一种路面渗水标准装置及路面渗水系数计量方法
【专利摘要】本发明公开了一种路面渗水标准装置及路面渗水系数计量方法，克服目前路面渗水仪的计量标准缺失，量值无法实现溯源的不足，该装置包括渗水容器（10）、监测器（30）、计时器（40）以及控制器（50），所述监测器（30）监测所述渗水容器（10）中液体的体积变化；所述计时器（40）记录与所述体积变化相对应的渗水时间；所述控制器（50）根据所述体积变化及渗水时间，计算获得渗水系数。本申请的实施例大幅提高了路面渗水仪的标准化程度，实现了渗水系数测量过程的全自动化，响应迅速，准确性高，可以实现渗水系数测量误差、测量重复性等关键计量参数的检定和校准，能够从计量学意义上实现路面渗水仪的量值溯源。
【专利说明】一种路面渗水标准装置及路面渗水系数计量方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种计量仪器，尤其涉及一种路面渗水标准装置及路面渗水系数计量方法。
【背景技术】
[0002]路面渗水系数是衡量浙青路面及浙青混合料排水性能的关键性技术指标之一，路面渗水系数的大小直接关系到浙青路面在雨天的通行安全性。一般采用路面渗水系数测定仪(也称路面渗水仪)来对路面渗水系数进行测定。路面渗水系数一般用路面单位时间内渗入的水的体积来表不，其单位一般为毫升/分钟(mL/min)。
[0003]随着交通运输事业的发展，路面排水性能日益得到重视，国内外纷纷展开了排水浙青混合料及其施工工艺的研究，路面渗水仪的准确性成为交通行业仪器计量检定、校准技术研究的重点之一。
[0004]但是，长期以来，因缺少路面渗水系数计量标准，路面渗水仪的检定、校准工作一直无法正常开展。常用的方法仅是根据路面渗水仪的行业标准对其盛水量桶的刻度、内径、压重钢圈重量等进行测量，以确保仪器型式的一致性，无法进行仪器测量过程的检验，也无法实现渗水系数测量误差、测量重复性等关键计量参数的检定和校准，不能满足交通行业检测仪器计量管理的需要，无法从计量学意义上实现路面渗水仪的量值溯源。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服目前路面渗水仪的计量标准缺失，量值无法实现溯源的不足。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种路面渗水标准装置，该装置包括渗水容器(10)、监测器(30)、计时器(40)以及控制器(50)，其中:
[0007]所述监测器(30)监测所述渗水容器(10)中液体的体积变化；
[0008]所述计时器(40)记录与所述体积变化相对应的渗水时间；
[0009]所述控制器(50 )根据所述体积变化及渗水时间，计算获得渗水系数。
[0010]优选地，该装置包括设置在所述渗水容器(10 )底部的阀门(20 )，所述控制器(50 )控制所述阀门(20)的开闭。
[0011]优选地，所述监测器(30)包括高速成像相机，所述高速成像相机采用数字图像处理及模式识别技术监测所述体积变化。
[0012]本申请的实施例还提供了一种路面渗水系数计量方法，应用于路面渗水仪进行渗水系数的计量，该路面渗水仪主要包括有渗水容器、监测器、计时器以及控制器；该方法包括:
[0013]所述监测器监测所述渗水容器中液体的体积变化；
[0014] 所述计时器记录与所述体积变化相对应的渗水时间；
[0015]所述控制器根据所述体积变化及渗水时间，计算获得所述渗水系数。[0016]优选地，所述监测器监测所述渗水容器中液体的体积变化，包括:
[0017]所述监测器监测到所述渗水容器中的液体到达预设刻度时，产生刻度信号发送给所述控制器。
[0018]优选地，所述计时器记录与所述体积变化相对应的渗水时间，包括:
[0019]所述控制器根据所述刻度信号产生控制信号发送给所述计时器；
[0020]所述计时器根据所述控制信号进行计时，并将所记录的时间作为所述渗水时间发送给所述控制器。
[0021]优选地，所述监测器监测所述渗水容器中液体的体积变化，包括:
[0022]所述监测器根据所述控制器发送的控制信号监测获得所述体积变化。
[0023]优选地，所述计时器记录与所述体积变化相对应的渗水时间，包括:
[0024]所述计时器根据所述控制器发送的控制信号记录所述渗水时间。
[0025]优选地，所述控制器收到所述计时器发送的计时信息后，向所述监测器发送所述控制信号。
[0026]与现有技术相比，本申请的实施例大幅提高了路面渗水仪的标准化程度，通过对渗水容器的液面监测、阀门启闭及计时控制的联动，实现了渗水系数测量过程的全自动化，响应迅速，准确性高。本申请实施例的路面渗水标准装置，可以实现渗水系数测量误差、测量重复性等关键计量参数的检定和校准，能够从计量学意义上实现路面渗水仪的量值溯源，完全可以满足交通行业检测仪器计量管理的需要。
[0027]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
[0029]图1为本申请实施例的路面渗水标准装置的构造示意图。
[0030]图2为本申请实施例的路面渗水标准装置进行量值溯源及传递的示意图。
[0031]图3为本申请实施例的路面渗水系数计量方法的流程示意图。
[0032]图4为本申请实施例的路面渗水系数计量方法在一应用中的流程示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征在不相冲突前提下的相互结合，均在本发明的保护范围之内。
[0034]另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0035]如图1所示，本申请实施例的路面渗水标准装置，主要包括渗水容器10、阀门20、监测器30、计时器40以及控制器50等。
[0036]阀门20设置在渗水容器10的底部，便于渗水容器10中的液体流出渗水容器10。渗水容器10的下方放置有标准器11，用来进行保存和复现某一渗水系数量值。
[0037]监测器30监测渗水容器10中液体的体积变化。
[0038]本申请的实施例中，监测器30可以通过监测渗水容器10中液体的液面高度变化来获得液体的体积变化。
[0039]计时器40记录渗水容器10中液体产生体积变化所经过的渗水时间。本申请的实施例中，计时器40对渗水容器10中的液体从较多的第一体积变化到较少的第二体积之间所经过的时间进行记录，所得结果即为从第一体积变化到第二体积的渗水时间。
[0040]本申请的实施例中，渗水容器10的壁上设置有标识渗水容器10中液体体积的第一刻度和第二刻度。渗水容器10上的该第一刻度,可以对应于渗水容器10中液体较多的第一体积(或者说液面较高的第一液面)。渗水容器10上的该第二刻度，可以对应于渗水容器10中液体较少的第二体积(或者说液面较低的第二液面)。比如，该第一刻度可以是100毫升(mL)，该第二刻度可以是500mL。如此，计时器40可以在监测器30监测到渗水容器10中液体经过第一刻度时，根据控制器50的指令开始计时，并在监测器30监测到渗水容器10中液体经过第二刻度的时，根据控制器50的指令停止计时，来获得渗水容器10中液体的液面从第一刻度变化到第二刻度之间的渗水时间。
[0041]控制器50控制阀门20的开闭。在阀门20打开时，渗水容器10中的液体经过阀门20流出，并在标准器11中进行渗透；在阀门20关闭时，渗水容器10中的液体停止流出渗水容器10。
[0042]控制器50根据监测器30所监测到的渗水容器10中液体的体积变化，来控制阀门20的开闭以及计时器40开始和停止计时。控制器50还根据监测器30所监测到的渗水容器10中液体的体积变化，以及计时器40所记录的与该体积变化相对应的渗水时间，计算获得渗水系数。
[0043]本申请的实施例中，渗水容器10中液体的体积变化与计时器40所记录的渗水时间这两个参数中，可以是该体积变化到达预设值而该渗水时间因应于该预设的体积变化而产生，也可以是该渗水时间到达预设值而该体积变化因应于该预设的渗水时间而产生，还可以是该体积变化与该渗水时间同时根据控制器50的开始指令和截止指令而产生对应关
系O
[0044]如图1所示，本申请的实施例，还可以包括盛水容器60，位于渗水容器10的下方。便于盛装从标准器11中渗出的液体。
[0045]本申请的实施例中，渗水容器10可以是量筒。
[0046]本申请的实施例中，监测器30可以是高速成像相机，以每秒种不少于20帧的高频率实时获取监控区域的图像，实时地采用数字图像处理及模式识别技术监测渗水容器10中液体的体积变化，检测图像中所表示的液位线，若液位线位置到达预设的位置，即输出相应信号，控制计时器，还可以控制阀门的动作。这种液位测量方式为非接触式的测量，测量器件与液体完全隔离，对液体内部受力状态没有任何影响。这种方法基于计算机视觉原理，是仿生学和人工智能技术在公路材料性能检测方面的具体应用，其检测的有效性很容易得到验证，即使出现误判也很容易被发现。[0047]本申请的实施例中，监测器30可以是对射光电开关。采用对射光电开关监测液面位置，将每套对射光电开关的发射端和接收端分别固定于渗水容器10壁上刻度的两侧，也即其中一套固定于渗水容器10壁上第一刻度的两侧，另一套固定于渗水容器10壁上第二刻度的两侧。在渗水容器10未盛放液体的空置状态下，将两套对射光电开关校准对位；当渗水容器10在对射光电开关高度处还盛有液体时，由于液体对光线的折射作用，对射光电开关的接收端无法接收到发射端所发射的信号，因此这一高度下的对射光电开关将断开；当渗水容器10在对射光电开关高度处没有液体时，对射光电开关的接收端就可以接收到发射端所发射的信号，因此这一高度下的对射光电开关将接通。利用此原理，当液面经过预设的高度(如第一刻度和第二刻度处的高度)时，对射光电开关的接通状态就会由断开变化为接通，根据这一变化即可监测渗水容器10中液面的高度并发送给控制器50。
[0048]本申请的实施例中，监测器30可以是液位计。采用液位计监测渗水容器10中液体的液位变化，并反馈信息给控制器50，由控制器50发送指令给计时器或阀门，完成自动渗水系数计量。若采用置入式液位计，如磁滞伸缩液位计，因浮球及导杆会占据一部分液体体积，因此渗水容器10需据此进行相应的刻度调整，以消除浮球及导杆对测量结果的影响。
[0049]本申请的实施例中，监测器30也可以是激光或超声波测距仪。采用测距仪监测液面变化，然后再换算为体积。采用这种方法在测距仪选型时，需考虑仪器对于液面介质的测量有效性及测量准确度，如采用三角测量原理的激光测距仪，还需考虑量筒口径及深度会否影响到激光束的反射路径。
[0050]如图2中所示，本申请实施例的路面渗水标准装置所测量的量值向国家基准进行量值溯源时，可通过“组合测量法”，将渗水系数值分解为容积量和时间量，分别溯源至容量和时间频率国家基准，以实现标准装置所复现的量值的溯源。本申请实施例的路面渗水标准装置向下一级计量标准(渗水系数标准器)进行量值传递过程中，本申请实施例的路面渗水标准装置同时又可作为渗水系数标准器，先通过直接测量法对下一级计量标准器具(渗水系数标准器)进行赋值，再由“路面渗水系数测量仪”直接测量“渗水系数标准器”，通过测量结果与“赋值”(标准值)的比对，确定工作计量器具的计量性能是否满足检定规程的要求。
[0051]本申请实施例的路面渗水系数计量方法，主要应用于路面渗水仪进行渗水系数的计量，该路面渗水仪主要包括有渗水容器、监测器、计时器以及控制器等。本申请实施例的路面渗水系数计量方法中，监测器监测渗水容器中液体的体积变化；计时器记录与体积变化相对应的渗水时间；控制器根据该体积变化产生控制信号发送给计时器记录该渗水时间，控制器并根据渗水时间及体积变化，计算获得渗水系数。
[0052]其中，监测器监测渗水容器中液体的体积变化，可以是监测器监测到渗水容器中的液体到达预设刻度时，产生刻度信号发送给控制器。控制器根据刻度信号产生控制信号发送给计时器；计时器根据控制信号进行计时，并将所记录的时间作为渗水时间发送给控制器。比如，监测器监测到渗水容器中的液体到达第一刻度时，产生表示渗水容器中液体为第一体积的第一刻度信号发送给控制器。控制器根据该第一刻度信号产生第一控制信号发送给计时器，计时器根据该第一控制信号开始计时。监测器监测到渗水容器中的液体到达第二刻度时，产生表不渗水容器中液体为第二体积的第二刻度信号发送给控制器。控制器根据该第二刻度信号产生第二控制信号发送给计时器，计时器根据该第二控制信号停止计时，并将所记录的时间(也即渗水时间)发送给控制器。控制器根据该第一刻度信号及第二刻度信号获得渗水容器中液体的体积变化，根据该体积变化及计时器所记录的时间，计算获得渗水系数。
[0053]其中，监测器监测渗水容器中液体的体积变化，也可以是监测器根据控制器发送的控制信号来监测获得渗水容器中的液体的体积变化。计时器根据控制器发送的控制信号记录与该体积变化相对应的渗水时间。比如，控制器发送第一控制信号给监测器以及计时器；监测器收到该第一控制信号后，马上监测获得渗水容器中液体的第一体积并反馈给控制器；计时器收到第一控制信号后，马上开始计时。经过一段时间后，控制器发送第二控制信号给监测器以及计时器；监测器收到该第二控制信号后，马上监测获得渗水容器中液体的第二体积并反馈给控制器；计时器收到第二控制信号后，马上停止计时，将所记录的时间(也即渗水时间)反馈给控制器。控制器根据该第一体积及第二体积获得渗水容器中液体的体积变化，根据该体积变化及计时器所记录的时间，计算获得渗水系数。
[0054]其中，监测器监测渗水容器中液体的体积变化，还可以是监测器根据控制器发送的控制信号来监测获得渗水容器中的液体的体积变化，而控制器是在收到计时器发送的计时信息后，向监测器发送的控制信号的。具体地，计时器向控制器发送表示第一时刻的第一时间信息，控制器收到该第一时间信息后，向监测器发送第一控制信号，指示监测器监测获得渗水容器中的液体的第一体积。监测器收到该第一控制信号后，马上监测获得渗水容器中的液体的第一体积并发送给控制器。经过一段时间后，计时器向控制器发送表示第二时刻的第二时间信息，控制器收到该第二时间信息后，向监测器发送第二控制信号，指示监测器监测获得渗水容器中的液体的第二体积。监测器收到该第二控制信号后，马上监测获得渗水容器中的液体的第二体积并发送给控制器。控制器根据该第一时刻及第二时刻获得渗水容器的渗水时间，根据该第一体积及第二体积获得渗水容器中液体的体积变化，并根据该渗水时间及体积变化，计算获得渗水系数。
[0055]如图3所示,本申请实施例的路面渗水系数计量方法,主要包括如下内容:
[0056]步骤S310，监测渗水容器中液体体积变化的监测器，监测到渗水容器中的液体到达标识第一体积的第一刻度时，产生第一刻度信号发送给控制器。
[0057]步骤S320，控制器收到该第一刻度信号后，产生第一控制信号发送给计时器，并记录该第一刻度信号对应的第一体积。
[0058]步骤S330，计时器根据该第一控制信号开始计时。
[0059]步骤S340，监测器监测到渗水容器中的液体到达标识第二体积的第二刻度时，产生第二刻度信号发送给控制器。
[0060]步骤S350，控制器收到该第二刻度信号后，产生第二控制信号发送给计时器，并记录该第二刻度信号对应的第二体积。
[0061]步骤S360，计时器根据该第二刻度信号停止计时，并将所记录的时间段作为渗水时间发送给控制器。
[0062]步骤S370，控制器根据该第一体积、第二体积及该渗水时间，计算获得路面渗水系数。
[0063]如图4所示，本申请实施例的路面渗水标准装置在一些试验性质的具体应用中，在渗水容器中装入液体后，先手动开启阀门或者由控制器控制开启阀门进行预渗水，并以不排空渗水容器中的液体为限，排出渗水容器中可能存在的气泡(步骤SI)。然后关闭阀门(手动或者接受控制器的控制)，再次往渗水容器中注入液体(步骤S2)。渗水容器的这两次注入液体，都可以将渗水容器注满。之后，再次开启阀门，渗水容器再次进行渗水(步骤S3)。在监测器监测到渗水容器中的液体降至第一刻度(比如100毫升)时，产生第一刻度信号发送给控制器(步骤S4)。控制器根据该第一刻度信号发送第一控制信号给计时器(步骤S5)。计时器根据该第一控制信号开始计时(步骤S6)。渗水容器持续进行渗水。在监测器监测到渗水容器中的液体降至第二刻度(比如500毫升)时，产生第二刻度信号并发送给控制器(步骤S7)。控制器根据该第二刻度信号发送第二控制信号给计时器(步骤S8)。计时器根据该第二控制信号停止计时(步骤S9)。此时，计时器所记录的时间，就是渗水容器中渗出400毫升(500毫升-100毫升)液体所经过的渗水时间。控制器根据该渗水时间、第一刻度信号及第二刻度信号，计算获得对应的渗水系数(步骤S10)。
[0064]如图4所示，本申请实施例的另一些应用中，计时器根据控制器发送的第一控制信号开始计时后，判断计时是否已经到达预设的时间段(步骤S61)，若是则停止计时并向控制器发送时间到达信号(步骤S62)，转步骤S64继续执行；否则计时器继续进行计时，监测器继续监测渗水容器中液体的液面(步骤S63)，此时，渗水容器持续进行渗水。控制器根据该时间到达信号产生液面监测信号并发送给监测器(步骤S64)。监测器根据该液面监测信号监测渗水容器获得渗水容器中液体的当前刻度(比如400毫升)，并发送给控制器(步骤S65)。控制器根据该当前刻度与第一刻度之差、该预设时间段到达信号以及预设的时间段等，计算获得对应的渗水系数(步骤S66)。
[0065]本申请的实施例采用基于图像识别的非接触式液面监测技术，具有监测准确度高、实时性强、不会受人为因素影响等优点，测量数据更为准确可靠，重复性、稳定性更好，可用于建立路面渗水仪的交通行业最高计量标准，为交通行业渗水系数测量仪的量值溯源提供基础装置和技术支撑。
[0066]本申请的实施例采用液面自动监测、计算机计时与阀门联合控制方案，显著提高了渗水系数测量仪校准的自动化程度，且弥补了已有校准方案难以对测量误差、测量重复性等指标进行计量的缺陷，从根本上解决了渗水系数测量仪的计量难题。
[0067]本申请的实施例采用渗水系数标准器，既解决了现场测量难以重复的问题，又可作为量值传递的载体，为渗水系数量值溯源传递提供了便捷的技术手段，有利于计量标准在整个交通行业的推广和应用。
[0068]本申请实施例的渗水容器，采用与渗水容器相配套的可拆装式底座，渗水容器可同底座一起拆下，安装封头后即可送检，方便实现量值溯源。渗水容器采用热稳定性优异的石英玻璃管制作，测量结果受温度变化的影响大大降低。
[0069]本申请实施例的渗水容器，操作平台采用双“Y”字型压块儿组成“四点式”旋转压紧装置，通过“O”型橡胶圈进行防水密封，清洁、环保，可多次使用，操作方便。
[0070]本申请的实施例利用数字成像、模式识别、自动控制等技术手段实现渗水容器中液位的非接触式自动监测，监测结果可形成控制指令，由控制器控制阀门和计时器等。
[0071]本申请的实施例采用双相机监测渗水容器上的两个刻度位置，实时采集液面图像并进行自动图像识别，在动态渗水过程中准确测量渗水体积。
[0072]本申请的实施例中，相机镜头具备光学显微放大作用，相比人眼观测，显著提高了液位识别和计算的准确性。本申请的实施例利用高频采集的相机来监测渗水容器上的液面变化，相比人工观测，响应灵敏。
[0073]本申请的实施例具有多种工作模式，可以任选其一来触发阀门的启闭，适应全部渗水系数范围的测量。本申请的实施例可以自动计算并记录渗水系数，并形成报告文档自动存档。本申请的实施例采用自动计时器，并可以利用电磁铁模拟人工按键操作，还可外接秒表记录渗水时间。本申请的实施例在外接秒表进行计时，可以将秒表固定于自动计时器上，自动计时器将在收到控制器发来的计时指令时触发秒表，试验结束时人工读取秒表时间。
[0074]虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种路面渗水标准装置，其特征在于，该装置包括渗水容器(10)、监测器(30)、计时器(40)以及控制器(50)，其中: 所述监测器(30)监测所述渗水容器(10)中液体的体积变化； 所述计时器(40)记录与所述体积变化相对应的渗水时间； 所述控制器(50 )根据所述体积变化及渗水时间，计算获得渗水系数。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括设置在所述渗水容器(10)底部的阀门(20 )，所述控制器(50 )控制所述阀门(20 )的开闭。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测器(30)包括高速成像相机，所述高速成像相机采用数字图像处理及模式识别技术监测所述体积变化。
4.一种路面渗水系数计量方法，应用于路面渗水仪进行渗水系数的计量，该路面渗水仪主要包括有渗水容器、监测器、计时器以及控制器；其特征在于，该方法包括: 所述监测器监测所述渗水容器中液体的体积变化； 所述计时器记录与所述体积变化相对应的渗水时间； 所述控制器根据所述体积变化及渗水时间，计算获得所述渗水系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述监测器监测所述渗水容器中液体的体积变化，包括: 所述监测器监测到所述渗水容器中的液体到达预设刻度时，产生刻度信号发送给所述控制器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计时器记录与所述体积变化相对应的渗水时间，包括: 所述控制器根据所述刻度信号产生控制信号发送给所述计时器； 所述计时器根据所述控制信号进行计时，并将所记录的时间作为所述渗水时间发送给所述控制器。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述监测器监测所述渗水容器中液体的体积变化，包括: 所述监测器根据所述控制器发送的控制信号监测获得所述体积变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计时器记录与所述体积变化相对应的渗水时间，包括: 所述计时器根据所述控制器发送的控制信号记录所述渗水时间。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于: 所述控制器收到所述计时器发送的计时信息后，向所述监测器发送所述控制信号。
【文档编号】G01N15/08GK103674805SQ201310637305
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】和松, 荆根强, 郭鸿博, 窦光武, 刘璐 申请人:交通运输部公路科学研究所