一种落锤式弯沉仪冲击荷载的计量系统的制作方法

本实用新型涉及冲击荷载测量技术领域，特别涉及一种冲击荷载的计量系统。

背景技术：

路面承载能力是路面的主要指标之一，本领域技术人员通常采用落锤式弯沉仪(FWD) 测定路面的动态弯沉，具体的，落锤式弯沉仪上安装有标准质量的重锤，重锤从一定高度落下，与路基或路面撞击时的冲击荷载使得路基或路面表面产生瞬时变形，即产生动态弯沉，测定该动态弯沉，并利用弯沉仪的荷载传感器测得的荷载，反算路面的回弹模量，即可得到路面承载能力。但荷载传感器使用时间久了之后会不准确，因而进行校准是非常必要的。

目前，由于国内外不同落锤式弯沉仪厂家的技术水平参差不齐，冲击荷载大小很难有效控制，落锤式弯沉仪的荷载偏差对路面作用力不同就会造成测量路面弯沉值的偏差，大大降低落锤式弯沉仪测值的准确性。因而落锤式弯沉仪在一定的周期内必须进行标定，以确定其实际性能。由于落锤式弯沉仪所产生的荷载为冲击荷载，现有冲击荷载的标定方法及装置有：

1.使用加速度计进行动态标定，该标定方法得到的标定结果误差大，不能对落锤式弯沉仪进行有效精确标定，使得落锤式弯沉仪准确性低，对路面测定结果偏差大；

2.将弯沉仪返厂进行重新标定，这样不能进行现场标定，非常不方便，又浪费人力和时间。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种落锤式弯沉仪冲击荷载的计量系统，包括：基板；

基板；

承载板，承载板叠加于基板上方；

压力传感器，多个压力传感器均布于基板上表面和承载板下表面之间；

数据采集装置，数据采集装置与压力传感器相连；和

数据处理装置，数据处理装置通过数据传输线与数据采集装置相连。

进一步的，承载板和基板的横截面是相同的形状。

进一步的，承载板和基板的横截面是圆形；多个压力传感器以圆形阵列的方式均布。

进一步的，基板上表面和承载板下表面均开设有安装压力传感器的圆形盲孔。

进一步的，基板上安装有集线盒，集线盒与所有的压力传感器相连，集线盒通过数据连接线与数据采集装置相连。

进一步的，落锤式弯沉仪包括：

荷载传感器，荷载传感器采集并记录落锤式弯沉仪所受压力信号；

控制模块，控制模块与荷载传感器相连，控制模块控制落锤式弯沉仪的运动状态，并将荷载传感器所采集的压力信号转化为压力值。

由以上技术方案可知，本实用新型的实施例具有以下有益效果：

该计量装置造价低，结构简单，可重复利用，并且可以随意搬动，可以搬动到现场使用，并且采用多个压力传感器测量同一冲击荷载，由于压力传感器是均布的，因而增大了受力面积保证压力传感器测得的数值准确，进而能够对落锤式弯沉仪进行精确标定，提高弯沉仪的对路面的测量可靠性。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1为本实用新型实施例的落锤式弯沉仪冲击荷载计量系统整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例的压力传感器布置示意图。

图3为本实用新型实施例的落锤式弯沉仪冲击荷载计量方法的流程示意图。

图4为本实用新型实施例的落锤式弯沉仪冲击荷载计量系统使用状态图。

其中：1-基板、2-承载板、3-压力传感器、4-集线盒、5-数据连接线、6-数据采集装置、7-数据传输线、8-数据处理装置、9-重锤、10-承重板、11-底板。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

为了解决现有技术中对落锤式弯沉仪冲击荷载计量费用高、测量不准确的技术问题，如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种落锤式弯沉仪冲击荷载的计量系统，该计量系统包括：

基板1；

承载板2和压力传感器3，承载板2叠加于基板1上方，多个压力传感器3均布于基板1上表面和承载板2下表面之间；

数据采集装置6，数据采集装置6与压力传感器3相连；和

数据处理装置8，数据处理装置8通过数据传输线7与数据采集装置6相连。

落锤式弯沉仪上安装有标准质量的重锤，重锤从一定高度落下，与路基或路面撞击时的冲击荷载使得路基或路面表面产生瞬时变形，即产生动态弯沉，测定该动态弯沉，并利用弯沉仪的荷载传感器测得的荷载，反算路面的回弹模量，即可得到路面承载能力。但荷载传感器使用时间久了之后会不准确，因而进行校准是非常必要的。而现有冲击荷载的标定方法及装置造价高，重复使用性差，得到的标定结果误差大，不能对落锤式弯沉仪进行有效精确标定，使得落锤式弯沉仪准确性低，对路面测定结果偏差大，而将弯沉仪返厂则耗费人力和时间。本申请实施例的计量装置造价低，结构简单，可重复利用，并且可以随意搬动，可以将该计量装置搬动到现场使用，并且采用多个压力传感器3测量同一冲击荷载，由于压力传感器3是均布的，因而增大了受力面积，保证压力传感器3测得的数值准确，进而能够对落锤式弯沉仪进行精确标定，提高弯沉仪的对路面的测量可靠性。

上述实施例中，承载板2叠加于基板1上方，这里所说的上方可以是不考虑公差与制造偏差情况下的正上方，这种叠加使得力传递更均匀，不会出现多个压力传感器3受力不均匀的问题。

本申请实施例的一个方面，如图2所示，压力传感器3是均布的，但如果基板1和承载板2的横截面形状不规则，则会使得承载板2受力不均匀，则压力传感器3所受到的冲击力分布是不均匀的，所测得的结果将不准确，不能对弯沉仪进行精确标定，因此，本申请的实施例中，优选的，承载板2的横截面是圆形，为便于运输和使用，基板1设置为与承载板2相同的形状，较为优选的，基板1和承载板2横截面的尺寸相同。在这种情况下，为保证每个压力传感器3受力相同，优选的，压力传感器3以圆形阵列的方式均布，由于承载板2横截面是圆形的，圆形阵列的圆心恰好位于承载板轴向位置上，这样每个压力传感器3受力是相同的，能够准确测得承载板2所受到的冲击荷载。更为优选的，压力传感器3数量为三个，相互之间的夹角为120°。

上述实施例中，压力传感器3位于基板1上表面与承载板2下表面之间，在承载板2 受到冲击荷载作用时，若承载板2偏移基板1的正上方，则压力传感器3将受力不均匀，不能实现准确测量冲击荷载，因而本申请的实施例中，基板1上表面与承载板2下表面开设有圆形盲孔，压力传感器3安装于该圆形盲孔内，一方面能够实现压力传感器3位置的固定，另一方面在受到冲击荷载作用时，压力传感器3不会在横向产生位移，保证测量的精度。基板1和承载板2通过压力传感器3实现连接，二者之间将不能进行横向的相对偏移，保证各压力传感器3均能受力。具体的，压力传感器3安装于基板1上表面和承载板 2下表面的圆形盲孔之间。

更进一步的，为了实现多个压力传感器3的数据采集，数据采集装置6与压力传感器 3相连，但是压力传感器3数量较多的时候，数据采集装置6要同时与所有的压力传感器 3相连，这样连接关系复杂，同时会使得连接线繁杂，且相互连接线之间容易产生影响，本申请的实施例中，基板1上安装有集线盒4，集线盒4与所有的压力传感器3相连，将所有的连接线汇总，通过数据连接线5与数据采集装置6相连，这样所有的压力传感器3 仅需要与集线盒4相连，进行线路汇总，这样简化了整个系统，且看上去美观，各连接线之间不会产生干涉。

可以理解的是，数据采集装置6与压力传感器3相连，由数据采集装置6采集压力传感器3的压力值，将压力值通过数据传输线7输送至数据处理装置8，并由落锤式弯沉仪的控制模块采集记录荷载传感器的压力信号，并将压力信号转化为冲击荷载值传输至数据处理装置8，由数据处理装置8对所有数据进行处理，实现对落锤式弯沉仪的标定。

本申请的实施例中还提供了一种使用上述系统对落锤式弯沉仪冲击荷载进行计量的方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤一、安放冲击荷载计量装置；

如图4所示，冲击荷载计量装置安放于开设在具有一定承载强度的路面的试槽内，保证冲击荷载计量装置的承载板2的上表面与路面的地面在同一水平面。由于落锤式弯沉仪上的重锤是标准质量，对于同一路面，重锤从相同高度落下，与路基或路面撞击时的冲击荷载相同，路基或路面表面产生瞬时变形即动态弯沉相同，测定该动态弯沉对整个路面的承载能力的测定结果具有参考性，保持承载板2的上表面与地面水平，则承载板2模拟的是路面，重锤的下落高度不会发生变化，将弯沉仪校准后可直接用于该路面的测量，若承载板2的上表面与路面不在同一水平面，则测定冲击荷载并且将弯沉仪标定完成后，若投入使用，则需要调整重锤的高度，才能使得标定完成的弯沉仪精度不变，这样势必增加校准的复杂性，同时调整重锤高度不一定会特别精准，这个过程会进一步增加误差，若不调整重锤高度，则重锤下落高度相对产生了变化，这时候荷载传感器的相对精度发生了变化，需要重新进行标定，若不重新标定，则测量的精度差，测量结果不准确，而重新标定就相当于之前的标定没有任何意义，没有作用，重复再做无用功。

更为具体的，落锤式弯沉仪还包括重锤9、承受重锤下落的承重板10和与承载板2接触的底板11。使用时，底板11与承载板2接触，这样该计量系统所应用的范围不限于一个落锤式弯沉仪，可重复进行使用。底板11与承重板10之间通过桁架进行连接，作为一个整体，承受重锤9的冲击荷载，并将这种冲击荷载传输至承载板2。

为了使得承载板2受力均匀，进而使得压力传感器3测量更精确，较为优选的，承载板2的直径与底板11的直径相同，这样底板11所受到的力均匀的传递至承载板2，使得承载板2受力均匀。

步骤二、压力传感器3初始化；

由于压力传感器3固定于基板1和承载板2之间，承载板2本身具有一定重量，导致压力传感器3初始状态就受有一定压力，因此对压力传感器3进行初始化设置，使得压力传感器的测量结果更准确。

步骤三、压力传感器3采集压力信号，并将压力信号传输至数据采集装置6，数据采集装置6采集压力传感器3的压力信号并将压力信号处理得到冲击荷载值，冲击荷载值传输至数据处理装置8；

落锤式弯沉仪的控制模块采集并记录荷载传感器的压力信号，并将压力信号处理得到冲击荷载值；

具体的，包括以下步骤：

S301：落锤式弯沉仪的重锤从标定好的高度落下，下落至承载板2，承载板2将瞬时冲击荷载传输至压力传感器3，压力传感器3采集压力信号，将测得的压力信号传输至数据采集装置6；同时，落锤式弯沉仪的控制模块采集荷载传感器的压力信号；

压力传感器3处于初始状态，未触发时其并不进行信号采集，当重锤落至承载板2时，压力传感器3受到冲击荷载作用，这时候压力传感器3被触发，进行信号采集。

步骤S302：数据采集装置6对压力传感器3的压力信号进行滤波处理，获得稳定、高质量的滤波信号，并通过A/D数据转化将压力信号转化为压力值；

控制模块将荷载传感器的压力信号转化为压力值，即为落锤式弯沉仪所测冲击荷载值；

由于本系统的荷载传感器安装在落锤式弯沉仪承载盘下方，应用的环境相对较差，因此，压力信号在传输的过程中会有噪声等的干扰，需要去掉噪声，提高信噪比，因此进行滤波处理，获得高质量的压力信号，确保测试数据的准确性。

步骤S303：数据采集装置6对每次采集的多个压力传感器3的压力值进行相加处理，相加得到的压力值即为压力传感器所测冲击荷载值；

可以理解的是，由于压力传感器3是均布的，因此每个压力传感器3所受力相加即为承载板2所受冲击载荷。

步骤S304：重复上述步骤S301-S303，得到至少三个压力等级的15组冲击荷载数据，数据采集装置6将冲击荷载数据传输至数据处理装置8；落锤式弯沉仪采集记录的冲击荷载值输入至数据处理装置8。

更为具体的，三个压力等级包括40KN、50KN和60KN共三个压力等级，每个压力等级进行五次重复操作，例如，40KN时进行五次重复操作，得到五组冲击荷载值。

每一组冲击荷载值都包括：压力传感器3的冲击荷载值和落锤式弯沉仪的荷载传感器所测的冲击荷载值。

步骤四、数据处理装置8进行数据处理，并建立线性回归方程；

数据处理装置8将得到的每个等级的压力传感器3的冲击荷载值求平均值，数据处理装置8将得到的每个等级的8落锤式弯沉仪的冲击荷载值求平均值，并建立压力传感器3 的冲击荷载值与落锤式弯沉仪的冲击荷载值之间的线性回归方程，依据该方程对落锤式弯沉仪的荷载传感器进行标定。

更为具体的，三个等级数据得到的是回归线性方程，依据该回归线性方程对荷载传感器进行调整，即标定，使得落锤式弯沉仪荷载传感器的测量结果与压力传感器3所得到的标准结果相匹配，这样荷载传感器即标定完成，落锤式弯沉仪即可进行使用。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。