CN1315652A - 无损路面厚度测量方法 - Google Patents

Abstract

一种无损路面厚度测量方法,在确定的定位点铺设反射极、并用电磁测量仪接收反射极的信号并大致标出位置,再将反射线圈放在反射极上通过寻找反射信号最大值,将线圈定位在反射极中心,测量反射信号大小并将其数字化,通过电脑存储的反射极信号和路面厚度对应关系,插值计算出路面厚度值。这种方法避免了传统钻孔取芯法测厚操作对路面的破坏,该技术先进、数据准确可靠、准确度达1毫米,整个测量过程操作简单,使测量费用大大降低。

Description

无损路面厚度测量方法

本发明涉及测量技术领域，具体涉及路面测厚技术，更具体地说，涉及一种利用电磁原理进行无损路面厚度测量的方法。

近二十年来，路面无损检测技术的研究和开发在国内外日益受到广泛的重视。我国高等级公路建设起步较晚，路面检测技术总体上较落后，在施工建设和长期观测中，对路面厚度这个极为重要的技术指标仍长期依靠标高法和钻孔取芯法。标高法就是在铺设过程中采用定点标高，用上一层的定点标高即得路面的减去下层的定点标高即得路面的厚度，由于在路面修筑过程中定点标高往往被破坏，因此造成测得的厚度不准确，误差达1厘米左右。钻孔取芯法就是在被测路面钻孔取芯，直接测量，由于钻件上下石层总厚联结在一起，无明显分界线，给测量读值带来极大的困难，且钻件易断裂或碎裂，根本无法进行测量，其测量误差也在5毫米以上。由此可见，标高法和钻孔取芯法因其测量精度差且破坏地面，已不能适应我国道路检测的要求。在《公路路基路面现场测试规程》的编制说明T912-95中指示：在施工过程中应尽量采用非破坏方法进行检测，以减小对公路造成损坏或留下后患。因此，如何结合中国国情找出最适合中国使用的测厚仪和测厚方法，尽快提高我国道路检测与评价技术水平已成为急需解决的关键问题。

本发明的目的是针对上述路面厚度测量方法存在的不足，提供一种能提高检测水平，减少路面破损并可大幅度节省测量费用的无损路面厚度测量方法。

本发明方法所使用的电磁测厚仪包括：路面摊铺前安放的反射极、探头和连接电缆，其中，探头通过连接电缆与由中央处理器、反射极尺寸给定电路、厚度校准参考点给定电路、厚度数字显示器、大地环境介电常数检测电路、道路桩号车道层数设定及计数电路、反射感应线路、模拟显示电路、数据存储器及打印机构成的主机。

本发明提供的无损路面厚度测量方法包括以下步骤：

1、将电磁测厚仪设定到所需的测量模式；

2、调整反射极尺寸给定电路，使之与实际道路摊铺前安放的反射极尺寸相一致；

3、校准，将探头置于离反射极至少1米的某位置的路面上，做无穷远校准；

4、定位反射极：根据电磁测厚仪的指示，从纵横两个方面确定反射极的中点，并确保探头置于反射极的正上方；

5、测量：测取反射极信号的大小并将其数字化，通过与电磁测厚仪内电脑存储的规定尺寸反射极的反射信号和路面厚度的对应基准关系，利用插值计算得出路面厚度值。

6、通过电磁测厚仪自动存储到相应的道路纵向桩号与车道号的存储器。

按照本发明提供的无损路面厚度测量方法还可以利用反射极、反射线圈和电磁测量仪进行，包括以下步骤：确定定位点、在定位点铺设反射极、将带有反射线圈的电磁测量仪放置在所述定位点附近，并接收所述反射极的发射信号并大致标出位置，将反射线圈放在反射极上通过寻找反射信号最大值，将线圈定位在反射极中心，测量反射信号大小并将其数字化，通过电脑存储的规定尺寸反射极的反射信号和路面厚度的对应基准关系，利用插值计算得出路面厚度值，显示检测到的路面厚度值。

按照本发明提供的方法，还包括以下步骤：将电磁测厚仪设定到所需的测量模式。

按照本发明提供的方法，还包括以下步骤：调整反射极尺寸，使之与实际道路摊铺前安放的反射极尺寸相一致。

按照本发明提供的方法，还包括无穷远校准步骤，将反射线圈探头置于距反射极1米以外位置进行测量，并以该信号作为反射极在无穷远的参考基准。

按照本发明提供的方法，还包括定位反射极的步骤：根据电磁测厚仪的指示，从纵横两个方面确定反射极的中点，并确保探头置于反射极的正上方。

按照本发明提供的方法，还包括以下步骤：通过电磁测厚仪自动将计算出的地面厚度值存储到相应的道路纵向桩号与车道号的存储器中。

实施本发明的无损路面厚度测量方法，依靠施工时预埋在被测石层底部的反射极反射的信号，无损地检测路面各层的厚度，测量结果由电磁测厚仪当场显示，也可由打印机打印输出或接PC机输出。避免了传统钻孔取芯法测厚操作对路面的破坏，该技术先进、数据准确可靠、准确度达1毫米，整个测量过程操作简单；测量费用低，按每公里公路配置一台电磁测厚仪计算连同反射极相当于每公里增加6000元投资，对于设计年限20年的道路相当于一年投入300元/每公里。而采用钻孔取芯及回填的花费是1500元，而每分析1个芯样将导致其周围至少8平方米的路面每三年加铺2厘米厚的罩面，即增加投入3200元，平均每年1000多元，再加上对路面可靠度的影响，每年每公里的投入将达3000元以上，即增加投入十倍左右；电磁测厚仪体积小，重量轻，可随时随地在具有反射极的路面厚度进行测量，尤其适合在现场施工中使用。采用本发明测得的数据亦可为FWD弯沉仪提供翻算层间模量的各层准确厚度，也可以为雷达测厚仪测得的数据提供定标数据，从而克服测量点较少不连续的缺点，发挥更大的作用。综上优点可见，本发明的电磁测厚仪及其在无损路面厚度测量方法，可替代传统钻孔取芯法路面测厚技术，是一种实用而精确的厚度检测方法。

结合附图和实施例，进一步说明本发明的电磁测厚方法的特点，附图中：

图1是本发明方法所使用的电磁测厚仪的结构示意框图。

图2是说明本发明无损路面厚度测量方法的流程示意图。

如图1所示，实施本发明方法所使用的电磁测厚仪由探头1、连接电缆2和主机3组成，主机3由中央处理器4、反射极尺寸给定电路5、厚度校准参考点给定电路6、厚度数字显示器7、大地环境介电常数检测仪8、道路桩号车道层数设定及计数电路9、反射感应线路10、模拟显示电路11、数据存储器12及打印机13组成。

结合图2，说明采用图1所示电磁测厚仪以直接测量模式进行无损路面厚度测量的方法如下：1、测量点标记

首先根据道路设计平面图找出设计路面车道数a，车道宽度b。在整数桩号(如K+50,K+100……)处，以中心路缘石为起点在0.5d+200mm；1.5d+200mm；2.5d+200mm……的车道中心处划出定位标记，但尽可能不要画在筑路车辆的轨道下，可左右移动躲开。标记用明显的油漆标涂，并在路缘石上做出标记。此标志应能长期存在。2、铺设反射极

指定专人(一般由配合路面推铺机作业的人员中抽调或指派一人)在路面材料摊铺前，将反射极铺在定位标记处，并尽可能不铺在卡车及筑路用车的轨道下(砾石、道渣、土基等承载层上，由于表面宏观粗糙，用钢钉固定0.3mm厚的铝板反射极；在沥青混凝土底层、二层等平滑、坚固、于净的表面上、用0.04mm厚的自粘型铝箔)，反射极与汽车车道轴线平行铺设。3、摊铺路面材料

施工部门正常进行路面材料的摊铺压实作业，反射极会被牢牢压在铺路料下面。4、寻找反射极

参照路缘石上的记号，将仪器的测量探头(一个设计成扁平面的圆形线圈)放在各车道的中心点附近，根据反射极对探头电感的影响，可观察到检测信号的变化，通过探头在路面横向或纵向移动过程来确定反射极的位置及方向。这种定位方法可以使用测量车，也可以直接把探头提在手中使用。5、无穷远校准

在距该反射极1米以外，将感应线圈放在地面上，这时测量的电感量被认为是反射极在无穷远处，探头测到的是仅受反射极上方地面材料介电特性影响的电感量，并近似认为该处与反射极上方地面材料介电特性基本不变。这样，由于不同铺路材料及水、雪等具有不同介电特性因素的影响，就可以通过“无穷远校准”按键、指示仪器以此信号作为仪器反射极在无穷远点的参考基准，以便在计算中消除由于这种不同带来的影响。6、反射极定位与厚度测量

测量应在反射极正上方进行，在这个位置指示读值最小。

首先找到反射极的大致位置。

第一步沿反射极窄边的方向找到仪器指示的最小值，作为反射极长边方向的中心纵轴穿越点。并标记。

第二步沿第一步找到的反射极长边方向的纵轴找到仪器指示的最小值，作为反射极纵轴的中点。也可以沿纵轴确定两个大于最小值的对称的任何两个相同的指示值，并做标记。

第三步对准纵轴的中点即两个标记的中点，沿与纵轴垂直的方向移动仪器，寻找横轴方向的最小值(横轴与纵轴的交点)。这样找到的两个互相垂直的对称轴交点就是反射极的上方中点，即测量点。在两个轴方向上同时显示最小值的位置就是测量点。因为反射极为长方形，最小值在反射极的长(纵)轴方向上的一小段长度上均可显示。如反射极为正方形，则最小值只出现在反射极的上方中点。7、读取感受应信号

当确定了测量点后，将探头放在地面上，按下“测量读数”键，这时仪器会将数字化的信号读入仪器存储器中。经过计算转换成路面厚度，在显示器上显示出来。8、电磁感应信号与路面厚度的关系确定

电磁感应信号是由测量线圈(测量探头)、电容、分频器等组成的LC振荡电路产生，振荡频率受以下因素影响：1)路面筑路材料介电特性；2)反射极尺寸大小；3)反射极中心正上方与测量线圈的距离。

反射极尺寸将由仪器设计者确定为几个标准的尺寸固定下来。

路面筑路材料的影响已在仪器做无穷远校准时读入值作为计算依据。仪器测量前也会输入一个事先设定的、与地下已知反射极尺寸相同的某一个标准尺寸，同时，以该尺寸反射极与感应线圈间某些特定的距离相对应的振荡频率，将作为基准点，全自动调入仪器的特定存储器内，如以0mm、5mm、30mm、60mm、120mm、185mm、200mm、400mm……“无穷远”等这些特定点作为基准点，这样反射极中心上方与测厚线圈的距离就唯一确定了震荡频率的大小。而这些特定点之间的频率与距离的关系可用插值法确定。公式如下：

根据拉格朗日(Lagrange)插值公式，设检测的频率为x，厚度值为f(x)。已知特定厚度值与所对应的频率为x₀、x₁、x₂……x₆、x₇则f(x₀)=f₀，f(x₁)=f₁，f(x₆)=f₆，f(x₇)=f₇；其中x₇是频率为无穷远时的频率。并可在仪器做“无穷远标准”时更新修正。对于任何的x(x₀≤x≤x₆)，用以下插值多项式公式计涂厚度y(x)，y(x)=l₀(x)f₀+l₁(x)f₁+…+l₇(x)f₇

=∑⁷ _k=0l_k(x)f_k其中： $l_k\left(x\right)=\frac{\mathrm{\λk}\left(x\right)}{\mathrm{\λ}\left(x_k\right)}$ k=0、1、2…7。 $\mathrm{\λk}\left(x\right)=\frac{\underset{k=0}{\overset{7}{\∏}}(x-x_k)}{x-x_k}=\frac{(x-x_0)(x-x_1)(x-x_7)}{x-x_k}$

k=0,1,…7。9、存储与显示

为了便于有序记录路面沿长度段(例如50米一段)和车道数(例如从中心车道向车道顺序测量)的数据，可以在仪器的微处理设置相应的单元依次存储这些数据，并按路段、车道、层数计算各层厚度的平均值、最大值、最小值、标准偏差等。

Claims (7)

1、一种无损路面厚度测量方法，采用如下的电磁测厚仪进行路面厚度的无损测量，所述电磁测厚仪包括路面摊铺前安放的反射极、探头和连接电缆，其中，探头通过连接电缆与由中央处理器、反射极尺寸给定电路、厚度校准参考点给定电路、厚度数字显示器、大地环境介电常数检测电路、道路桩号车道层数设定及计数电路、反射感应线路、模拟显示电路、数据存储器及打印机构成的主机相连接，所述方法的特征在于包括以下步骤：

1)将电磁测厚仪设定到所需的测量模式；

2)调整反射极尺寸给定电路，使之与实际道路摊铺前安放的

反射极尺寸相一致；

3)校准，将探头置于离反射极至少1米的某位置的路面上，

做无穷远校准；

4)定位反射极：根据电磁测厚仪的指示，从纵横两个方面

确定反射极的中点，并确保探头置于反射极的正上方；

5)测量：测取反射极信号的大小并将其数字化，通过与电

磁测厚仪内电脑存储的规定尺寸反射极的反射信号和路面

厚度的对应基准关系，利用插值计算得出路面厚度值；

6)通过电磁测厚仪自动存储到相应的道路纵向桩号与车道

号的存储器。

2、一种无损路面厚度测量方法，其特征在于包括以下步骤：确定定位点、在定位点铺设反射极、将带有反射线圈的电磁测量仪放置在所述定位点附近，并接收所述反射极的发射信号并大致标出位置，将反射线圈放在反射极上通过寻找反射信号最大值，将线圈定位在反射极中心，测量反射信号大小并将其数字化，通过电脑存储的规定尺寸反射极的反射信号和路面厚度的对应基准关系，利用插值计算得出路面厚度值，显示检测到的路面厚度值。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将电磁测厚仪设定到所需的测量模式。

4、根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括以下步骤：调整反射极尺寸，使之与实际道路摊铺前安放的反射极尺寸相一致。

5、根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括无穷远校准步骤，将反射线圈探头置于距反射极1米以外位置进行测量，并以该信号作为反射极在无穷远的参考基准。

6、根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括定位反射极的步骤：根据电磁测厚仪的指示，从纵横两个方面确定反射极的中点，并确保探头置于反射极的正上方。

7、根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过电磁测厚仪自动将计算出的地面厚度值存储到相应的道路纵向桩号与车道号的存储器中。

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