一种机场道面检测用埋地传感器组件及实施方法
【专利摘要】一种机场道面检测用埋地传感器组件及实施方法。埋地传感器组件包括埋地传感器、数据采集终端和电源；其中埋地传感器包括柱状外壳、单片机控制器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、振动传感器、多个限位器、锂电池、下部固定底座和上部可拆卸盖板；其中限位器包括固定套筒、可伸缩限位杆、高强弹簧、至少一个固定限位销、至少一个可伸缩限位销和一个限位套筒。本发明提供的机场道面检测用埋地传感器组件可实时动态监测道面力学性能变化，安全可靠，具有施工简便、使用寿命长等优点，可广泛应用于沥青混凝土道面和水泥混凝土道面。
【专利说明】一种机场道面检测用埋地传感器组件及实施方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机场设施检测【技术领域】，特别是涉及一种机场道面检测用埋地传感器组件及实施方法。
【背景技术】
[0002]机场道面状况会直接影响飞机的起降安全。据统计资料显示，民航客机事故的高发期主要集中在起飞、开始爬升和进场着陆阶段，近年发生的民航客机事故多和道面性能劣化有关。由于民航客机事故直接影响机场的安全运营和旅客的生命安全，所以一直以来备受机场管理部门的关注。然而，虽然目前对机场道面性能检测已建立起行业标准，因此可以定期进行，但是仍无法实现对道面性能的实时动态监控。因此，如何动态掌握机场道面性能状况并预测其发展规律就成为机场工程领域的研究重点。
[0003]机场道面主要分为两类，一类为水泥混凝土道面，另一类为浙青混凝土道面，前者俗称刚性道面，后者俗称柔性道面，二者在力学性能上存在较明显的差异。因而对这两种道面的性能检测要采取不同的技术方案。如果能将这两种道面的性能检测统一起来，将大大提高道面性能评价的效率和施工速度，有利于提升我国机场道面安全的保障能力。
[0004]基于上述分析，研发一种机场道面检测用埋地传感器组件，从道面性能监测入手，长期采集和记录表征道面性能的相关参数指标，进而深入分析机场道面状况和力学性能，为预测机场道面性能变化趋势、提升机场道面养护水平和降低机场道面运行管理风险等提供有力支撑，具有重要的理论意义与实践意义。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种安全可靠，具有施工简便、使用寿命长的机场道面检测用埋地传感器组件及实施方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供的机场道面检测用埋地传感器组件包括埋地传感器、数据采集终端和电源；其中埋地传感器包括柱状外壳、单片机控制器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、振动传感器、多个限位器、锂电池、下部固定底座和上部可拆卸盖板；其中单片机控制器设置于柱状外壳内上部，并且与温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、振动传感器和锂电池电连接，同时与设置于机场道面外侧草面区的数据采集终端和电源电连接；锂电池设置于柱状外壳内下部，用于为上述各用电部件供电；温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、振动传感器和多个限位器以可拆卸的方式间隔设置在柱状外壳的外圆周面上；柱状外壳的底面固定在下部固定底座的表面上；上部可拆卸盖板以可拆卸的方式设置于柱状外壳顶面上；所述的限位器包括固定套筒、可伸缩限位杆、高强弹簧、至少一个固定限位销、至少一个可伸缩限位销和一个限位套筒，其中固定套筒的一端封闭，该封闭端外部固定在柱状外壳上；可伸缩限位杆的一端插入在固定套筒的内部；高强弹簧的两端分别固定在固定套筒上封闭端内表面和可伸缩限位杆内端面上；固定限位销设置于固定套筒的外表面中部；可伸缩限位销设置于可伸缩限位杆中部外侧，并且能够缩进可伸缩限位杆的内部；限位套筒的一侧面上形成有开口，其以可拆卸的方式套在位于固定限位销和可伸缩限位销之间的固定套筒及可伸缩限位杆外部。
[0007]所述的数据采集终端为安装有相应控制程序的计算机。
[0008]所述的限位器的数量为4个，相邻限位器之间相距90°。
[0009]所述的单片机控制器上还留有用于设置温度传感器、湿度传感器、加速度传感器和振动传感器的备用接口。
[0010]本发明提供的机场道面检测用埋地传感器组件的实施方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0011]I)根据机场道面监测要求，由工作人员将温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、振动传感器和限位器全部或部分安装在柱状外壳上，并测试是否工作正常；
[0012]2)在跑道中线两侧飞机轮迹带位置上向下钻穿机场道面至基础层，形成与埋地传感器最大直径相同且深度大于埋地传感器高度5cm的柱状道面钻孔，然后从该道面钻孔向外沿跑道横向切割出一条2cm宽、5cm深的切缝，直至达到机场道面外侧的草面区，由此将道面钻孔与草面区连通；
[0013]3)在上述道面钻孔内壁上根据限位器的设置高度沿径向向外钻出多个分别与多个限位器位置对应且深度、直径相符的圆孔；
[0014]4)拆下上部可拆卸盖板，并将可伸缩限位销压进可伸缩限位杆内部，然后将可伸缩限位杆的内端部插入固定套筒内，由此压缩高强弹簧，之后将下部固定底座设置于道面钻孔内的基础层表面上；
[0015]5)将每一个可伸缩限位杆的外端对准一个道面钻孔内壁上的圆孔，然后向外拉动可伸缩限位杆，待可伸缩限位销移出固定套筒后其将向外弹出至可伸缩限位杆外部，同时可伸缩限位杆的外端部将伸入到上述圆孔内，然后将限位套筒从开口处套在位于固定限位销和可伸缩限位销之间的固定套筒及可伸缩限位杆外部，由此将固定套筒和可伸缩限位杆之间的相对位置固定，以防止可伸缩限位销的位置改变；
[0016]6)将与单片机控制器相连的数据线和电源线连接在上部可拆卸盖板10上；
[0017]7)如果道面材料采用水泥混凝土，将预拌好的快硬水泥混凝土浇入道面钻孔内柱状外壳的外侧部位，直至达到柱状外壳的顶部位置，待快硬水泥混凝土凝固后将上部可拆卸盖板安装在柱状外壳上，并将数据线和电源线设置在切缝内，然后继续浇入快硬水泥混凝土而将道面钻孔上部全部封闭；如果道面材料采用浙青混凝土，则将冷浙青放置于道面钻孔内柱状外壳的外侧部位，分层击打压实至柱状外壳的顶部位置，然后将上部可拆卸盖板安装在柱状外壳上，并将数据线和电源线设置在切缝内，继续回填冷浙青并分层击打压实而将道面钻孔上部全部封闭；
[0018]8)将数据线和电源线沿切缝弓I至机场道面外侧的草面区，并与数据采集终端及电源相连接；
[0019]9)根据机场道面材料特点将步骤2)形成的切缝封闭；
[0020]10)在实际运行中，数据采集终端将实时采集埋地传感器上各传感器采集并传送的信号，以监测飞机降落后在机场道面上引起的振动、加速度以及机场道面内部的温度和湿度，从而实时获得机场道面力学性质。
[0021]另外，如果施工过程引起上述传感器出现损坏，或使用过程中发生信号异常的情况而需要维修时，可在原钻孔位置重新钻孔，将埋地传感器取出，更换损坏部件后重复步骤I)至步骤10)即可。
[0022]本发明提供的机场道面检测用埋地传感器组件及实施方法具有如下优点:1)施工简便:仅需要在道面上钻孔和刻槽，整个过程仅需要2小时左右，完全可以利用停航间歇进行。2)便于施工:利用快硬水泥混凝土或冷浙青，提高了埋地传感器的施工速度。3)安全可靠:施工结束后，道面上没有任何破损，不会给飞机的起降带来隐患。4)数据采集结果可靠:将传感器设置在飞机轮迹带上能直接获得飞机同跑道接触过程中的数据，相对于传统的测试方法结果更可靠。5)更换简便:如果传感器发生故障，仅需要将原传感器取出，并重新安装即可。6)使用寿命长:将电源设置在跑道两侧的草面区，能有效提高传感器的使用寿命，防止内置电池储电能力下降造成的传感器失效。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明提供的机场道面检测用埋地传感器结构俯视图。
[0024]图2为本发明提供的机场道面检测用埋地传感器结构立面图。
[0025]图3为本发明提供的机场道面检测用埋地传感器中限位器结构初始状态示意图。
[0026]图4为本发明提供的机场道面检测用埋地传感器中限位器结构工作状态示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的机场道面检测用埋地传感器组件及实施方法进行详细说明。
[0028]如图1一图4所示，本发明提供的机场道面检测用埋地传感器组件包括埋地传感器、数据采集终端和电源；其中埋地传感器包括柱状外壳1、单片机控制器2、温度传感器3、湿度传感器4、加速度传感器5、振动传感器6、多个限位器7、锂电池8、下部固定底座9和上部可拆卸盖板10 ;其中单片机控制器2设置于柱状外壳I内上部，并且与温度传感器3、湿度传感器4、加速度传感器5、振动传感器6和锂电池8电连接，同时与设置于机场道面外侧草面区的数据采集终端和电源电连接；锂电池8设置于柱状外壳I内下部，用于为上述各用电部件供电；温度传感器3、湿度传感器4、加速度传感器5、振动传感器6和多个限位器7以可拆卸的方式间隔设置在柱状外壳I的外圆周面上；柱状外壳I的底面固定在下部固定底座9的表面上；上部可拆卸盖板10以可拆卸的方式设置于柱状外壳I顶面上；所述的限位器7包括固定套筒11、可伸缩限位杆12、高强弹簧13、至少一个固定限位销14、至少一个可伸缩限位销15和一个限位套筒16，其中固定套筒11的一端封闭，该封闭端外部固定在柱状外壳I上；可伸缩限位杆12的一端插入在固定套筒11的内部；高强弹簧13的两端分别固定在固定套筒11上封闭端内表面和可伸缩限位杆12内端面上；固定限位销14设置于固定套筒11的外表面中部；可伸缩限位销15设置于可伸缩限位杆12中部外侧，并且能够缩进可伸缩限位杆12的内部；限位套筒16的一侧面上形成有开口，其以可拆卸的方式套在位于固定限位销14和可伸缩限位销15之间的固定套筒11及可伸缩限位杆12外部。
[0029]所述的数据采集终端为安装有相应控制程序的计算机。
[0030]所述的限位器7的数量为4个，相邻限位器7之间相距90°，这样可将整个埋地传感器牢牢固定在机场道面下方的地基中。[0031]所述的单片机控制器2上还留有用于设置温度传感器3、湿度传感器4、加速度传感器5和振动传感器6的备用接口。
[0032]本发明提供的机场道面检测用埋地传感器组件的实施方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0033]I)根据机场道面监测要求，由工作人员将温度传感器3、湿度传感器4、加速度传感器5、振动传感器6和限位器7全部或部分安装在柱状外壳I上，并测试是否工作正常；
[0034]2)在跑道中线两侧飞机轮迹带位置上向下钻穿机场道面至基础层，形成与埋地传感器最大直径相同且深度大于埋地传感器高度5cm的柱状道面钻孔，然后从该道面钻孔向外沿跑道横向切割出一条2cm宽、5cm深的切缝，直至达到机场道面外侧的草面区，由此将道面钻孔与草面区连通；
[0035]3)在上述道面钻孔内壁上根据限位器7的设置高度沿径向向外钻出多个分别与多个限位器7位置对应且深度、直径相符的圆孔；
[0036]4)拆下上部可拆卸盖板10，并将可伸缩限位销15压进可伸缩限位杆12内部，然后将可伸缩限位杆12的内端部插入固定套筒11内，由此压缩高强弹簧13，此时的状态如图3所示，之后将下部固定底座9设置于道面钻孔内的基础层表面上；
[0037]5)将每一个可伸缩限位杆12的外端对准一个道面钻孔内壁上的圆孔，然后向外拉动可伸缩限位杆12，待可伸缩限位销15移出固定套筒11后其将向外弹出至可伸缩限位杆12外部，同时可伸缩限位杆12的外端部将伸入到上述圆孔内，然后将限位套筒16从开口处套在位于固定限位销14和可伸缩限位销15之间的固定套筒11及可伸缩限位杆12外部，由此将固定套筒11和可伸缩限位杆12之间的相对位置固定，以防止可伸缩限位销15的位置改变，此时的状态如图4所示；
[0038]6)将与单片机控制器2相连的数据线和电源线连接在上部可拆卸盖板10上；
[0039]7)如果道面材料采用水泥混凝土，将预拌好的快硬水泥混凝土浇入道面钻孔内柱状外壳I的外侧部位，直至达到柱状外壳I的顶部位置，待快硬水泥混凝土凝固后将上部可拆卸盖板10安装在柱状外壳I上，并将数据线和电源线设置在切缝内，然后继续浇入快硬水泥混凝土而将道面钻孔上部全部封闭；如果道面材料采用浙青混凝土，则将冷浙青放置于道面钻孔内柱状外壳I的外侧部位，分层击打压实至柱状外壳I的顶部位置，然后将上部可拆卸盖板10安装在柱状外壳I上，并将数据线和电源线设置在切缝内，继续回填冷浙青并分层击打压实而将道面钻孔上部全部封闭；
[0040]8)将数据线和电源线沿切缝弓I至机场道面外侧的草面区，并与数据采集终端及电源相连接；
[0041]9)根据机场道面材料特点将步骤2)形成的切缝封闭；
[0042]10)在实际运行中，数据采集终端将实时采集埋地传感器上各传感器采集并传送的信号，以监测飞机降落后在机场道面上引起的振动、加速度以及机场道面内部的温度和湿度，从而实时获得机场道面力学性质。
[0043]另外，如果施工过程引起上述传感器出现损坏，或使用过程中发生信号异常的情况而需要维修时，可在原钻孔位置重新钻孔，将埋地传感器取出，更换损坏部件后重复步骤
I)至步骤9)即可。
【权利要求】
1.一种机场道面检测用埋地传感器组件，其特征在于:其包括埋地传感器、数据采集终端和电源；其中埋地传感器包括柱状外壳(1)、单片机控制器(2)、温度传感器(3)、湿度传感器(4)、加速度传感器(5)、振动传感器(6)、多个限位器(7)、锂电池(8)、下部固定底座(9)和上部可拆卸盖板(10);其中单片机控制器(2)设置于柱状外壳(1)内上部，并且与温度传感器(3)、湿度传感器(4)、加速度传感器(5)、振动传感器(6)和锂电池(8)电连接，同时与设置于机场道面外侧草面区的数据采集终端和电源电连接；锂电池(8)设置于柱状外壳(1)内下部，用于为上述各用电部件供电；温度传感器(3)、湿度传感器(4)、加速度传感器(5)、振动传感器(6)和多个限位器(7)以可拆卸的方式间隔设置在柱状外壳(1)的外圆周面上；柱状外壳(1)的底面固定在下部固定底座(9)的表面上；上部可拆卸盖板(10)以可拆卸的方式设置于柱状外壳(1)顶面上；所述的限位器(7)包括固定套筒(11)、可伸缩限位杆(12)、高强弹簧(13)、至少一个固定限位销(14)、至少一个可伸缩限位销(15)和一个限位套筒(16),其中固定套筒(11)的一端封闭,该封闭端外部固定在柱状外壳(1)上；可伸缩限位杆(12)的一端插入在固定套筒(11)的内部；高强弹簧(13)的两端分别固定在固定套筒(11)上封闭端内表面和可伸缩限位杆(12)内端面上；固定限位销(14)设置于固定套筒(11)的外表面中部；可伸缩限位销(15)设置于可伸缩限位杆(12)中部外侧，并且能够缩进可伸缩限位杆(12)的内部；限位套筒(16)的一侧面上形成有开口，其以可拆卸的方式套在位于固定限位销(14)和可伸缩限位销(15)之间的固定套筒(11)及可伸缩限位杆(12)外部。
2.根据权利要求1所述的机场道面检测用埋地传感器组件，其特征在于:所述的数据采集终端为安装有相应控制程序的计算机。
3.根据权利要求1所述的机场道面检测用埋地传感器组件，其特征在于:所述的限位器(7)的数量为4个，相邻限位器(7)之间相距90°。
4.根据权利要求1所述的机场道面检测用埋地传感器组件，其特征在于:所述的单片机控制器(2)上还留有用于设置温度传感器(3)、湿度传感器(4)、加速度传感器(5)和振动传感器(6)的备用接口。
5.一种如权利要求1所述的机场道面检测用埋地传感器组件的实施方法，其特征在于:所述的实施方法包括按顺序进行的下列步骤: 1)根据机场道面监测要求，由工作人员将温度传感器(3)、湿度传感器(4)、加速度传感器(5)、振动传感器(6)和限位器(7)全部或部分安装在柱状外壳(1)上，并测试是否工作正常； 2)在跑道中线两侧飞机轮迹带位置上向下钻穿机场道面至基础层，形成与埋地传感器最大直径相同且深度大于埋地传感器高度5cm的柱状道面钻孔，然后从该道面钻孔向外沿跑道横向切割出一条2cm宽、5cm深的切缝，直至达到机场道面外侧的草面区，由此将道面钻孔与草面区连通； 3)在上述道面钻孔内壁上根据限位器(7)的设置高度沿径向向外钻出多个分别与多个限位器(7)位置对应且深度、直径相符的圆孔； 4)拆下上部可拆卸盖板(10)，并将可伸缩限位销(15)压进可伸缩限位杆(12)内部，然后将可伸缩限位杆(12)的内端部插入固定套筒(11)内，由此压缩高强弹簧(13)，之后将下部固定底座(9)设置于道面钻孔内的基础层表面上；5)将每一个可伸缩限位杆(12)外端对准一个道面钻孔内壁上的圆孔，然后向外拉动可伸缩限位杆(12)，待可伸缩限位销(15)移出固定套筒(11)后其将向外弹出至可伸缩限位杆(12)外部，同时可伸缩限位杆(12)的外端部将伸入到上述圆孔内，然后将限位套筒(16)从开口处套在位于固定限位销(14)和可伸缩限位销(15)之间的固定套筒(11)及可伸缩限位杆(12 )外部，由此将固定套筒(11)和可伸缩限位杆(12 )之间的相对位置固定，以防止可伸缩限位销(15)的位置改变； 6)将与单片机控制器(2)相连的数据线和电源线连接在上部可拆卸盖板(10)上； 7)如果道面材料采用水泥混凝土，将预拌好的快硬水泥混凝土浇入道面钻孔内柱状外壳(I)的外侧部位，直至达到柱状外壳(I)的顶部位置，待快硬水泥混凝土凝固后将上部可拆卸盖板(10)安装在柱状外壳(I)上，并将数据线和电源线设置在切缝内，然后继续浇入快硬水泥混凝土而将道面钻孔上部全部封闭；如果道面材料采用浙青混凝土，则将冷浙青放置于道面钻孔内柱状外壳(I)的外侧部位，分层击打压实至柱状外壳(I)的顶部位置，然后将上部可拆卸盖板(10)安装在柱状外壳(I)上，并将数据线和电源线设置在切缝内，继续回填冷浙青并分层击打压实而将道面钻孔上部全部封闭； 8)将数据线和电源线沿切缝引至机场道面外侧的草面区，并与数据采集终端及电源相连接； 9)根据机场道面材料特点将步骤2)形成的切缝封闭； 10)在实际运行中，数据采集终端将实时采集埋地传感器上各传感器采集并传送的信号，以监测飞机降落后在机场道面上引起的振动、加速度以及机场道面内部的温度和湿度，从而实时获得机场道面 力学性质。
【文档编号】G01D21/02GK103808363SQ201410044699
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2014年2月7日
【发明者】武志玮, 刘国光, 陈屹巍 申请人:中国民航大学