RU189239U1

RU189239U1 - Measuring probe for automated monitoring of residual deformations of multilayer road structures

Info

Publication number: RU189239U1
Application number: RU2018137174U
Authority: RU
Inventors: Вахтанг Парменович Матуа; Дмитрий Владимирович Чирва; Дмитрий Юрьевич Снитко; Павел Вадимович Мышкин; Сергей Александрович Мирончук; Виталий Владимирович Солодов; Сергей Владимирович Сизонец; Евгений Николаевич Исаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ДорТрансНИИ-Инжениринг"
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2019-05-16

Abstract

Сущность полезной модели заключается в том, что измерительный зонд для автоматизированного мониторинга остаточных деформаций многослойных дорожных конструкций, включающий внешнюю цельную металлическую трубку, с размещенными снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнена кремнийорганическим компаундом, при этом внутри металлопластиковой трубки содержится элемент питания, который находится в нижней части и радиомодуль, находящийся в ее верхней части, а верхняя пробка зонда используется в качестве антенны. Технический результат – упрощение конструкции измерительного зонда, снижение энергопотребления измерительных модулей и обеспечение автономности работы измерительного зонда, возможность передачи данных от измерительного зонда по радиоканалу. 3 ил.The essence of the utility model lies in the fact that the measuring probe for automated monitoring of residual deformations of multilayer road structures, including an external solid metal tube, with magnetic assemblies placed outside, consisting of two ring magnets with an interlayer disc, and an internal metal-plastic tube with measuring sensors between the measuring sensors and the metal-plastic tube is filled with silicone compound, while inside the metal-plastic The cabin contains a battery that is located in the lower part and a radio module located in its upper part, and the upper plug of the probe is used as an antenna. The technical result is to simplify the design of the measuring probe, reduce the energy consumption of the measuring modules and ensure the autonomy of the measuring probe, the ability to transfer data from the measuring probe over the air. 3 il.

Description

Полезная модель относится к области мониторинга состояния автомобильных дорог в процессе их эксплуатации, в частности к исследованию накопления остаточных деформаций в рабочем слое грунта земляного полотна и конструктивных слоях дорожной одежды.The utility model relates to the field of monitoring the condition of roads during their operation, in particular, to the study of the accumulation of residual deformations in the working layer of the subgrade soil and the structural layers of the pavement.

Известны аналоги, «Устройство для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции» (см. RU № 121585 G 01 N 3/02 опубликовано 27.10.2012 г.).Known analogues, “A device for monitoring the accumulation of residual deformations in the elements of the road structure” (see RU No. 121585 G 01 N 3/02 published 10/27/2012).

Наиболее близким аналогом является «Устройство для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции» (см. RU № 161920 G 01 N 3/02 опубликовано 20.05.2015 г.), включающее измерительное устройство в виде зонда с размещенными внутри датчиками и снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, при этом зонд содержит внешнюю цельную металлическую трубку, с размещенными снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнена кремнийорганическим компаундом, при этом на внешней металлической трубке дополнительно установлен индуктивный модуль.The closest analogue is the “Device for monitoring the accumulation of residual deformations in the road construction elements” (see RU No. 161920 G 01 N 3/02 published on May 20, 2015), which includes a measuring device in the form of a probe with magnetic sensors placed inside the sensor and outside each consisting of two ring magnets with an interlayer disc, wherein the probe contains an external solid metal tube, with magnetic assemblies placed outside, each consisting of two ring magnets with an interlayer disc, and an internal met lloplastikovuyu tube with measuring sensors, the cavity between the measuring sensors and the multilayer tube is filled with the organosilicon compound, while on the outside of the metal tube is further installed inductive unit.

Недостатком данного устройства являются высокие потери при индуктивной передаче энергии и в связи с этим высокое энергопотребление. Вторым недостатком является сложность изготовления как корпусных, так и электронных компонентов индуктивного модуля, помимо этого монтаж индуктивного модуля в дорожной конструкции связан с необходимостью разработки траншеи и прокладки герметичного кабеля к откосу насыпи. Кроме этого, при использовании данного типа передачи энергии существует ограничение по максимальному диапазону измерения деформаций в связи с перемещением катушек друг относительно друга.The disadvantage of this device is the high losses in the inductive transmission of energy and in connection with this high power consumption. The second disadvantage is the complexity of manufacturing both the hull and electronic components of the inductive module, in addition to the installation of the inductive module in the road construction is associated with the need to develop a trench and laying a sealed cable to the embankment slope. In addition, when using this type of energy transfer, there is a limitation on the maximum range of strain measurement due to the movement of the coils relative to each other.

Задачей полезной модели является, упрощение конструкции измерительного зонда, значительное снижение энергопотребления измерительных модулей и обеспечение автономности работы измерительного зонда с помощью элементов питания, помещенных внутрь зондов и передачи информации на расстояние посредством радиосигнала. The task of the utility model is to simplify the design of the measuring probe, to significantly reduce the energy consumption of the measuring modules and to ensure the autonomy of the measuring probe with the help of batteries placed inside the probes and transmitting information over a distance by means of a radio signal.

Конструкция измерительного зонда состоит из внешней цельной металлической трубки и внутренней металлопластиковой трубки, с закрепленными в ней на специальном каркасе датчиками, например, аналоговые прецизионные датчики Холла.The design of the measuring probe consists of an external solid metal tube and an internal metal-plastic tube, with sensors fixed in it on a special frame, for example, analogue precision Hall sensors.

Электронная система для измерения накопления остаточных деформаций в слоях дорожной конструкции работает по следующему принципу: магнитная система из двух кольцевых магнитов, заключенных в герметический корпус, имеет участок с линейно меняющейся вдоль оси системы индукцией магнитного поля. При перемещении магнитной сборки относительно датчиков индукция магнитного поля в точке их установки изменяется и, соответственно, изменяет напряжение на выходе датчика Холла, которое регистрируется, например, цифровым вольтметром.The electronic system for measuring the accumulation of residual deformations in the layers of the road structure works according to the following principle: the magnetic system of two ring magnets enclosed in a hermetic housing has a section with a magnetic induction linearly varying along the axis of the system. When moving the magnetic assembly relative to the sensors, the magnetic field induction at the point of their installation changes and, accordingly, changes the voltage at the output of the Hall sensor, which is recorded, for example, by a digital voltmeter.

Питание измерительного зонда осуществляется от элемента питания (например, от батареи литий-тионил хлоридной с напряжением 3,6 В с саморазрядом <1% в год) помещенного внутрь металлопластиковой трубки зонда и расположенного в его нижней части.The measuring probe is powered from a battery (for example, from a lithium-thionyl chloride battery with a voltage of 3.6 V with a self-discharge of <1% per year) placed inside the metal-plastic tube of the probe and located in its lower part.

Передача данных от зонда осуществляется посредством радиосигнала от миниатюрного передатчика, расположенного внутри металлопластиковой трубки в верхней части измерительного зонда. Прием радиосигнала осуществляется приемником, расположенным вне дорожной конструкции. Data transmission from the probe is carried out by means of a radio signal from a miniature transmitter located inside the metal-plastic tube in the upper part of the measuring probe. The radio signal is received by a receiver located outside the road structure.

Сущность полезной модели заключается в том, что измерительный зонд для автоматизированного мониторинга остаточных деформаций многослойных дорожных конструкций, включающий внешнюю цельную металлическую трубку, с размещенными снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнена кремнийорганическим компаундом, при этом внутри металлопластиковой трубки содержится элемент питания, который находится в нижней ее части и радиомодуль, находящийся в ее верхней части, а верхняя пробка зонда используется в качестве антенны.The essence of the utility model lies in the fact that the measuring probe for automated monitoring of residual deformations of multilayer road structures, including an external solid metal tube, with magnetic assemblies placed outside, consisting of two ring magnets with an interlayer disk, and an internal metal-plastic tube with measuring sensors, a cavity between the measuring sensors and the metal-plastic tube is filled with silicone compound, while inside the metal-plastic The cabin contains a battery that is located in its lower part and a radio module located in its upper part, and the upper plug of the probe is used as an antenna.

Техническим результатом является упрощение конструкции измерительного зонда в связи с отсутствием необходимости дополнительной закладки индуктивного модуля в дорожную конструкцию, значительное снижение энергопотребления измерительных модулей и обеспечение автономности работы измерительного зонда с помощью элементов питания, помещенных внутрь металлопластиковой трубки зонда и возможность передачи данных от измерительного зонда по радиоканалу. The technical result is to simplify the design of the measuring probe due to the lack of need for additional laying of the inductive module in the road construction, a significant reduction in energy consumption of the measuring modules and ensuring the autonomy of the measuring probe using batteries placed inside the metal-plastic tube of the probe and the ability to transfer data from the measuring probe over the radio .

Результат получен за счет значительного снижения энергопотребления элементной базы измерительных датчиков и радипередатчика с модуляцией LoRa. Данная технология обеспечивает передачу информации на большие расстояния при минимальном потреблении электроэнергии.The result was obtained due to a significant reduction in the energy consumption of the elemental base of the measuring sensors and a radio transmitter with LoRa modulation. This technology ensures the transmission of information over long distances with minimal electricity consumption.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 – схема расположения измерительного зонда в дорожной конструкции, фиг. 2 – расположение основных компонентов измерительного зонда, фиг. 3 – схема расположения радиомодуля в верхней части зонда.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram of the location of the measuring probe in the road structure; FIG. 2 shows the arrangement of the main components of the measuring probe, FIG. 3 shows the layout of the radio module at the top of the probe.

Измерительный зонд для автоматизированного мониторинга остаточных деформаций многослойных дорожных конструкций представляет собой помещенное в конструкцию дорожной одежды 1 измерительное устройство, состоящее из внешней цельной металлической трубки 2 и внутренней металлопластиковой трубки 3, с закрепленными в ней на специальном каркасе измерительными датчиками 4. На внешнюю металлическую трубку 2 помещены магнитные сборки 5 и межслойные диски 6, нижний торец устройства 7 имеет заостренную форму, свободно погружаемый в грунт, плоский верхний торец, совмещенный с поверхностью дорожного покрытия 8 с завинченной пробкой 9, которая соединена с антенным выводом 10 радиомодуля 11, который передает информацию от измерительного зонда к радиоприемнику 12. Питание измерительного зонда осуществляется от батареи 13, расположенной в нижней части металлопластиковой трубки 3.Measuring probe for automated monitoring of residual deformations of multi-layer road structures is a measuring device placed in a pavement structure, consisting of an external solid metal tube 2 and an internal metal-plastic tube 3, with measuring sensors 4 fixed in it on a special frame 2 magnetic assemblies 5 and interlayer disks 6 are placed, the lower end of the device 7 has a pointed shape, freely immersed in the ground, flat in rhny end, combined with a paving surface 8 screwed stopper 9 which is connected with the antenna terminal 10 of the radio module 11 which transmits information by radio to the measuring probe 12. The measuring probe is powered by a battery 13 located in the bottom of multilayer tube 3.

Внешняя металлическая трубка 2 может быть изготовлена из титана (нержавеющей стали, латуни). Материал и параметры конструкции выбраны с учетом требуемой прочности (изгибной), минимального влияния на процессы деформирования дорожной конструкции, магнитной прозрачности и долговечности. Измерительные устройства устанавливаются с необходимым интервалом и остаются в дорожной конструкции.The outer metal tube 2 can be made of titanium (stainless steel, brass). The material and construction parameters were chosen with due regard for the required strength (bending), minimal impact on the processes of deformation of the road structure, magnetic transparency and durability. Measuring devices are installed at the required intervals and remain in the road structure.

Межслойные металлические диски 6 выполнены в единой конструкции с магнитной сборкой 5 и нанизаны на внешнюю металлическую трубку 2. Количество дисков 6 может быть различным и соответствует количеству слоев дорожной конструкции 1 (при необходимости межслойные диски 6 могут устанавливаться и внутри слоев). Зазор между поверхностью внешней металлической трубкой 2 устройства и внутренней поверхностью магнитной сборки 5 составляет 1 мм, он не может быть меньшим для обеспечения скольжения магнитной сборки 5 вдоль устройства, и не может быть большим для уменьшения влияния горизонтального смещения сборки 5 на величину магнитного поля в точке измерения. Внутри магнитной сборки 5 находятся кольцевые магниты из сплава SmCo или NdFeB. Interlayer metal discs 6 are made in a single design with a magnetic assembly 5 and are strung on an external metal tube 2. The number of discs 6 can be different and corresponds to the number of layers of the road structure 1 (if necessary, interlayer discs 6 can be installed inside the layers). The gap between the surface of the outer metal tube 2 of the device and the inner surface of the magnetic assembly 5 is 1 mm, it cannot be smaller to allow the magnetic assembly 5 to slide along the device, and it cannot be large to reduce the influence of the horizontal displacement of the assembly 5 on the magnetic field at measurements. Inside the magnetic assembly 5 are ring magnets made of an alloy of SmCo or NdFeB.

Способ измерения вертикальных перемещений состоит в замере изменения уровня магнитного поля, создаваемого магнитной сборкой 5, относительно измерительных датчиков 4 по мере перемещения диска 6.The method of measuring the vertical displacements consists in measuring the change in the level of the magnetic field created by the magnetic assembly 5 relative to the measuring sensors 4 as the disc 6 moves.

Закладка устройства начинается с момента завершения строительства земляного полотна. Первым этапом работ является бурение скважины диаметром равным диаметру металлической трубки и в нее устанавливается металлическая трубка 2. В ходе строительства дорожной конструкции (устройства слоев из дорожно-строительных материалов) на металлическую трубку 2 одеваются последовательно межслойные диски 6 совместно с магнитной сборкой 5. Bookmark device begins with the completion of the construction of the subgrade. The first stage of work is the drilling of a well with a diameter equal to the diameter of the metal tube and a metal tube 2 is installed in it. During the construction of the road structure (arrangement of layers of road-building materials), interlayer disks 6 are put on the metal tube 2 together with the magnetic assembly 5.

Последующие этапы закладки совпадают с устройством слоев дорожной одежды и заключаются в поднятии устройства на высоту укладываемого слоя специальным подъемным устройством и нанизывание на внешнюю металлическую трубку 2 магнитных сборок 5 с межслойными дисками 6. Поднятие металлической трубки 2 устройства производится до поверхности дорожного покрытия 8 и затем в нее помещают металлопластиковую трубку с измерительными датчиками и радиомодулем.The subsequent stages of the tab coincide with the pavement layers device and consist in raising the device to the height of the stacked layer with a special lifting device and stringing 2 magnetic assemblies 5 with interlayer disks 6 onto the external metal tube. The metal tube 2 of the device is lifted up to the pavement surface 8 and then in it is placed a metal-plastic tube with measuring sensors and a radio module.

Измерительный зонд собирает информацию от измерительных датчиков и с помощью радиомодуля 11 периодически посылает данные по радиоканалу, которые фиксируются приемником 12. Для увеличения дальности действия радиоканала в качестве антенны используется пробка зонда 9, которая соединена с антенным выходом 10 радиомодуля 11. В радиоканале используются не требующие лицензирования диапазоны частот. Далее при необходимости информация при помощи сети GSM отправляется на персональный компьютер. The measuring probe collects information from the measuring sensors and periodically sends data via the radio module 11 over the radio channel, which is fixed by the receiver 12. To increase the range of the radio channel, the probe 9 is used as an antenna, which is connected to the antenna output 10 of the radio module 11. The radio channel does not require licensing frequency ranges. Then, if necessary, information is sent to the personal computer using the GSM network.

Обработка информации происходит при помощи специального программного обеспечения.Information processing takes place with the help of special software.

Claims

Measuring probe for automated monitoring of residual deformations of multi-layer road structures, including an external solid metal tube, externally mounted magnetic assemblies, each consisting of two ring magnets with an interlayer disk, and an internal metal-plastic tube with measurement sensors, a cavity between the measuring sensors and a metal-plastic tube, and a metal tube with measuring sensors and a metal-plastic tube with measuring sensors compound, characterized in that inside the metal-plastic tube contains the battery, otorrhea is in its lower part and a radio module, which is in its upper part, and the top of the probe tube is used as an antenna.