专利名称：基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种路基路面质量检测技术，特别是基于振动频谱分析的高速公路路基检测 系统。
背景技术：
路基路面检测实际上是路基、路面压实质量的检测，路基、路面压实质量是道路工程施 工质量管理最重要的内在指标之一，只有对路基、路面结构层进行充分压实，才能保证路基 、路面的强度、刚度及路面的平整度，并可以保证及延长路基、路面工程的使用寿命。
路面压实质量的检测现有的一种方法是灌砂法，灌砂法利用均匀颗粒的砂去置换试洞的 体积，它是当前最通用的方法，很多工程都把灌砂法列为现场测定密度的主要方法。该方法 可用于测试各种土或路面材料的密度，它的缺点是需要携带较多量的砂，而且称量次数较 多，因此它的测试速度较慢。
路面压实质量的检测现有的另一种方法是环刀法，环刀法是测量现场密度的传统方法。
国内习惯采用的环刀容积通常为200cm3，环刀高度通常约5cm。用环刀法测得的密度是环刀 内土样所在深度范围内的平均密度，它不能代表整个碾压层的平均密度。由于碾压土层的密 度一般是从上到下减小的，若环刀取在碾压层的上部，则得到的数值往往偏大，若环刀取的 是碾压层的底部，则所得的数值将明显偏小，就检査路基土和路面结构层的压实度而言，我 们需要的是整个碾压层的平均压实度，而不是碾压层中某一部分的压实度，因此，在用环刀 法测定土的密度时，应使所得密度能代表整个碾压层的平均密度。然而，这在实际检测中是 比较困难的；只有使环刀所取的土恰好是碾压层中间的土，环刀法所得的结果才可能与灌砂 法的结果大致相同。另外，环刀法适用面较窄，对于含有粒料的稳定土及松散性材料无法使 用。
然而，通过检测路面压实度达到检测路基路面质量，这在有些情况下并不能说明问题， 如吸水性路基路面压实度与普通高等级公路的路基路面压实度并不相同，后者由于材料的改 变，其性能是非常好的，但它首先应具务突出的吸水性，而如果用路面压实度作为标准，则 很难达到普通高等级公路的路基路面压实度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统，以便适合不同结构的路基路面质量检测。
本发明的的技术方案是这样实现的，基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统，其特 征是它包括植于路基路面的检测装置和移动载荷分析单元，
路基路面的检测装置，用于检测路基路面的振动信息，并将检测的路基路面的振动信息 通过一无线发射单元发送到和移动载荷分析单元；
移动载荷分析单元，用于向路基路面施加可控频率的振动力，用于通过无线接收单元接 收路基路面的检测装置发出的振动检测信息；用于对接收的振动检测信息进行频频分析；用 于与存贮单元存贮的基准频谱进行比较，给出植于路基路面的检测装置所在位置路面质量的 信息。
所述的路基路面的检测装置包括电池l、无线发射电路2、振动检测处理电路3、振动传 感器4，振动传感器4与振动检测处理电路3电连接，在振动检测处理电路3的一个输出口与无 线发射电路2电连接；振动检测处理电路3、振动传感器4和温度传感器5分别与电池1的两个 电极电连接；电池l、无线发射电路2、振动检测处理电路3、振动传感器4和温度传感器5固 定在密闭的壳体9内，壳体9固定在公路路基10内。
所述的振动传感器4包括密封基座、基座内有液体介质，在液体介质上有随介质波动而 随动的漂浮体，漂浮体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测电路，发光管 和光电管构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体9内。
所述的振动传感器4包括密封基座、基座内有硅橡胶介质，在硅橡胶介质上有反射目标 体，反射目标体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测电路，发光管和光电 管构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体9内。
所述的基准频谱是由植于标准路基路面的检测装置根据标准的移动载荷所得到的振动检 测信息再由移动载荷分析单元频谱分析得到的频谱。
所述的标准的移动载荷是距路基路面的检测装置一定距开始行驶的确知的车辆重量、发 动机型号、车辆行驶速度的车辆。
本发明的特点是由于本发明首先通过在标准路基内放置路基路面的检测装置，运用标 准的移动载荷(确知的车辆重量、发动机型号、车辆行驶速度)从一定距离通过标准路基内 放置路基路面的检测装置建立起一个基准频谱，然后再通过标准的移动载荷经过未知路基路 面，此路基路面下植有标准路基路面下的路基路面的检测装置，通过测量标准的移动载荷通 过时，路基路面的检测装置得到的振动信号进行频谱分析，如与标准的频谱相一致测说明路 基路同质量是可以的，否则则有质量问题。这种检测手法与背景技术给出的方法有本质的区别， 一随时随地可以检测，检测速度快。容易建立强大的分析系统为路基路面的质量改造提 供手段。
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。 图l是本发明实施例的原理图； 图2是振动检测处理电路图； 图3是振动传感器结构示意图。
图中l、电池；2、无线发射电路；3、振动检测处理电路；4、振动传感器；5、温度传 感器；6、移动载荷分析单元；7、比较电路；8、电子开关；9、路基路面检测装置；10、路 基、路面。
具体实施例方式
如图1所示，基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统，它包括植于路基路面10的路 基路面检测装置9和路基路面上移动的移动载荷分析单元6，首先在标准路基内放置路基路面 检测装置，由标准的移动载荷(确知的车辆重量、发动机型号、车辆行驶速度)从一定距离 开始以标准的速度通过路基路面，此时，移动载荷作用在路基路面的振动波进入路基路面检 测装置，其内的振动传感器接收到振动波后将其振动波电信号传给处理单元，处理单元再由 无线发射单元发送给移动载荷内的分析单元进行频谱分析处理，这样，由标准的移动载荷作 用在标准的路基路面上产生的振动频谱信号作为一种标准信号存贮在其存贮器内。
标准的路基路面是按照高速公路路基路面标准和严格施工工艺的路基路面。包括沥青碎 石下封层、沥青碎石上封层和沥青碎石中封层。由于其结构固定、工艺标准，因此当与其配 合的移动载荷通过时，其移动载荷产生的振动波具有一定的规律性。因而以相同的设计要求 和工艺施工的路基路面，在以同样的移动载荷和同样的速度作用在其路基路面上时，其产生 振动波应是相同或一致的。
高速公路路基路面检测装置包括电池l、无线发射电路2、振动检测处理电路3、振动传 感器4和温度传感器5，振动检测处理电路3是EM78P458单片机，振动传感器4和温度传感器5 分别与EM78P458的A/D接口电连接，EM78P458的一个输出口与无线发射电路2电连接， EM78P458、振动传感器4和温度传感器5分别与电池l的两个电极电连接，电池1采用2A /3.6V电池供电，电池l、无线发射电路2、振动检测处理电路3、振动传感器4和温度传感器5 固定在密闭的壳体内，壳体固定在路基、路面10内，移动载荷经路基、路面10后，固定在路 基、路面10内的振动传感器4将有输出信号，输出信号经放大后与EM78P458—个A/D接口连接，振动检测处理电路3经A/D转换后，振动检测处理电路3装载的软件将振动传感器4输出的模 拟信号转换成数字量，并对其进行处理，通过无线发射电路2发送到移动载荷分析单元6，再 由移动载荷分析单元的计算机进行最后分析。
振动传感器4输出的模拟信号经过一个比较电路7 (LM393)进入放大器，比较电路7的输 出与EM78P458—个管脚连接；当移动荷载12经公路路基10后，产生的振动信号首先与比较电 路7比较，由比较电路输出一个触发电平提供给振动检测处理电路3的一个I/0口，此电平将 触发振动检测处理电路3，软件使振动检测处理电路3从休眠中换醒，开始采集振动信号，一 直到比较电路7的输出信号为低电平；当没有移动荷载经公路路基时，程序使EM78P458处在 休眠状态，以利于整体功耗控制。供给EM78P458的是3.6V电压，电池l容量在几个安培。可保 证固定在路基下的公路路基在移动载荷作用下振动频率传感测量能在较长时间工作。 一般设 计为10年。
温度传感器5连接在EM78P458的一个A/D接口上，可在对路基、路面的密实度检测或振动
检测量提供参考信号。
无线发射电路2采用NFR401，其最高发送速率为20K/S。 NFR401具有单发单收功能。 移动载荷分析单元6包括移动载荷和分析单元，移动载荷选用容易与路基、路面产生共
振的车辆，其重量和发动机的型号决定着固有的振动频率。它与标准路基、路面固有振动频
率相近。
振动传感器4有多种实施方式，它们有着非常相同的结构。如图3所示，它包括座体a、 上壳b、活塞杆c、活塞d、硅橡胶密封圈e、光电反射接收电路f、液体g和活塞腔h。活塞腔h 底面与平板式座体a通过螺丝连接为一体。活塞杆c和上壳b的壳内顶面固定为一体；活塞d伸 进活塞腔h内，活塞腔h开口向外伸出，上壳b下开口向内伸进，活塞腔h的向外伸出部位与上 壳b向内伸进部位形成倒挂结构，之间由硅橡胶密封圈e密封。
活塞腔h内有不易浑发的液体g，液体g表面有漂浮体l，漂浮体l上有光电反射接收电路f
当有移动载荷通过时，产生的振动波作用在座体a上，通过座体a进一步作用在活塞腔h 底面，使活塞腔h内有不易浑发的液体g波动，波动会使漂浮体l随之波动，上面的光电反射 接收电路f接收的反射光会随之变化，这种变化与振动波是一致的。因此通过检测这种反射 光的变化就能测量出移动载荷作用在路基路面的振动，最终通过傅立叶变换得到振动频谱分 布。
由于活塞腔h内有不易浑发的液体g，液体g具有随动性好的特点，因此通过测量液体g的波动得到移动载荷作用在路基路面的振动信号具有动态性好的特点。但存在的的问题当然是 液体g的浑发。影响使用时间。
为此， 一种变化的方案如图4所示，将不易浑发的液体g改为硅橡胶n，硅橡胶n表面作为 漂浮体L。同样，在其上有有光电反射接收电路f。当有移动载荷通过时，产生的振动波作用 在座体a上，通过座体a进一步作用在活塞腔h底面，使活塞腔h内硅橡胶n振动，振动会使漂 浮体l随之波动，上面的光电反射接收电路f接收的反射光会随之变化，这种变化与振动波是 一致的。
变化的第三种方案如图5所示，硅橡胶n上有压电薄膜m，当有移动载荷通过时，产生的 振动波作用在座体a上，通过座体a进一步作用在活塞腔h底面，使活塞腔h内硅橡胶n振动， 振动会使压电薄膜m随之波动，压电薄膜m产生压电信号，压电信号与振动波是一致的。
权利要求
1.基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统，其特征是它包括植于路基路面的检测装置和移动载荷分析单元，路基路面的检测装置，用于检测路基路面的振动信息，并将检测的路基路面的振动信息通过一无线发射单元发送到和移动载荷分析单元；移动载荷分析单元，用于向路基路面施加可控频率的振动力，用于通过无线接收单元接收路基路面的检测装置发出的振动检测信息；用于对接收的振动检测信息进行频频分析；用于与存贮单元存贮的基准频谱进行比较，给出植于路基路面的检测装置所在位置路面质量的信息。
2.根据权利要求l所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统 ，其特征是所述的路基路面的检测装置包括电池(1)、无线发射电路(2)、振动检测处 理电路(3)、振动传感器(4)，振动传感器(4)与振动检测处理电路(3)电连接，在振 动检测处理电路(3)的一个输出口与无线发射电路(2)电连接；振动检测处理电路(3) 、振动传感器(4)和温度传感器(5)分别与电池(1)的两个电极电连接；电池(1)、无 线发射电路(2)、振动检测处理电路(3)、振动传感器(4)和温度传感器(5)固定在密 闭的壳体(9)内，壳体(9)固定在公路路基(10)内。
3.根据权利要求l所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统 ，其特征是所述的振动传感器(4)包括密封基座、基座内有液体介质，在液体介质上有 随介质波动而随动的漂浮体，漂浮体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测 电路，发光管和光电管构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体(9) 内。
4.根据权利要求l所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统 ，其特征是所述的振动传感器(4)包括密封基座、基座内有硅橡胶介质，在硅橡胶介质 上有反射目标体，反射目标体上至少有一对由发光管和光电管构成的反射式光电检测电路， 发光管和光电管构成的反射式光电检测电路固定在密封基座相隔的另一个壳体(9)内。
5.根据权利要求l所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统，其特征是所述的基准频谱是由植于标准路基路面的检测装置根据标准的移动载荷所得到 的振动检测信息再由移动载荷分析单元频谱分析得到的频谱。
6 根据权利要求l所述的基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统 ，其特征是所述的标准的移动载荷是距路基路面的检测装置一定距开始行驶的确知的车辆 重量、发动机型号、车辆行驶速度的车辆。
全文摘要
本发明涉及一种路基路面质量检测技术，特别是基于振动频谱分析的高速公路路基检测系统，其特征是它包括植于路基路面的检测装置和移动载荷分析单元，路基路面的检测装置，用于检测路基路面的振动信息，并将检测的路基路面的振动信息通过一无线发射单元发送到和移动载荷分析单元；移动载荷分析单元，用于向路基路面施加可控频率的振动力，用于通过无线接收单元接收路基路面的检测装置发出的振动检测信息；用于对接收的振动检测信息进行频频分析；用于与存贮单元存贮的基准频谱进行比较，给出植于路基路面的检测装置所在位置路面质量的信息。它以便适合不同结构的路基路面质量检测。
文档编号G01H9/00GK101672825SQ200910308318
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者刘珉恺, 段连琪 申请人:西安信唯信息科技有限公司