CN2786632Y - 一种用于振动式压路机的压密实度分析仪 - Google Patents

Abstract

一种用于振动式压路机的压密实度分析仪，本实用新型其主要解决加速度传感器用于振动式压路机的压密实度的测试和分析。具体技术方案是：压密实度分析仪是由电源电路、加速度传感器、放大滤波电路、信号选频放大电路、频移信号分离电路、压密实度控制电路、频率信号控制电路、频率检测电路、显示电路所组成，所述的电源电路采用压路机的电瓶为输入电源，串联于电源模块U，其输出端以并联结构为整台仪器的各单元电路提供+5V和－5V的高稳定度供电电源，电瓶的输入电压可在18－30V范围内电源模块为非对称式的电流输出方式，其中+5V电流为1.6A；－5V电流为0.4A，本实用新型采用计算机数字处理技术，可靠性高，测试精确，操作简单。

Description

一种用于振动式压路机的压密实度分析仪

技术领域

本实用新型属于加速度传感器振动式测试分析技术。具体地说是用于单轮振动式和双轮振动式压路机对所压路面压密实度的测试分析领域。

背景技术

振动压路机在进行压实作业时，必需要了解的重要指标是达到工程所需的压实度，对压实度传统的检测方法是采用灌沙法和环刀法在道路压实完成后人工取样检测，这不仅不能反映整体路面铺层的压实效果，而且费时费工。为此，用于压密实度检测、分析的仪表装置成为工程压实机械行业长期关注的课题。

国外由瑞典在上个世纪八十年代开发研制出世界上第一台振动式压路机压密实度测试仪，它采用的是通过测量振动式压路机的振动轮垂直加速度的畸变量来确定被压材料的压实程度，其主要原理是利用振动的基波和二次谐波的比值来表示振动波形的畸变程度，并通过常规实验的测试值对比得到压密实度值，它的指示值是用指针式表头来指示的。进入2000年后，国际上许多知名的压实机械生产商都开始推出智能化的压密实度测试、分析仪，其中宝马公司的智多星压实度测试系统是最为典型的代表。

国内的压密实度测试仪的理论提出于上世纪八十年代的末期，如原湖北工业大学等大专院校。与此同时国内的一些科研部门、生产企业也纷纷开始了对压密实度产品的研制和开发，到目前为止有几家公司也研制出来几种相关产品，但就其使用效果和测试精度、智能化程度上来看都存在不少的问题。

发明内容

本实用新型的目的就是针对国内外现有的压密实度测试设备所存在的不足而提出的，其主要解决加速度传感器用于振动式压路机的压密实度的测试和分析。

本实用新型的具体技术方案是：压密实度分析仪是由电源电路、加速度传感器、放大滤波电路、信号选频放大电路、频移信号分离电路、压密实度控制电路、频率信号控制电路、频率检测电路、显示电路所组成。

本实用新型所述的加速度传感器U1为核心，其作用在于采集振动式压路机的振动振幅和振动频率信号，并以模拟量的方式传输到放大、滤波电路的输入端。

本实用新型所述的电源电路采用压路机的电瓶为输入电源，串联于电源模块U，其输出端以并联结构为整台仪器的各单元电路提供+5V和-5V的高稳定度供电电源，电瓶的输入电压可在18-30V范围内，电源模块为非对称式的电流输出方式，其中+5V电流为1.6A；-5V电流为0.4A。

本实用新型所述的放大滤波电路是以运算放大器U2为核心，将加速度传感器提取的振动幅度、振动频率的合成信号经由C1、R1加至U1的输入端，由C2、C3、R2组成低通滤波器对加速度传感器所采集的信号进行杂波干扰信号的过滤清除，R1和R3的阻值决定了放大器放大倍数的大小，其中R1为10K  、R2为12-18K  ，放大后的信号经由U2的输出端的K、F输出到信号选频放大器电路。

本实用新型所述的信号选频放大器电路是以运算放大器U3为核心，将放大滤波电路的输出信号进行进一步的放大和选频，信号经R1加至U3的输入端，D1、D2为限幅二极管，对输入信号进行限幅，R1和R3的阻值决定了放大器放大倍数的大小，其中R1为10KΩ、R2为10-15KΩ，放大后的信号经由U3的输出端输出至频移信号分离电路的输入端。

本实用新型所述的频移信号分离电路是以比较器U4为核心，前级经放大后的合成信号由R1加至U4的输入端，由R3、R4、C1、C2组成基准电平比较和滤波电路为U4提供低纹波的基准电平信号，通过W1调整U4输出频移信号的基准电平，由U4的输出端直接分离产生压密实度和频率信号，分别输出到压密实度信号控制电路、频率信号控制电路的输入端。

本实用新型所述的压密实度信号控制电路是以运算放大器U5为核心，将频移信号分离电路输出的压密实度信号(K)进行进一步的处理和控制，压密实度信号加至U5的输入端，R1提供基准电平，W1用于调整U5输出信号的电平，电平的高低决定了压密实度信号的范围，R2、C2起信号缓存作用，U5的输出端输出压密实度信号(KCV)到显示电路。

本实用新型所述的频率信号控制电路是以运算放大器U6为核心，由频移信号分离电路输出的频率信号经R1加至U6的输入端，C1、C2为滤波电容，D为箝位二极管，W1的调整决定了频率信号控制电路输入信号的开门电压，W2的调整决定了频率信号的控制范围，U6的输出端产生频率信号输出到频率检测电路。

本实用新型所述的频率检测电路是以单片CPU芯片U7和高精度串行D/A转换器U8为核心，将频率信号控制电路输入的信号通过U7进行程序处理后由U8产生与频率信号相对应的模拟电压信号，U7的基本工作频率为6.000MHz，U8的输出端的模拟电压信号输出到显示电路。

本实用新型所述的显示电路是以单片CPU芯片U10为核心，由压密实度控制电路输出的压密实度信号和由频率检测电路输出的频率信号加至模拟开关芯片U9上，由U10程序控制对U9的压密实度和频率信号进行扫描检测后送至显示驱动器U11，显示驱动器U11所产生的驱动信号为显示器U12提供驱动电流信号实行显示。K1、K2、K3为显示电路的键控开关，其中K1为循检控制键，用于分别或实时显示频率值、设定值和压密实度值；K2和K3为调整控制键，用于对设定值进行调节；E1、E2、E3为高亮度发光管，分别用于指示频率、设定和压密实度。

本实用新型的优越性：1)、根据我国道路施工的实际情况，系统地建立了针对不同情况的数学模型，所编制的数据处理程序能满足我国不同地域环境的压密实度测试、分析需要；2)、产品采用计算机数字处理技术，可靠性高，测试精确，操作简单。3)、产品装拆简便，结构设计牢固，维护方便。4)、产品选用的均为工业级或工业级以上的器件，能适合任何恶劣环境的工程施工需要。

附图说明

图1、压密实度分析仪原理框图

图2、传感器电路

图3、电源电路

图4、放大滤波电路

图5、信号选频放大电路

图6、频移信号分离电路

图7、压密实度信号控制电路

图8、频率信号控制电路

图9、频率检测电路

图10、显示电路

具体实施方式

选用电源范围DC18-30V

整机功耗≤6W

机型结构，处理器和传感器为压注成型的铝合金材料，表头采用高强度PVC工程塑料。

各电路图中的主要器件型号选择如下：

CD4053        模拟开关器

CD4069        反相器

OP07运算放大器美国AD公司产

AD620    比较器美国AD公司产

ADXL150          加速度传感器美国AD公司产

TLC5615          串行D/A转换器

LM339            比较器

89C2051          单片8位CPU

WS7107           显示驱动器

SM21050          显示器

HZD10-24D05N05   电源模块

R1阻值10K Ω

R3阻值15K Ω

Claims (10)

1、一种用于振动式压路机的压密实度分析仪，它由电源电路、加速度传感器、放大滤波电路、信号选频放大电路、频移信号分离电路、压密实度控制电路、频率信号控制电路、频率检测电路、显示电路所组成，其特征在于所述的电源电路采用压路机的电瓶为输入电源，串联于电源模块U，其输出端以并联结构为各单元电路提供+5V和-5V的供电电源，来自加速度传感器的信号经过前级放大滤波后，由信号选频放大电路进行选频放大，通过频移信号分离电路分离出压密实度信号和频率信号，再经压密实度控制电路、频率信号控制电路和频率检测电路对信号进行分类处理送到显示电路实行显示。

2、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的加速度传感器U1，在于采集振动式压路机的振动振幅和振动频率信号，并以模拟量的方式传输到放大、滤波电路的输入端。

3、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的电源电路，其电源模块U为非对称式的电流输出方式，其中+5V电流为1.6A，-5V电流为0.4A。

4、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的放大滤波电路是以运算放大器U2为核心，将加速度传感器提取的振动幅度、振动频率的合成信号经由C1、R1加至U1的输入端，由C2、C3、R2组成低通滤波器对加速度传感器所采集的信号进行杂波干扰信号的过滤清除，放大后的信号经由U2的输出端的K、F输出到信号选频放大器电路。

5、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的信号选频放大器电路是以运算放大器U3为核心，将放大滤波电路的输出信号进行进一步的放大和选频，信号经R1加至U3的输入端，D1、D2为限幅二极管，对输入信号进行限幅，放大后的信号经由U3的输出端输出至频移信号分离电路的输入端。

6、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的频移信号分离电路是以比较器U4为核心，前级经放大后的合成信号由R1加至U4的输入端，由R3、R4、C1、C2组成基准电平比较和滤波电路为U4提供低纹波的基准电平信号，通过W1调整U4输出频移信号的基准电平，由U4的输出端直接分离产生压密实度和频率信号，分别输出到压密实度信号控制电路、频率信号控制电路的输入端。

7、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的压密实度信号控制电路是以运算放大器U5为核心，将频移信号分离电路输出的压密实度信号(K)进行进一步的处理和控制，压密实度信号加至U5的输入端，R1提供基准电平，W1用于调整U5输出信号的电平，电平的高低决定了压密实度信号的范围，R2、C2起信号缓存作用，U5的输出端输出压密实度信号KCV到显示电路。

8、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的频率信号控制电路是以运算放大器U6为核心，由频移信号分离电路输出的频率信号经R1加至U6的输入端，C1、C2为滤波电容，D为箝位二极管，W1的调整决定了频率信号控制电路输入信号的开门电压，W2的调整决定了频率信号的控制范围，U6的输出端产生频率信号输出到频率检测电路。

9、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的频率检测电路是以单片CPU芯片U7和高精度串行D/A转换器U8为核心，将频率信号控制电路输入的信号通过U7进行程序处理后由U8产生与频率信号相对应的模拟电压信号，U8的输出端的模拟电压信号输出到显示电路。

10、根据权利要求1所述的一种用于振动式压路机的压密实度测试仪，其特征在于所述的显示电路是以单片CPU芯片U10为核心，由压密实度控制电路输出的压密实度信号和由频率检测电路输出的频率信号加至模拟开关芯片U9上，由U10程序控制对U9的压密实度和频率信号进行扫描检测后送至显示驱动器U11，显示驱动器U11所产生的驱动信号为显示器U12提供驱动电流信号实行显示。

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