专利名称：声振法水泥路面板底脱空检测方法及检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及水泥路面板底脱空检测技术，特别涉及一种声振法水泥路面板底脱空检测方法及检测仪。
背景技术：
水泥路面脱空是水泥路面病害中较难处治病害之一，由于脱空发生于水泥混凝土板底，路面表面没有明显的表征，给脱空处治造成了一定的困难。由于脱空病害对路面使用性能的重要影响，国内外道路工作者对脱空检测与处治作了大量的研究。目前，水泥混凝土路面脱空判断方法主要可以分为以下几类(1)外观判别法包括人工观测车辆经过时板的震动状况，下雨天时接缝的唧水、唧泥现象等，板缝边缘有无泥浆沉积物等。
(2)人工撞击法用铁钎敲击板边，根据不同的声音判断是否脱空，此方法需要经验丰富者才能进行判断，而且只能判断出有明显脱空的板块。
(3)弯沉判别法采用贝克曼梁测量相邻两块板的弯沉，根据承载板的弯沉值及承载板与未承载板的弯沉差进行综合判断。
(4)多级荷载回归法该方法采用落锤式弯沉仪(FWD)进行多级荷载加载，绘制不同荷载弯沉回归线，进行脱空判断。
(5)反演分析法通过FWD测定路面弯沉值，反算路面结构各层模量，采用板边理论弯沉值与实测弯沉值对比进行脱空判断。
上述方法中，外观判别法和人工撞击法操作简单，人为因素多，准确性差，而且无法定量化；弯沉判别法计算简单但是精度不高，不能精确定量，其确定的脱空标准还与结构有关，针对不同结构需对脱空标准进行校正，不具有广泛的适用性；反演分析法由不同的反算程序得到的结果也不相同；多级荷载回归法由于依赖于检测设备FWD决定了检测费用要比其他检测方法高很多，此外，需要加铺改造的路段多为正在通车的路段，为了不影响交通加铺时通常只封闭一个车道的一段路，FWD由于体积庞大不便于检测靠近通车一侧的板角，不便于掉头(高速公路出入控制，双向分向行驶)。因此，在检测和注浆验收时会有很多不便。故实际生产急需一种检测方法具有操作方便、灵活、快速、准确、造价低的特性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速、准确的声振法水泥路面板底脱空检测方法。
本发明的声振法水泥路面板底脱空检测方法，包括以下步骤(1)落锤击打水泥路面，水泥板发出声音；(2)定向声音传感器获得水泥板发出的声音信号传递给PC机，由PC机进行后续处理；(3)声音信号经过傅立叶变换转换成频域信号；(4)根据频域信号计算功率谱面积，计算公式为AREA=Σi=0kPi;]]>式中Pi是每一个频率对应的功率谱幅值，K是采集的样本个数；(5)根据频域信号计算共振峰频率，计算公式为Fres＝F(Pi.max)；式中Fi是每一个功率谱幅值对应的频率；(6)根据频域信号计算功率谱面积在X轴方向上的质心，计算公式为CX=Σi=0kPiFiΣi=0kPi;]]>(7)根据频域信号计算功率谱面积在Y轴方向上的质心，计算公式为CY=Σi=0kPiPiΣi=0kPi;]]>(8)根据频域信号计算共振峰振幅，计算公式为Amp＝A(Pi.max)；(9)根据步骤(4)～(8)的计算结果，依据下列判别函数进行判别Y＝Y0+Y1×AREA+Y2×Fres+Y3×CX+Y4×CY+Y5×Amp；若计算出的Y＜0，则水泥板属于密实状态，反之，若Y＞0属于脱空状态，若Y＝0，则水泥板处于弱性支撑状态；
上式中，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5是根据大量的测试数据进行曲线拟合后而得到具体数据。
上式优选Y＝4.59492-0.0021×AREA-13.9658×Fres+0.05971×CX-0.00023×CY-5.62116×Amp。
本发明的另一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方便，灵活、快速、准确、造价低的声振法水泥路面板底脱空检测仪。
本发明的声振法水泥路面板底脱空检测仪的技术方案如下包括落锤、落锤提升装置，定向声音传感器，傅立叶变换器，特征参数计算器，脱空判别器，定向声音传感器指向落锤敲击路面的位置，定向声音传感器与傅立叶变换器相连，傅立叶变换器与特征参数计算器相连，特征参数计算器与脱空判别器相连，所述特征参数计算器包括功率谱面积计算器、共振峰频率计算器、功率谱面积在X轴方向上的质心计算器、功率谱面积绕Y轴的质心计算器和共振峰振幅计算器。
为了使落锤撞击路面后减小自身的噪声，对落锤进行了特殊设计，如图4所示，落锤包括棒体103、锤体109；所述棒体103上有一个凸檐102，棒体103下端呈双凸状，且下端有一圆锥形内凹；所述锤体109由一个梯形圆锥体和一个半球形体结合而成，结合的部位有凸檐，凸檐内有3个以上通孔108，所述棒体103和锤体109的圆锥形部位的角度是一致的，棒体103有与锤体的通孔108相应的通孔105，所述棒体103和锤体109由螺栓104固定在一起，且中间垫有相应通孔107的塑胶垫圈106。
为了减小落锤下落时的噪声，如图4所示，落锤的棒体上的凸檐102至棒体上端有塑胶包层101。
为了进一步减小落锤下落时的噪声，如图4所示，落锤的棒体上的凸檐102往下大约10cm处至棒体下端也有塑胶包层101。
如图6所示，所述落锤提升装置包括一根丝杆3、一个驱动丝杆转动的可正反转动的电机6、一条与丝杆平行的导轨7，一个抓锤机构5；所述抓锤机构5与丝杆3配合，由丝杆3的转动来带动抓锤机构5沿导轨7上下运动；所述抓锤机构5包括一个夹爪20、一个电磁铁21和一个定位环19，落锤1的棒体103穿过夹爪20和定位环19。
为了减小落锤下落时的噪声，如图7所示，定位环19上固定着3根以上的细绳22，细绳22使落锤1的棒体103不会碰到定位环19而发出噪声。
为了进一步减小系统的噪声，夹爪20可套上塑胶包层。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果(1)定向声音传感器的选用减弱了车辆噪声对检测信号的干扰；(2)操作方便；
(3)检测快速、准确；(4)造价低。
图1是本发明检测仪的结构示意框图。
图2是本发明检测仪的实施例的内部结构示意图。
图3是本发明检测仪的实施例的正面示意图。
图4是落锤的结构示意图。
图5是落锤的俯视示意图。
图6是提升装置示意图。
图7是定位环细绳示意图。
图中示出，1落锤，2落锤固定装置，3丝杆，4蓄电池，5抓锤机构，6电机，7导轨，8机壳，9电控装置，10固定螺丝，11电源逆变器，12定向声音传感器，13电源开关，14启动按钮，15上行限位开关，16下行限位开关，17上行到位指示灯，18夹紧指示灯，19定位环，20夹爪，21电磁铁，22，细绳，101塑胶包层，102凸檐，103棒体，104螺栓，105通孔，106塑胶垫圈，107垫圈通孔，108通孔，109锤体。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
图1是本发明检测仪的结构示意框图，落锤撞击地面后水面路面发出声音，定向声音传感器获取该声音信号后由傅立叶变换器变换成频域信号，傅立叶变换公式为<x(τ)，gt，Ω(τ)>＝<x(τ)，g(t-τ)eJΩτdτ>＝STFTx(t，Ω)式中Ω＝2πf，单位为rad/s经过傅立叶变换后从频域中提取功率谱面积、共振峰频率、功率谱面积在X轴方向上的质心、功率谱面积绕Y轴的质心和共振峰振幅等5个声音特征参数，然后通过脱空判别器根据判别公式进行脱空判别。
图2是本发明检测仪的实施例的内部结构示意图，图3是相应的的正面面板示意图，图6是相应的更加简明的示意图。图中1是落锤，用来撞击地面发出声音；2是落锤固定装置，防止运输中落锤损坏其他零部件；3是丝杆；4是蓄电池；5是抓锤机构，电磁铁21控制夹爪20闭合提升落锤1到上限位置后，手动按下启动按钮14电磁铁断电，夹爪20松开，上行到位指示灯17灭，落锤1落下击打地面；6是电机；7是导轨，限定抓锤机构运动方向；8是机壳，保护内部结构；9是电控装置，控制通断电、控制落锤的升降；10是固定螺丝，防止运输中落锤损坏其他零部件；11是电源逆变器，用于电机6、电磁铁21等部件的供电；12是定向声音传感器；13是电源开关；14是启动按钮；15是上行限位开关，抓锤机构上升触至上行限位开关15，电机随即停止转动，上行到位指示灯17亮；16是下行限位开关，抓锤机构下降触至下行限位开关16，电机随即停止转动；17是上行到位指示灯；18夹紧指示灯。
检测仪的检测过程如下开启总电源开关13获得电源，按下启动按钮14后，夹爪20夹紧落锤1，夹紧指示灯18亮，电机6驱动丝杆3带动抓锤机构上升，落锤1上升到一定的高度触动上限限位开关15停止，上行到位指示灯17亮；按下启动按钮14后，夹爪20松开，夹紧指示灯18灭，上行到位指示灯17灭，落锤1自由下落，稍后抓锤机构5由丝杆3带动下降触发到下限限位开关15后停止，然后夹爪20夹紧落锤1，夹紧指示灯18亮，电机6驱动丝杆3带动抓锤机构上升，落锤1上升到一定的高度触动上限限位开关15停止，上行到位指示灯17亮，等待手动按下启动按钮14进行下一次检测。
图4是实施例的落锤的结构示意图，图5是相应的俯视示意图。从图5可以看出，本实施例是由6个螺栓104固定，但并不是说一定要6个螺栓104来固定，螺栓104的个数3个以上即可。为了便于运输，落锤1的棒体103上端可开一个螺孔，以便于固定。
图7是定位环细绳示意图。图中，细绳的数量是8，但并不是说一定要8根细绳，有3根以上细绳能保证落锤1的棒体103不碰到定位环即可，但是要保证棒体103有一定的自由摆动空间，不能破坏落锤1的自由下落。
权利要求
1.一种声振法水泥路面板底脱空检测方法，包括以下步骤(1)落锤击打水泥路面，水泥板发出声音；(2)定向声音传感器获得水泥板发出的声音信号传递给PC机，由PC机进行后续处理；(3)声音信号经过傅立叶变换转换成频域信号；(4)根据频域信号计算功率谱面积，计算公式为AREA=Σi=0kPi;]]>式中Pi是每一个频率对应的功率谱幅值，K是采集的样本个数；(5)根据频域信号计算共振峰频率，计算公式为Fres＝F(Pi.max)；式中Fi是每一个功率谱幅值对应的频率；(6)根据频域信号计算功率谱面积在X轴方向上的质心，计算公式为CX=Σi=0kPiFiΣi=0kPi;]]>(7)根据频域信号计算功率谱面积在Y轴方向上的质心，计算公式为CY=Σi=0kPiPiΣi=0kPi;]]>(8)根据频域信号计算共振峰振幅，计算公式为Amp＝A(Pi.max)；(9)根据步骤(4)～(8)的计算结果，依据下列判别函数进行判别Y＝Y0+Y1×AREA+Y2×Fres+Y3×CX+Y4×CY+Y5×Amp；若计算出的Y＜0，则水泥板属于密实状态，反之，若Y＞0属于脱空状态，若Y＝0，则水泥板处于弱性支撑状态；上式中，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5是根据测试数据进行曲线拟合后而得到具体数据。
2.一种实现权利要求1所述方法的声振法水泥路面板底脱空检测仪，包括落锤、落锤提升装置，其特征在于还包括定向声音传感器，傅立叶变换器，特征参数计算器，脱空判别器，定向声音传感器指向落锤敲击路面的位置，定向声音传感器与傅立叶变换器相连，傅立叶变换器与特征参数计算器相连，特征参数计算器与脱空判别器相连，所述特征参数计算器包括功率谱面积计算器、共振峰频率计算器、功率谱面积在X轴方向上的质心计算器、功率谱面积绕Y轴的质心计算器和共振峰振幅计算器。
3.根据权利要求2所述的声振法水泥路面板底脱空检测仪，其特征在于所述落锤包括棒体、锤体；所述棒体上有一个凸檐，棒体下端呈双凸状，且下端有一圆锥形内凹；所述锤体由一个梯形圆锥体和一个半球形体结合而成，结合的部位有凸檐，凸檐内有3个以上通孔，所述棒体和锤体的圆锥形部位的角度是一致的，棒体有与锤体的通孔相应的通孔，所述棒体和锤体由螺栓固定在一起，且中间垫有相应通孔的塑胶垫圈。
4.根据权利要求3所述的声振法水泥路面板底脱空检测仪，其特征在于所述落锤的棒体上的凸檐至棒体上端有塑胶包层。
5.根据权利要求4所述的声振法水泥路面板底脱空检测仪，其特征在于所述落锤的棒体上的凸檐往下大约10cm处至棒体下端也有塑胶包层。
6.根据权利要求5所述的声振法水泥路面板底脱空检测仪，其特征在于所述落锤提升装置包括一根丝杆、一个驱动丝杆转动的可正反转动的电机、一条与丝杆平行的导轨，一个抓锤机构；所述抓锤机构与丝杆配合，由丝杆的转动来带动抓锤机构沿导轨上下运动；所述抓锤机构包括一个夹爪、一个电磁铁和一个定位环，落锤的棒体穿过夹爪和定位环。
7.根据权利要求6所述的声振法水泥路面板底脱空检测仪，其特征在于所述定位环上固定着3根以上的细绳，细绳使落锤的棒体不会碰到定位环而发出噪音。
8.根据权利要求7所述的声振法水泥路面板底脱空检测仪，其特征在于所述的夹爪有塑胶包层。
全文摘要
本发明公开了一种声振法水泥路面板底脱空检测方法及检测仪，本发明方法通过定向声音传感器获得落锤撞击水泥路面的声音信号后，经过傅立叶变换成频域信号并计算出功率谱面积、共振峰频率、功率谱面积在X轴方向上的质心、功率谱面积绕Y轴的质心和共振峰振幅等参数，由判别函数进行判别即可得出水泥路面是否脱空。本发明检测仪包括落锤及其提升装置，定向声音传感器，傅立叶变换器，特征参数计算器，脱空判别器，能够快速、准确地进行水泥路面板底脱空检测，本发明检测仪操作方便、灵活，造价低。
文档编号G01H1/00GK101051040SQ20071002772
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者张肖宁, 薛忠军, 彭永恒 申请人:华南理工大学