声发射传感器1。图中还示出了振动马达或振动泵与滚轴的连接装置24。声发射传感器1与传感器安装装置22之间可进行紧密耦合接触处理。固定支架 25是介于振动部分10与外机架11之间的连接部分的一部分，示例地，其可为碾压机振动马达或振动泵23与碾压机滚轴之间的连接支架。
更加具体地，在固定支架25的开纵向孔，传感器安装装置22固定于该纵向孔中，且顶端高出固定支架25的顶面，声发射传感器1固定安装在传感器安装装置22的顶端。
参考图4和图5，在另一个实施例中，如图4和图5所示，传感器安装装置 22为外置式固定装置，采用筒状结构，其筒底向下，开口端带有耳片，螺钉44 穿过耳片，将传感器安装装置22固设于固定支架25上，声发射传感器1置于筒内，筒底设置弹簧42顶压声发射传感器1。
示例地，前述的筒状结构的侧壁可以为开放式或封闭式，当为封闭式时，应留有供信号传输线通过的通孔；当为开放式时，侧壁可为若干带有间距的弧形板。
本发明固定支架25可选择铁质，此时，可在筒状结构的侧壁设置有磁铁43，磁铁43的下端部吸附在固定支架25上，加强固定牢靠性。
参考图6，本发明中，碾压机的振动轮的振动部分10与外机架11之间可设置有隔震装置36，隔震装置36可过滤掉一些无用的振动信号，降低信号噪声。
本发明声发射传感器1的安装结构和位置有如下优点：1)相比于非接触式声波采集方法，声波通过金属传播的衰减率远低于空气传播，利于采集到高品质的碾压机振动马达发出的声信号、振动轮与填筑料相互作用发出的声信号、环境噪音；2)能确保声发射传感器紧密耦合于碾压机的固定支架上。
本发明可进一步通过工控机3中集成的反馈控制模块实现对现场碾压填筑作业的反馈控制，反馈控制模块给碾压机作业员及现场监理人员提供压实作业情况的反馈信息，以便相关人员采取有效措施，提高填筑层13的压实质量。
本发明基于声学进行填筑料填筑质量检测，依据声信号采集及处理系统实现其功能，按如下步骤对不同粒径分布的填筑料填筑质量进行检测：
1)将现场碾压施工区域内规划N条碾压施工条带，选取每个碾压施工条带的有效碾压区域，并将其均分为m份。
2)利用声发射传感器1接收碾压机从启动区到停止区碾压施工作业过程中的声波场时域信号。先通过数据采集仪2中的信号调理模块对采集到的声波场时域信号和与碾压机有关的位置空间信号，然后由数据采集仪2对数据进行同步采集，数据采集仪2硬件采用具备较高采集速率的采集卡。采集到的信号通过数据线实时传输到工控机3进一步处理，工控机3中的分析处理模块软件部分首先对采集到的声波场时域信号及与碾压机有关的位置空间信号进行滤波处理，接着利用差分算法对位置空间信号进行差分计算，得到碾压机实时位置信息，并对采集到的声波场时域信号数据进行掐头去尾处理，即剔除掉启动与停止区域部分的声信号，然后将剩余的声波场时域信号m等份，分别对每一等份声信号进行FFT变换，得到相应频谱，紧接着对频率数据的纵坐标数据对数化处理，分别得到每一等份声信号的谐波幅值，依据之前的大量实验数据相关性分析及土-结构动力学、金属介质声场辐射模型的理论支持，建立了接触式声压实指标与压实度的关系模型，最终可以用下式表征填筑碾压区域的实时压实度值：
Figure BDA0003356071180000111
Figure BDA0003356071180000112
其中，CACI为接触式声压实指标(Contact acoustic compaction index，CACI)，k为填筑料的标定系数，Ap表示p次谐波幅值，p＝0.5，1，1.5，2，2.5，3。
公式(1)适用于粒径分布范围较小的填筑料(GB/T50145-2007规范中的细粒土和粗粒土)；公式(2)适用于粒径分布范围较大的填筑料(GB/T50145-2007 规范中的粗粒土和巨粒土)。
以往非接触式声波检测方法[Qinglong Zhang,Tianyun Liu,Zhaosheng Zhang,Zehua Huangfu,Qingbin Li,Zaizhan An.Compaction quality assessment of rockfillmaterials using roller-integrated acoustic wave detection technique,Automation in Construction,2019,97:110-121]的研究结果表明，随着填筑料粒径分布范围的增大，声压实值的离散性随之增大，当粒径范围增大到一定程度，需通过多次谐波赋值求和的方式来解决伴随而来的声压实值离散性过大的问题。基于以往研究和接触式碾压机集成压实声波检测方法的实验分析，本发明采用公式(2)来表征粒径分布范围较大的填筑料的压实度，可提升表征精度。
3)利用工控机3实时显示现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度分布图，并显示现场其他相关信息，如行车速度、碾压轨迹、碾压遍数、填筑层高程等。然后利用工控机3中的反馈控制模块给碾压机作业员及现场监理人员提供压实作业情况的反馈信息，以便相关人员采取有效措施，提高填筑层的压实质量。
图7为本发明实施例的当前填筑碾压区域示意图，在碾压施工区域R内规划N条碾压施工条带(S1，S2，S3，…，SN-2，SN-1，SN)。碾压机从Start 区域开始碾压，在Stop处停止碾压，中间有效碾压区域的长度为L，首先将碾压施工条带L均分成m份(B1，B2，B3，B4，…，Bm)，每1份采集测量 1个接触式声压实指标值。
Figure BDA0003356071180000121
上述方案能够在碾压机碾压作业过程中，实时、高效、精确地计算出各个检测单元的压实度，便于工程人员即时、准确地掌握施工情况，而且系统可扩展性较好，可与远程监控中心有效集成，系统搭建安装方便，可靠性较高，便于应对公路、铁路、机场、大坝等建造施工现场复杂恶劣的环境。
本发明所提出的声波检测技术具有接触式、连续、实时、精确、离散性小、成本低等特点，非常适合填筑工程连续压实质量控制，通过反馈控制碾压机振动轮的振动频率与振动幅值也容易实现智能连续压实功能，便于填筑碾压施工作业员及现场监理及时发现问题，也便于与远程监控中心集成供远程管理人员或业主监控管理现场填筑施工作业，使碾压施工作业质量得到改善，最终使公路、铁路、机场、大坝等工程填筑质量得到保证。

Claims (10)

1.一种接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，包括声发射传感器(1)、数据采集仪(2)、工控机(3)与GPS/BDS接收机(4)；
所述声发射传感器(1)固设于固定支架(25)上，所述固定支架(25)与碾压机的振动轮直接连接；所述声发射传感器(1)用于获取碾压机碾压填筑层(13)时，碾压机机体金属介质传输的碾压层(12)附近形成的声波场时域信号；
所述GPS/BDS接收机(4)用于获取与碾压位置相关的空间信号；
所述数据采集仪(2)用于同步采集所述声波场时域信号及与碾压位置相关的空间信号，并传输至所述工控机(3)；
所述工控机(3)对所述声波场时域信号进行滤波、频谱分析及对数化处理，得到有效声信号谐波幅值，依据谐波幅值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，计算出当前填筑碾压区域的实时压实度值；并结合碾压机的当前位置坐标，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度分布图。
2.根据权利要求1所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述声发射传感器(1)通过传感器安装装置(22)安装于固定支架(25)上；声发射传感器(1)与传感器安装装置(22)之间进行紧密耦合接触处理。
3.根据权利要求2所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述传感器安装装置(22)为内置式固定装置，一端固设于固定支架(25)上，另一端通过螺栓和压片固定声发射传感器(1)。
4.根据权利要求2所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述传感器安装装置(22)为外置式固定装置，采用筒状结构，其筒底向下，开口端通过耳片固设于固定支架(25)上，声发射传感器(1)置于筒内，筒底设置弹簧(42)顶压声发射传感器(1)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述固定支架(25)为碾压机振动马达或振动泵(23)与碾压机滚轴之间的连接支架。
6.根据权利要求1所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述碾压机的振动轮的振动部分(10)与外机架(11)之间设置有隔震装置(36)。
7.根据权利要求1所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述工控机(3)还获取并显示包括行车速度、碾压遍数、碾压轨迹、当前碾压层高程信息在内的现场信息。
8.根据权利要求1所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述工控机(3)对所述声波场时域信号进行滤波处理，消除异常值，并去掉碾压机启动及停止所需时间的声音信号数据；然后按照设定值将滤波处理后的信号均分成n等份；对均分的信号进行FFT变换，得到均方根频谱；接着将每一等份的频谱数据中的谐波幅值进行对数化处理；根据得到的谐波幅值，分别建立两种关系模型，即：
1)利用计算得到的2次谐波幅值与基波幅值的比值，建立该比值与填筑料压实度关系模型，称为关系模型一；
2)求得2次谐波幅值、4次谐波幅值和6次谐波幅值的和sum1，并求得1次谐波幅值、3次谐波幅值和5次谐波幅值的和sum2，计算得到sum1与sum2的比值，建立该比值与填筑料压实度关系模型，称为关系模型二；
最终，针对现场不同粒径的填筑料分别对关系模型一和关系模型二进行系数标定，继而连续地计算当前填筑碾压区域的实时压实度值。
9.根据权利要求8所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，填筑碾压区域的实时压实度值计算公式如下：
Figure FDA0003356071170000021
Figure FDA0003356071170000022
其中，CACI为接触式声压实指标(Contact acoustic compaction index，CACI)，k为填筑料的标定系数，Ap表示p次谐波幅值，p＝0.5，1，1.5，2，2.5，3；
公式(1)适用于粒径分布范围较小的填筑料，即GB/T50145-2007规范中的细粒土和粗粒土；公式(2)适用于粒径分布范围较大的填筑料，即GB/T50145-2007规范中的粗粒土和巨粒土。
10.一种接触式碾压机集成压实声波检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，实时采集碾压机碾压填筑层(13)时，碾压机机体金属介质传输的碾压层(12)附近形成的声波场时域信号；同时，采集与碾压位置相关的空间信号；
步骤2，对所述声波场时域信号进行滤波、频谱分析及对数化处理，得到有效声信号谐波幅值，依据谐波幅值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，实时计算出当前填筑碾压区域压实度值；
步骤3，结合碾压机的当前位置坐标，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度分布图。
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