一种沥青延度值测定的辅助装置的制作方法

本专利属于沥青延度测试领域。

背景技术：

技术术语

沥青延度：又叫沥青延度值，规定形态的沥青试样，在规定温度下以一定速度受拉伸至断开时的长度，单位为厘米(cm)。

沥青延度仪：又叫沥青延度试验仪、沥青延伸度仪、低温沥青延度仪，是一种适用于测定沥青延度，也适用于测试改性沥青的弹性恢复试验的仪器。

沥青试样：用来进行沥青延度实验的沥青样品。

冲击信号：冲击信号是指作用时间短暂、作用值较大的一个信号，体现在本专利中，是指在结构光测量模块测量时，输出的距离信息中出现的某一时刻的幅值大于相邻时刻(±1s内)幅值20mm以上的信号。

沥青延度是用来评定沥青塑性以及沥青低温性能的一个重要指标。沥青的延度值对沥青混合料的性能具有很大的影响。沥青路面在使用过程中，当沥青的延度衰减到某一值时，将不能满足路面需要的低温变形能力，在荷载等作用下容易出现病害。有研究表明，当沥青的15℃延度下降到约5cm时，路面容易发生开裂。

沥青延度试验仪是用于测定沥青延度和弹性恢复变形能力的专用仪器，由延度仪控制器、试模及底板组成。沥青延度按照国家标准《沥青延度测定法》(GB/T4508－2010)、《公路路基路面现场测试规程》(JTGE60－2008)规定的测量方法进行测定。

沥青延度仪由拉伸装置(包括移动台和固定台)、控制器(包括示值系统、水槽温控装置、控速装置、记录按钮)、水槽组成；试模由2个弧形端模和2个侧模组成，根据用途分为8字试模和直线试模。其工作原理为：将熔化的沥青材料试样注入试模内，经冷却成型，在一定试验温度下养护一定时间后，装入延度仪的试模固定板(柱)上，由电机带动移动台向前按一定速度移动，直至试件拉伸至断裂，记录此时的拉伸长度，其中拉伸速度通过控制电机方式调节，试验温度通过恒温装置控制，拉伸长度通过指针标尺或数字形式显示作为沥青延度试验仪的示值。沥青延度取决于沥青本身的性能，同时与试验温度、拉伸速度、水浴恒温时间及水浴密度等因素有关。

现有技术的实现方案

1)目测法

目前沥青延度仪上用于判断沥青断裂的方法主要是目测法。即通过人眼观察沥青在沥青延度仪内拉伸的过程，当观察到沥青发生断裂时则按下记录按钮，记录下当前的沥青延度值。

2)拉力传感器测定法

在沥青延度仪拉伸时，沥青张拉力通过试模传到拉力传感器，该传感器受拉后能输出拉力值，当拉力值为0时则判断为沥青断裂。

现在技术存在以下缺点：

1)判断断裂的准确度较低。由于拉力传感器的测量精度限制，目前具有拉力传感器的沥青延度仪测力精度仅为0.1N，而当沥青被拉伸到一定长度时，沥青最细小处直径约为0.5mm，此时沥青的张拉力远小于0.01N，使用拉力传感器测量拉力会产生误判。当沥青拉伸到一定长度但未断裂时，沥青的张拉力若为0.08N，则在沥青张拉过程中未断裂时便被判断为断裂状态。同样的，若使用当前较为普遍使用的目测法进行断裂判断，由于沥青断裂时刻沥青断口距离较小，人眼无法准确识别出断口，就无法及时判断断裂的发生。我国相关标准中指出，20-39岁成年人的选择反应时(即呈现一个刺激，要求被试从看到或听到刺激到立即作出反应的这段时间间隔。)为优秀等级情况下，其值为0.39秒。相关标准规定，沥青延度仪工作时的拉伸速度一般为50mm/min，则一般实验人员因为人为操作带来的误差将远大于0.325mm。

2)现有的自动化判断断裂技术依赖于沥青延度仪的出厂预装。现有技术需要在仪器生产时安装拉力传感器实现断裂判断，无法对老旧设备进行升级改造。

技术实现要素：

本发明实现了对沥青拉伸过程中沥青断裂的自动化判断，实现了沥青拉伸断裂判断的及时准确，实现了对老旧设备的升级改造，能够适用于大部分沥青延度仪。

本专利装置主要由激光测距模块、辅助连接件、结构光测量模块、转动台、转动台支架、主机、外接按钮等部分组成，硬件连接图如图1所示。

.一种沥青延度值测定的辅助装置，其特征在于：该装置包括激光测距模块、辅助连接件、结构光测量模块、转动台、转动台支架、主机、外接按钮、移动台、固定台、水槽，记录按钮，控制器；外接按钮包括外接按钮外壳，外接按钮电机和外接按钮按压件。外接按钮电机和外接按钮按压件连接，外接按钮按压件和记录按钮连接。记录按钮和外接按钮按压件均和控制器连接；

结构光测量模块包括结构光发射部分和结构光接收部分。主机和激光测距模块连接，主机和结构光测量模块连接，主机和转动台连接，主机和外接按钮连接。

激光测距模块通过辅助连接件安装在移动台上，正对固定台，结构光测量模块安装在转动台上、转动台通过转动台支架与主机相连；主机安装在固定台上；转动台能够带动结构光测量模块转动，

主机采用计算机或微机；

激光测距模块采用激光测距传感器实现。

结构光发射部分，采用激光器作为光源，光源前安装有柱面镜组进行光束调整，实现结构光输出；结构光接收部分，采用二维数字传感器或相机；

主机可以采用计算机或微机，主机用以实现数据存储、转动控制以及按钮按压控制等。

结构光测量模块主要由结构光发射部分和结构光接收等部分组成，如图2所示。

其中，3-1为结构光发射部分，可以采用半导体激光器等光源，光源前安装有柱面镜组进行光束调整，实现结构光输出；3-2为结构光接收部分，可以采用二维数字传感器或相机；3-3为结构光；9为被拉伸的沥青试样；8-6为水槽底面。

激光测距模块可采用激光测距传感器实现。

主机和激光测距模块连接，主机和结构光测量模块连接，主机和转动台连接，主机和外接按钮连接。

激光测距模块安装在移动台上，正对固定台，可以测量激光测距模块和固定台正对激光测距模块一侧的距离。

转动台可以带动结构光测量模块转动，从装置侧面观察时(如图1所示)转动台带动结构光测量模块转动的方向为顺时针方向和逆时针方向。

沥青延度仪在工作时，需要在水槽内注入规定量的水，将沥青试样放置在固定台和移动台中间，移动台以恒定速率移动，拉伸沥青试样。

本专利实现了沥青拉伸过程中沥青断裂的实时判断。

本专利具有极好的适用性，能够应用于且不限于各种沥青延度试验装置。

本专利实现了自动化沥青断裂判断，能够避免由于人工监控带来的误差。

本专利省去了人工参与实验的成本，降低了试验成本，提高了工作效率。

本专利采用的非接触式断裂判断方法提高了原有拉力传感器法的判断准确度，提高了响应速度。

本专利可应用于老旧设备的升级改造，且安装十分便捷，无需将设备返回厂家改造。

本专利实现了沥青拉伸断裂的判断。

附图说明

图1装置硬件连接示意图

图1中，1为激光测距模块，2为辅助连接件，3为结构光测量模块，4为转动台，5为转动台支架，6为主机，外接按钮由7-1、7-2、7-3共同构成，其中7-1为外接按钮外壳，7-2为外接按钮电机，7-3为外接按钮按压件。8-1为移动台，8-2为固定台，8-3为水槽，8-4为记录按钮，8-5为控制器。8-1、8-2、8-3、8-4、8-5为沥青延度仪的部分组件。

图2结构光测量模块示意图

图3技术方案流程图

图4断裂判断的原理示意图

图5具体实例的技术方案流程图

具体实施方式

本专利的技术方案流程图如图3所示。

图4中a为预扫描获得的水槽内的初始状态信息示意图，b为水槽内的工作状态信息示意图。本示意图仅为结构光测量模块测得数据中的一部分，反映的是被拉伸的沥青存在的位置的测量数据变化情况，图中线段的斜率和线段类型不能完全包含所有可能的数据变化曲线，仅为示意图。图中，t为时间，d为结构光测量模块测得的距离信息。

冲击信号：冲击信号是指作用时间短暂、作用值较大的一个信号，体现在本专利中，是指在结构光测量模块测量时，输出的距离信息中出现的某一时刻的幅值大于相邻时刻(±1s内)幅值20mm以上的信号。

本专利所述测量方法的总体技术方案实现过程如下：

(1)如图1，在移动台上安装激光测距模块，在固定台上安装结构光测量模块，调整结构光测量模块，使得结构光测量模块初始位置正对固定台边沿，调整辅助连接件，使得激光测距模块发出的光能够正面垂直打到固定台正对激光测距模块的一侧。

(2)启动本专利所述装置的预扫描：在不放置沥青试样的情况下，激光测距模块不断测量移动台和固定台之间的距离值，并传输给主机，主机根据激光测距模块测量得到的距离数据自动计算出转动台需要转动的角度范围，控制转动台带动结构光测量模块转动，使得结构光测量模块发出的光能够扫过移动台和固定台之间的所有区域。结构光测量模块将测量数据传输到主机，主机根据激光测距模块的距离数据和结构光测量模块的测量数据进行计算，得到该水槽内的初始状态信息。如此完成一次预扫描。

(3)预扫描完成后，将移动台恢复到初始位置，控制器记录的数据清零。

(4)将外接按钮连接到记录按钮上，使得外接按钮工作时控制器能够记录下当时的沥青延度值。

(5)将本专利所述装置的结构光测量模块、激光测距模块、转动台恢复初始状态。

(6)在移动台和固定台上安装沥青试样。

(7)启动本专利所述装置的扫描功能。在放置了沥青试样的情况下，激光测距模块不断测量移动台和固定台之间的距离值，并传输给主机，主机根据激光测距模块测量得到的距离数据自动计算出转动台需要转动的角度范围，控制转动台带动结构光测量模块转动，使得结构光测量模块发出的光能够扫过移动台和固定台之间的所有区域。如图2所示，结构光测量模块发出的结构光照射到水槽底面和沥青试样上，结构光反射回来，被结构光接收部分接收。结构光测量模块将测量数据传输到主机，主机根据激光测距模块的距离数据和结构光测量模块的测量数据进行计算，得到该水槽内的初始状态信息。如此完成一次扫描。

(8)移动台缓慢移动时，激光测距模块不断测量得到位移数据，并传送到主机上，主机根据位移数据控制转动台转动，转动台带动结构光测量模块转动，使得结构光测量模块能够扫过固定台和移动台之间的所有区域，即扫描到沥青被拉伸的所有区域。结构光测量模块不断往复扫描，确保准确监测到沥青的拉伸状态。

(9)如图3，主机根据结构光测量模块输出的水槽内的工作状态信息进行判断，若发现工作状态信息相对于初始状态信息中出现一个冲击信号，则可以视为发现沥青断裂，触发外接按钮按下，控制控制器记录沥青延度值。

(10)若沥青未断裂则继续扫描。

本专利可用于监测沥青拉伸过程中沥青的断裂，并控制控制器记录断裂时刻的沥青延度，其流程图如图5：

(1)如图1，在移动台上安装激光测距模块，在固定台上安装结构光测量模块，调整结构光测量模块，使得结构光测量模块初始位置正对固定台边沿，调整辅助连接件，使得激光测距模块发出的光能够正面垂直打到固定台正对激光测距模块的一侧。

(2)启动本专利所述装置的预扫描：在不放置沥青试样的情况下，激光测距模块不断测量移动台和固定台之间的距离值，并传输给主机，主机根据激光测距模块测量得到的距离数据自动计算出转动台需要转动的角度范围，控制转动台带动结构光测量模块转动，使得结构光测量模块发出的光能够扫过移动台和固定台之间的所有区域。结构光测量模块将测量数据传输到主机，主机根据激光测距模块的距离数据和结构光测量模块的测量数据进行计算，得到该水槽内的初始状态信息。如此完成一次预扫描。

(3)预扫描完成后，，将移动台恢复到初始位置，控制器记录的数据清零。

(4)将外接按钮安装到记录按钮上，使得外接按钮按压件向下移动时可以按压到记录按钮，使得控制器记录下当时的沥青延度值。将本专利所述装置的结构光测量模块、激光测距模块、转动台恢复初始状态。

(5)在移动台和固定台上安装沥青试样。

(6)启动装置扫描功能。启动本专利所述装置的扫描功能。在放置了沥青试样的情况下，激光测距模块不断测量移动台和固定台之间的距离值，并传输给主机，主机根据激光测距模块测量得到的距离数据自动计算出转动台需要转动的角度范围，控制转动台带动结构光测量模块转动，使得结构光测量模块发出的光能够扫过移动台和固定台之间的所有区域。如图2所示，结构光测量模块发出的结构光照射到水槽底面和沥青试样上，结构光反射回来，被结构光接收部分接收。结构光测量模块将测量数据传输到主机，主机根据激光测距模块的距离数据和结构光测量模块的测量数据进行计算，得到该水槽内的初始状态信息。如此完成一次扫描。

(7)移动台移动时，激光测距模块不断测量得到位移数据，并传送到主机上，主机根据位移数据控制转动台转动，转动台带动结构光测量模块转动，使得结构光测量模块能够扫过固定台和移动台之间的所有区域，即扫描到沥青被拉伸的所有区域。结构光测量模块不断往复扫描，确保准确监测到沥青的拉伸状态。

(8)如图4，主机根据结构光测量模块输出的水槽内的工作状态信息进行判断，若发现工作状态信息相对于初始状态信息中出现一个冲击信号，则可以视为发现沥青断裂信号，否则继续监测。

(9)若监测到沥青发生断裂，则主机控制外接按钮电机转动。

(10)外接按钮电机转动时带动外接按钮按压件向下移动，当外接按钮按压件向下移动一定距离后按压到记录按钮。

(11)控制器记录下当时的沥青延度值。

目前并无有效的沥青延度仪沥青拉伸断裂自动判断的方法。拉力传感器由于检测拉力精度有限，其响应最小拉力为0.1N，根据实验研究发现，沥青拉伸到一定长度后拉力已经为0，但沥青并未发生断裂。

由于延度仪工作时水槽内需要注满水，因此结构光的光线在水域中传播产生的折射会影响测量的结果。为了避免折射带来的影响，本专利首先对未安装沥青试样的水槽进行预扫描，获得了水槽内部的初始状态信息，再对安装了沥青试样的水槽内工作状态信息进行检测。

在安装了沥青试验的扫描状态中可以得到，结构光测量模块获得的信息幅值相比未安装沥青试样的幅值高。当沥青发生断裂时，工作状态信息会产生一个冲击信号。该冲击信号的产生原因如下：当沥青没有断裂时，结构光测量模块能够扫描获得到一个连续的光滑曲线，该曲线的产生是因为被拉伸形成的长条状沥青在水槽中遮挡了结构光的传播。当沥青被拉断时，被拉伸形成的长条状沥青中间断开一个间隙，结构光可以通过这个间隙照射到水槽底部，使得结构光测量模块能够扫描获得到一个连续的曲线，该曲线上存在一个冲击信号。根据国内相关标准要求，沥青延度仪在工作时，沥青距离水槽底部的距离应不小于250mm，沥青距离水面的距离应不小于250mm，因此，冲击信号的幅值比冲击信号附近曲线的幅值大了大约250mm。因此，结构光测量模块的测距分辨力只要低于250mm即可，降低了本专利的成本。

本专利根据冲击信号的产生和幅值大小可判断出沥青试样的断裂情况。由于结构光测量模块采用扫描的方式进行监测沥青状态，所以一旦沥青发生细微的断裂分离本专利就可以测到。

根据国内试验规范及现有产品型号尺寸，沥青延度仪在工作时拉伸距离一般为1000mm时沥青发生断裂，此时转动台带动结构光测量模块在转动范围内进行旋转，1秒内可以往复转动不低于5次，即每0.1秒可以完成一个工作全程的测量。结构光测量模块的测量频率可以达到50kHz以上，即每一秒钟可以测量50000次，所以被拉伸到1000mm长的沥青被结构光测量模块扫描的最小单元是1000mm÷50000÷10＝0.2mm，且被拉伸到1000mm长的沥青被结构光测量模块扫描完一个最小单元仅需要0.00002s的时间。显然，在最优情况下，在沥青发生断裂的0.00002s后本专利所述装置即可判断到沥青断裂。

沥青延度仪延度值的测量模型为ΔD＝D_i-D₀，其中ΔD_i为判断到断裂时记录的延度值的示值误差，D_i为判断到断裂时记录的延度测量值，D₀为判断到断裂时记录的延度标准值。上述测量模型的各个影响因素相互独立，则可得到合成方差为：且c₁＝1，c₂＝-1。经过反复实验、结合我国相关文献发现，使用人眼进行断裂判断的最大允许误差为0.325mm；沥青延度仪的则目测法判断沥青发生断裂时的沥青延度值的合成标准不确定度为取k＝2，测量结果的扩展不确定度为0.68mm。

采用本专利进行沥青拉伸过程中的断裂判断，其模型同上。本专利的最大允许误差u(D₀)为0.2mm，则其合成标准不确定度为取k＝2，采用本专利的测量结果的扩展不确定度为0.44mm。

本专利在用于沥青延度仪拉伸过程中延度值的测量时，测量结果的扩展不确定度是目测法的扩展不确定度的0.65，显然本专利性能远远优于目测法的性能。

本专利可以和原有沥青延度仪配合工作。本专利的安装不涉及到对原有沥青延度仪的直接改造，可以很方便的安装在沥青延度仪上。本专利设计的外接按钮可以适用于大部分仪器的外部按压式按钮，实现外接装置测量出结果后触发原有装置进行相应的操作。