本实用新型属于路面施工过程中。
背景技术：
回弹模量是指路基，路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。路面设计中采用回弹模量作为土基抗压强度的指标。
土基状态是影响路面性能的重要因素，回弹模量则是判断土基状态的敏感参数之一，也是影响路面结构厚度的直接要素，当回弹模量过大时，会导致路面结构厚度偏小，回弹模量过小时，则厚度偏大。此外，土基顶面弯沉、土基顶面压应变和内部应力状态等等，这些参数都与土基回弹模量有着密切的关系，因此合理的评价和选用土基回弹模量显得尤为重要。
实际施工过程中，当遇到路基路面的一些特殊问题时，为了在保证施工质量的前提下减少返工、降低成本以及缩短工期，会对路面回弹模量进行测量。例如，路基交工验收时，对压实度与弯沉值都有要求，但有时压实度满足而弯沉不满足，如采取返工势必造成较大的浪费且延误工期，此时应测试回弹模量值，根据其测试结果而采取合理的方案。
随着近年来高速铁路、高速公路的迅猛发展，行业对路面施工工程的质量要求日益严格，对现场测试、施工过程控制等的需求也日益广泛。相较于承载板法、弯沉法、落锤弯沉仪法、挖沙灌沙法这些操作复杂又耗时耗力的质量检测方法，落球式回弹模量测试仪以其操作简便且能够快速高精度测试材料变形特性的优势脱颖而出，其基于赫兹冲击理论，能够大面积，全断面进行土基的施工质量监理，有效杜绝偷工减料等不正行为，保证施工质量，具有巨大的社会效益和经济效益，对保证重大工程的建设质量有非常重要的意义，越来越多的落球式回弹模量测试仪也被投入市场使用。
为了保证工程质量、规范市场环境，对土基材料进行回弹模量测量已成为工程质量监理过程中一道必不可少的程序。国内现有的落球式回弹模量测试仪测量方法是：在软件中输入球冠体和法兰把手的总质量、土基材料的泊松比以及下落高度，由软件直接计算土基材料的回弹模量，从而确定仪器的相对示值误差。然而测量的实际操作过程中，落球的抬升位置完全由人为操控，无法保证下落高度的准确性、自由落体的垂直角度以及多次操作的一致性，不仅影响试验结果的精确度，一定程度上也使得工作效率大打折扣。另一方面，在实际现场检测中，有时需要测试不同深度路基层的回弹模量来进一步评估施工质量，而现有的测试方法只能测试最表层单层路基的回弹模量。针对这些问题，本专利设计了用于精确测量岩土材料回弹模量的装置，核心功能是机械化自动抬升落球高度，既保证每次抬升高度的准确性，多次操作的一致性，又能保证落球垂直下落，无倾角。
目前对于落球式回弹模量测试仪的测量存在以下几方面的缺点：
1)落球体抬升高度不精准。因人工操作误差较大，不能保证每次都能将落球体抬升至规定的高度。
2)多次测量的一致性不可控。受人为因素影响，每次落球体抬升的高度、自由下落后与土基材料的接触位置都不能保证完全一致。
3)不能保证落球体自由落体时法兰把手沿竖直方向无倾角。人力抬升落球体，容易造成落球体以非零倾角下落，使得落球体内的传感器数值有所偏差，影响测量结果的准确度。
4)测量误差大。由于回弹时间较短，其相对误差较大，且用碰撞时间代替回弹时间一定程度上增加了测量误差，不利于土基施工工程质量的检测与提高。
5)人力劳动大。每次试验均需测量人员进行多次重复操作，占用人力物力。
6)测量人员直接与落球体接触，测量过程可能存在砸伤等危险。
技术实现要素：
用于精确测量岩土材料回弹模量的装置主要由可编程逻辑控制器(plc)、时差测量器tdc-gp2、驱动器、直线步进电机、电磁铁、龙门架等部分组成，硬件连接图如图1所示。
图1中1为龙门架，2为可编程逻辑控制器(plc)，3为驱动器，4为直线步进电机，5为直线步进电机臂，6为柔性连接绳，7为电路连接线，8为第一电磁铁，9为第二电磁铁，10为落球式回弹模量测试仪主机，11为法兰把手，12为加速度传感器，13为球冠体，14为时差测量器tdc-gp2，15为待测土基材料。
如图1所示，用于精确测量岩土材料回弹模量的装置，以龙门架作为支撑体，直线步进电机4安装与龙门架1横栏中央位置，驱动器3与直线步进电机连接安装在横栏上，可编程逻辑控制器2安装在龙门架一侧支撑件上，与驱动器3、第一电磁铁8、第二电磁铁9连接。第一电磁铁8用一条软性连接绳连接在直线步进电机臂的下端，第二电磁铁9固定在落球式回弹模量测试仪的法兰把手11上端，加速度传感器12安装在法兰把手和球冠体的连接处；时差测量器14安装于球冠体13的底部，可达到皮秒级的时间测量。
15是土基材料，如果是在实际道路中，这个大小是可以认为是无限大的，如果是做相关校准试验，是一块直径和厚度不小于300mm的圆形试块。
龙门架主要用于组合整套装置，并对核心装置提供支撑作用，选用龙门架作为支撑体可避免单臂抬升装置因挠度问题引起的试验误差。龙门架底端装有万向轮，便于搬运，校准场地选择更加灵活，不需移动龙门架位置时，可锁定万向轮，防止试验过程中装置发生位移。
可编程逻辑控制器安装在龙门架侧边，与驱动器输入端连接，是整个装置中人员操作的主要对象，测量人员通过在可编辑逻辑控制器中输入指令实现整个校准试验的自动化操作，包括预设试验过程中落球体抬升高度、直线步进电机驱动器启动信号、电磁铁通电开关信号以及急停信号
驱动器输出端与直线步进电机相连，将可编辑逻辑控制器发出的指令转换为脉冲以驱动直线步进电机臂做竖直方向上的直线运动。
直线步进电机将驱动器输出的脉冲信号转换为电机臂的直线运动，直接影响装置抬升的高度。
第一电磁铁通过软性连接绳与直线步进电机臂下端相连，第二电磁铁安装在法兰把手上端，两块电磁铁共同由可编程逻辑控制器控制电路。当控制电路连接时，两块电磁铁吸附在一起，通过直线步进电机提拉，实现抬升落球式回弹模量测试仪高度的功能。当控制电路断开时，电磁铁瞬间分开，释放落球式回弹模量测试仪，即可实现自由落体。软性连接绳可保证抬升以及释放过程中落球式回弹模量测试仪始终处于自然下垂状态，即可使得法兰把手与球冠体在竖直方向上无倾角下落。
本实用新型效果
1提高落球体抬升高度的准确性。机械操控落球体的抬升与下落过程，可精确控制高度和位置，消除因提升高度的不准确造成的测量误差。
2操作过程可控，机器可按设定好的程序进行操作，保证每次抬升落球体的高度、位置均一致。
3解决了落球体自由下落时的倾角问题，极大地降低了因角度问题造成的测量误差，提高了测量的准确性。
4可实现回弹时间的精密测量，消除由回弹时间误差造成的测量误差，使得测量结果更准确，进而提高土基回弹模量的测量测量，最终实现土基施工质量的提高。
5一定程度上解放人力，测量人员不再需要进行多次重复操作。
6提高安全性。
附图说明
图1用于精确测量岩土材料回弹模量的装置硬件连接示意图
图2用于精确测量岩土材料回弹模量的装置的技术方案流程图
具体实施方式
落球式回弹模量测试仪由法兰把手、球冠体、主机、时差测量器tdc-gp2以及加速度传感器组成，法兰把手上端与主机相连，下端与球冠体连接，且下端连接处装有加速度传感器以及时差测量器tdc-gp2。当球冠体自由下落与土基材料接触时，其冲击碰撞的力学响应参数通过加速度传感器回传到与法兰把手相连的主机上，当落球体接触土基材料时，时差测量器tdc-gp2开始发出脉冲信号，回弹过程结束，落球体回到初始接触土基材料的位置时，时差测量器tdc-gp2停止测量并将回弹过程的时间差传回主机，经主机解析后计算获得土基材料的回弹模量。
本专利所述用于精确测量岩土材料回弹模量的装置的技术方案流程如图2所示。
装置中plc的主要功能为：控制直线步进电机运动模块、电磁铁开关控制模块、自校准运动模块、数据设定模块。在自校准模式下，当直线步进电机臂下降至第一电磁铁底面与第二电磁铁顶面紧密接触时，此时的位置参数校为零。落球式回弹模量测试仪抬升至设定高度时，控制电磁铁断电，释放仪器自由落体，进行重复试验时控制直线步进电机臂自动进行抬升和复位运动。
本专利所述用于精确测量岩土材料回弹模量的装置总体技术方案实现过程如下：
(1)将落球式回弹模量测试仪及土基材料按图1所示放好，接通电源启动plc与主机；
(2)在plc中预设好试验所需的抬升高度，在落球式回弹模量测试仪主机中输入球冠体和法兰把手的总质量、土基材料的泊松比以及下落高度；
(3)将直线步进电机臂下降至第一电磁铁底面与第二电磁铁顶面紧密接触，plc初始示值置零；
(4)开始试验，电磁铁通电吸附；
(5)直线步进电机臂抬升至设定高度后(如果设定的抬升高度过低，测量过程中，落球体运动时间极短，会导致测量结果误差较大；高度过高则会对土基材料形成一定程度的损坏，且存在安全隐患。因此，测量时设定的高度一般为200mm，通常不超过800mm)，电磁铁断电释放，球冠体做自由落体运动，与土基材料冲击碰撞。
(6)记录落球式回弹模量测试仪主机中的试验数据；
(7)按照上述步骤(3)-(7)，重复测量10次以上(用于求取平均值)；
(8)停止试验，采集测量数据。
本专利所述落球式回弹模量测试仪结构简单易安装，应用到工作中的成本低；
本专利的测量过程可控，测量精度较高，通过仪器控制排除了人为操作的不确定性因素，使得测量精度可达到±2％；
本专利实现了落球式回弹模量测试仪自动化测量，使得测量工作更加容易操作，极大地解放了人力，提高了工作效率。