一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器的製作方法

2023-10-24 21:23:57

專利名稱：一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於移動荷載下瀝青路面動力響應研究技術領域，尤其是涉及一種用
於檢測瀝青路面動力響應的傳感器。
背景技術：
移動荷載下瀝青路面動力響應是國際道路界研究的熱點，是解決和解釋現有路面出現嚴重的早期破壞、車轍等多種形式病害的必要條件，是路面結構從靜態設計向動態設計轉化的基礎。採用置入式傳感器，研究實際交通荷載下瀝青路面的應力應變是進行路面結構動力響應研究的有效手段，但受路面施工時的複雜而惡劣條件限制，目前該方面研究用的傳感器在國內還是空白，研究開發實用可行的傳感器是進行路面結構動力響應試驗研究的關鍵，也是目前的一個薄弱環節。國外相應的傳感器也較少，價格昂貴，而且，國外道路結構與國內道路結構差異較大，國外都是用於檢測面層的動力響應，至今未見到用來進行基層及穩定層動響應檢測的相關報導，而我國路面破壞主要或首先發生在基層和穩定層，綜上，進行交通荷載下基層和穩定層動力響應顯得尤為必要。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其結構簡單、體積小、成本低且檢測靈敏度高，能有效解決現有瀝青路面動力響應檢測過程中所存在多種實際問題。 為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於包括由彈性元件與兩個分別安裝在彈性元件兩端的固定元件組成的"工"字形結構、布設在彈性元件中部且對被檢測瀝青路面動力響應進行實時檢測的敏感元件，和套裝在彈性元件中部且施工時用以保護敏感元件不受瀝青混凝土損害的保護套管；所述敏感元件為應變片； 所述彈性元件為由彈性模量與瀝青混凝土模量相近的材料製成，能傳遞被檢測路
面瀝青混凝土料變形的圓柱杆；固定元件為檢測過程中保證彈性元件與所述被檢測路面瀝
青混凝土料協調變形，並防止施工過程中彈性元件方向發生變動的端杆。 還包括與所述應變片分別連接在交流電橋相鄰兩個橋臂中的溫度補償片，所述交
流電橋的另外兩個橋臂中接有定值電阻Rl和R2 ; 所述溫度補償片貼裝在與彈性元件材質相同的彈性杆件上，所述彈性杆件放置在保護殼內； 所述應變片和溫度補償片間的連接點A與電阻Rl和R2間的連接點B分別接所述
交流電橋供電電源Ui的電源正負端，所述應變片和電阻R1的連接點C與溫度補償片和電
阻R2間的連接點D分別為所述交流電橋輸出電源U。的正負電源輸出端。 所述彈性元件和彈性杆件均為尼龍棒。 所述固定元件為由金屬材料製成的硬質金屬杆。[0011] 所述保護套管為圓柱形套管，所述保護殼為圓柱形金屬管。 所述圓柱形套管由金屬套管，以及安裝在金屬套管左右兩端部的左圓環狀端蓋和右圓環狀端蓋組成；所述左圓環狀端蓋和右圓環狀端蓋中部開有供彈性元件穿過的通孔，左圓環狀端蓋和/或右圓環狀端蓋上開有接線孔。 所述左圓環狀端蓋和右圓環狀端蓋均由聚四氟乙烯材料製成。[0014] 所述固定元件的上表面高度高於彈性元件的上表面高度。[0015] 所述保護殼為金屬制殼體。 所述固定元件通過螺栓固定在彈性元件左右兩端，彈性元件的左右兩端部設置有與螺栓相對應的外螺紋。果分析，典型交通荷載下，面層底部最大彎拉應變約90 120 i！ e ，而我國採用的半剛性基層瀝青路面結構的基層剛度較大，面層底部彎拉應變更小，因此要求傳感器的精度達到1個微應變，本實用新型的檢測靈敏高，即使只有3-5個微應變，也能進行有效檢測。綜上所述，本實用新型結構簡單、體積小、成本低且檢測靈敏度高，能有效解決現有瀝青路面動力響應檢測過程中所存在多種實際問題。[0017] 下面通過附圖和實例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。圖1為本實用新型傳感器的結構示意圖。

圖2為本實用新型右圓環狀端蓋的結構示意圖。圖3為圖1的俯視圖。圖4為本實用新型的電路原理圖。
圖5為本實用新型所檢測得出的瀝青路面上面層縱向動力響應曲線圖。
J得出的瀝青路面下面層縱向動力響應曲線圖。J得出的瀝青路面上基層縱向動力響應曲線圖。J得出的瀝青路面底基層縱向動力響應曲線圖。
[0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032]
圖6為本實用新型所檢效圖7為本實用新型所檢效圖8為本實用新型所檢效附圖標記說明1-彈性元件；4-保護殼；
7- 1-金屬套管
8- 接線孔；
2-固定元件； 3-敏感元件；5-彈性杆件； 6-溫度補償片；
7-2-左圓環狀端蓋；7-3-右圓環狀端蓋；
9-螺栓。
如圖1、圖2、圖3及圖4所示，本實用新型包括由彈性元件1與兩個分別安裝在彈性元件1兩端的固定元件2組成的"工"字形結構、布設在彈性元件1中部且對被檢測瀝青路面動力響應進行實時檢測的敏感元件3，和套裝在彈性元件1中部且施工時用以保護敏感元件3不受瀝青混和料損害的保護套管。所述敏感元件3為應變片。本實例中，所述應變片貼裝在彈性元件l上。[0033]具體實施方式所述彈性元件1為由彈性模量與瀝青混凝土模量相近的材料製成，且能傳遞被檢測路面瀝青混凝土料變形的圓柱杆。所述固定元件2為檢測過程中保證彈性元件1與所述被檢測路面瀝青混凝土料協調變形，並防止施工時敏感元件3隨彈性元件1發生方向變動的端杆。 另外，本實用新型還包括與所述應變片聯接在交流電橋相鄰兩個橋臂中的溫度補償片6，所述交流電橋的另外兩個橋臂中聯接有定值電阻Rl和R2。所述溫度補償片6貼裝 在與彈性元件1材質相同的彈性杆件5上，所述彈性杆件5放置在保護殼4內。所述應變 片和溫度補償片6間的連接點A與電阻Rl和R2間的連接點B分別接所述交流電橋供電電 源"的電源正負端，所述應變片和電阻Rl的連接點C與溫度補償片6和電阻R2間的連接 點D分別為所述交流電橋輸出電源U。的正負電源輸出端。也就是說，所述保護殼4、置於保 護殼4內部的彈性杆件5以及貼裝在彈性杆件5上的溫度補償片6組成本實用新型的溫度 補償部件。 本實施例中，所述彈性元件1和彈性杆件5均為尼龍棒，所述固定元件2為由金屬 材料製成的硬質金屬杆。所述固定元件2的上表面高度高於彈性元件1的上表面高度。所 述固定元件2通過螺栓9固定在彈性元件1左右兩端，彈性元件1的左右兩端部設置有與 螺栓9相對應的外螺紋。另外，所述保護套管為圓柱形套管，所述保護殼4為圓形金屬管且 具體為鐵製殼體。 所述圓柱形套管由金屬套管7-1，以及安裝在金屬套管7-1左右兩端部的左圓環 狀端蓋7-2和右圓環狀端蓋7-3組成。所述左圓環狀端蓋7-2和右圓環狀端蓋7-3中部開 有供彈性元件1穿過的通孔，左圓環狀端蓋7-2和/或右圓環狀端蓋7-3上開有接線孔8。 所述左圓環狀端蓋7-2和右圓環狀端蓋7-3均由聚四氟乙烯材料製成。 實際加工製作時，之所以將對被檢測瀝青路面動力響應進行實時檢測的敏感元件 3即所述應變片貼裝在所述"工"字形結構中部，具體貼裝在彈性元件1中部，一方面是由於 彈性元件1為由彈性模量與瀝青混凝土材料瀝青混凝土模量接近的尼龍材料製成的圓柱 杆，具體而言將應變片貼裝在彈性元件1上並放入被檢測瀝青路面瀝青混凝土料中進行 檢測時，所述彈性元件1能很好地傳遞被檢測瀝青路面瀝青混凝土料的變形，並且彈性元 件1也不會改變被檢測路面的結構剛度，從而保證了使用本實用新型進行檢測時不會破壞 被檢測瀝青路面的結構力學性能，因而檢測結果真實有效。另一方面是由於安裝在彈性元 件1左右兩端部的兩個固定元件2且所述兩個固定元件2為金屬杆，兩個固定元件2的作 用主要表現在第一、保證在交通荷載下，當被檢測瀝青路面的瀝青混合料發生變形後，兩 個固定元件2能拉著彈性元件1一起隨著所述被檢測瀝青路面瀝青混合料的變形而進行變 形，即兩個固定元件2能保證檢測過程中彈性元件1與所述被檢測路面瀝青混凝土料進行 協調變形，這樣通過本實用新型所測試的結果則為被檢測瀝青路面各個結構層的真正彎拉 應變；第二、兩個固定元件2能起到穩定作用，具體是能防止在壓路機碾壓時被檢測瀝青路 面瀝青混合料發生流動變形從而帶動彈性元件1發生方向變動，隨之相應帶動貼裝在彈性 元件1上的應變片發生方向變動的情形，否則的話通過本實用新型所測得的檢測結果就不 再是理想方向的彎拉應變，綜上，本實用新型能防止敏感元件3隨彈性元件1進行軸向轉動 而影響檢測結果。 實際使用過程中，套裝在彈性元件1中部的圓柱形金屬套管，一方面能保護套裝 在其內的所述應變片不受被檢測瀝青路面瀝青混合料的擠壓而被破壞，另一方面還使得 所述應變片的檢測性能不受被檢測瀝青路面瀝青混合料剛鋪上時的高溫作用影響(經實 際測試發現在鋪設瀝青路面時，所用的瀝青混合料剛鋪上時的溫度比較高，有時達到190 度，一般需過大約半小時後，溫度才會降下來)。本實施例中，所述圓柱形套管由金屬套管 7-1以及左圓環狀端蓋7-2和右圓環狀端蓋7-3組成，也就是說，金屬套管7-1與彈性元件1之間通過左圓環狀端蓋7-2和右圓環狀端蓋7-3進行間隔，並且左圓環狀端蓋7-2和右圓
環狀端蓋7-3均由材料模量小於瀝青混合料模量的聚四氟乙烯材料製成，因而通過左圓環
狀端蓋7-2和右圓環狀端蓋7-3能夠有效防止檢測過程中外界作用在金屬套管7-1的壓力
傳遞到彈性元件1上，否則，相當於彈性元件1上需承受檢測時作用在左圓環狀端蓋7-2和
右圓環狀端蓋7-3位置的集中作用力，使得彈性元件1不能對被檢測瀝青路面瀝青混凝土
料的變形進行很好地傳遞，最終破壞了本實用新型對被檢測路面進行檢測時的力學模型。
綜上，所述圓柱形金屬套管的實際測試過程中，能起到很好的防護性能。 安裝本實用新型時，應保證彈性元件1與被檢測瀝青路面下一層路面結構的上表
面接觸良好，這樣，所檢測到的動力響應曲線即為上一層結構的面層底部動力響應。 本實用新型實際工作時，採用交流電橋電路方式進行測試，其中電阻R1和R2為定
值電阻，檢測過程中電阻值不變，所述交流電橋電路的另外兩個相鄰橋臂分別接入所述應
變片和溫度補償片6，溫度補償片6黏貼在彈性杆件5上，並且放置於保護殼4內，以保證溫
度補償片6感受不到由於車輛荷載引起的應變。所述彈性元件1和固定元件2組成的"工"
字形結構、敏感元件3即應變片以及保護套管組成瀝青路面動力響應檢測結構，保護殼4、
彈性杆件5以及溫度補償片6組成溫度補償部件。實際測試時，將所述溫度補償部件放置
在瀝青路面動力響應檢測結構旁邊，以保證所述應變片的溫度與所述溫度補償部件的溫度
相同，以起到良好的溫度補償作用。結合圖5至圖8，採用本實用新型所檢測得出的瀝青路
面動力響應曲線圖，可看出本實用新型的檢測靈敏度高，能有效解決現有瀝青路面動力響
應檢測過程中所存在多種實際問題。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根 據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍 屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於包括由彈性元件(1)與兩個分別安裝在彈性元件(1)兩端的固定元件(2)組成的「工」字形結構、布設在彈性元件(1)中部對被檢測瀝青路面動力響應進行實時檢測的敏感元件(3)，和套裝在彈性元件(1)中部用以保護敏感元件(3)不受瀝青混合料損害的保護套管；所述敏感元件(3)為應變片；彈性元件(1)為由彈性模量與瀝青混凝土模量相近的材料製成的圓柱杆；固定元件(2)保證檢測過程中彈性元件(1)與被檢測路面瀝青混和料協調變形，並防止施工過程中彈性元件(1)的方向發生變動。
2. 按照權利要求1所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於還包括與所述應變片連接在交流電橋相鄰兩個橋臂中的溫度補償片(6)，所述交流電橋的另外兩個橋臂中接有定值電阻Rl和R2 ;所述溫度補償片(6)貼裝在與彈性元件(1)材質相同的彈性杆件(5)上，所述彈性杆件(5)放置在保護殼(4)內；所述應變片和溫度補償片(6)間的連接點A與電阻Rl和R2間的連接點B分別接所述交流電橋供電電源Ui的電源正負端，所述應變片和電阻R1的連接點C與溫度補償片(6)和電阻R2間的連接點D分別為所述交流電橋輸出電源U。的正負電源輸出端。
3. 按照權利要求1或2所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述彈性元件(1)和彈性杆件(5)均為尼龍棒。
4. 按照權利要求1或2所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述固定元件(2)為由金屬材料製作的杆件。
5. 按照權利要求2所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述保護套管為圓柱形金屬套管。
6. 按照權利要求5所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述圓柱形金屬套管由金屬套管(7-l)，以及安裝在金屬套管(7-1)左右兩端部的左圓環狀端蓋(7-2)和右圓環狀端蓋(7-3)組成；所述左圓環狀端蓋(7-2)和右圓環狀端蓋(7-3)中部開有供連接敏感元件(3)的導線穿過的通孔，左圓環狀端蓋(7-2)和/或右圓環狀端蓋(7-3)上開有接線孔(8)。
7. 按照權利要求6所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述左圓環狀端蓋(7-2)和右圓環狀端蓋(7-3)均由聚四氟乙烯材料製成。
8. 按照權利要求1或2所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述固定元件(2)的上表面高度高於彈性元件(1)的上表面高度。
9. 按照權利要求2所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述保護殼(4)為金屬制殼體。
10. 按照權利要求1、2或3所述的一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，其特徵在於所述固定元件(2)通過螺栓(9)固定在彈性元件(1)左右兩端，彈性元件(1)的左右兩端部設置有與螺栓(9)相對應的外螺紋。
專利摘要本實用新型公開了一種用於檢測瀝青路面動力響應的傳感器，包括由彈性元件與分別安裝在彈性元件兩端的固定元件組成的「工」字形結構、布設在彈性元件中部且對被檢測瀝青路面動力響應進行實時檢測的敏感元件即應變片，和套裝在彈性元件中部且用以保護敏感元件不受瀝青混凝土料損害的保護套管；彈性元件為由彈性模量與瀝青混凝土模量相近的材料製成且能傳遞被檢測路面瀝青混凝土料變形的圓柱杆；固定元件為檢測中保證彈性元件與被檢測路面瀝青混凝土料協調變形，並防止敏感元件隨彈性元件進行方向變動的端杆。本實用新型結構簡單、體積小、成本低且檢測靈敏度高，能有效解決現有瀝青路面動力響應檢測過程中所存在多種實際問題。
文檔編號E01C23/01GK201534950SQ20092003308
公開日2010年7月28日 申請日期2009年5月13日 優先權日2009年5月13日
發明者呂彭民, 董忠紅 申請人:長安大學