專利名稱：一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于移動荷載下瀝青路面動力響應(yīng)研究技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用
于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器。
背景技術(shù)：
移動荷載下瀝青路面動力響應(yīng)是國際道路界研究的熱點(diǎn)，是解決和解釋現(xiàn)有路面出現(xiàn)嚴(yán)重的早期破壞、車轍等多種形式病害的必要條件，是路面結(jié)構(gòu)從靜態(tài)設(shè)計(jì)向動態(tài)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。采用置入式傳感器，研究實(shí)際交通荷載下瀝青路面的應(yīng)力應(yīng)變是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究的有效手段，但受路面施工時的復(fù)雜而惡劣條件限制，目前該方面研究用的傳感器在國內(nèi)還是空白，研究開發(fā)實(shí)用可行的傳感器是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)試驗(yàn)研究的關(guān)鍵，也是目前的一個薄弱環(huán)節(jié)。國外相應(yīng)的傳感器也較少，價格昂貴，而且，國外道路結(jié)構(gòu)與國內(nèi)道路結(jié)構(gòu)差異較大，國外都是用于檢測面層的動力響應(yīng)，至今未見到用來進(jìn)行基層及穩(wěn)定層動響應(yīng)檢測的相關(guān)報道，而我國路面破壞主要或首先發(fā)生在基層和穩(wěn)定層，綜上，進(jìn)行交通荷載下基層和穩(wěn)定層動力響應(yīng)顯得尤為必要。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低且檢測靈敏度高，能有效解決現(xiàn)有瀝青路面動力響應(yīng)檢測過程中所存在多種實(shí)際問題。 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于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(jié)構(gòu)、布設(shè)在彈性元件中部且對被檢測瀝青路面動力響應(yīng)進(jìn)行實(shí)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(hù)敏感元件不受瀝青混凝土損害的保護(hù)套管；所述敏感元件為應(yīng)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制成，能傳遞被檢測路
面瀝青混凝土料變形的圓柱桿；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(xié)調(diào)變形，并防止施工過程中彈性元件方向發(fā)生變動的端桿。 還包括與所述應(yīng)變片分別連接在交流電橋相鄰兩個橋臂中的溫度補(bǔ)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(bǔ)償片貼裝在與彈性元件材質(zhì)相同的彈性桿件上，所述彈性桿件放置在保護(hù)殼內(nèi)； 所述應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片間的連接點(diǎn)A與電阻Rl和R2間的連接點(diǎn)B分別接所述
交流電橋供電電源Ui的電源正負(fù)端，所述應(yīng)變片和電阻R1的連接點(diǎn)C與溫度補(bǔ)償片和電
阻R2間的連接點(diǎn)D分別為所述交流電橋輸出電源U。的正負(fù)電源輸出端。 所述彈性元件和彈性桿件均為尼龍棒。 所述固定元件為由金屬材料制成的硬質(zhì)金屬桿。[0011] 所述保護(hù)套管為圓柱形套管，所述保護(hù)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(huán)狀端蓋和右圓環(huán)狀端蓋組成；所述左圓環(huán)狀端蓋和右圓環(huán)狀端蓋中部開有供彈性元件穿過的通孔，左圓環(huán)狀端蓋和/或右圓環(huán)狀端蓋上開有接線孔。 所述左圓環(huán)狀端蓋和右圓環(huán)狀端蓋均由聚四氟乙烯材料制成。[0014] 所述固定元件的上表面高度高于彈性元件的上表面高度。[0015] 所述保護(hù)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(shè)置有與螺栓相對應(yīng)的外螺紋。果分析，典型交通荷載下，面層底部最大彎拉應(yīng)變約90 120 i！ e ，而我國采用的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的基層剛度較大，面層底部彎拉應(yīng)變更小，因此要求傳感器的精度達(dá)到1個微應(yīng)變，本實(shí)用新型的檢測靈敏高，即使只有3-5個微應(yīng)變，也能進(jìn)行有效檢測。綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低且檢測靈敏度高，能有效解決現(xiàn)有瀝青路面動力響應(yīng)檢測過程中所存在多種實(shí)際問題。[0017] 下面通過附圖和實(shí)例，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1為本實(shí)用新型傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型右圓環(huán)狀端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1的俯視圖。圖4為本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖5為本實(shí)用新型所檢測得出的瀝青路面上面層縱向動力響應(yīng)曲線圖。
J得出的瀝青路面下面層縱向動力響應(yīng)曲線圖。J得出的瀝青路面上基層縱向動力響應(yīng)曲線圖。J得出的瀝青路面底基層縱向動力響應(yīng)曲線圖。
[0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032]
圖6為本實(shí)用新型所檢效圖7為本實(shí)用新型所檢效圖8為本實(shí)用新型所檢效附圖標(biāo)記說明1-彈性元件；4-保護(hù)殼；
7- 1-金屬套管
8- 接線孔；
2-固定元件； 3-敏感元件；5-彈性桿件； 6-溫度補(bǔ)償片；
7-2-左圓環(huán)狀端蓋；7-3-右圓環(huán)狀端蓋；
9-螺栓。
如圖1、圖2、圖3及圖4所示，本實(shí)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(jié)構(gòu)、布設(shè)在彈性元件1中部且對被檢測瀝青路面動力響應(yīng)進(jìn)行實(shí)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(hù)敏感元件3不受瀝青混和料損害的保護(hù)套管。所述敏感元件3為應(yīng)變片。本實(shí)例中，所述應(yīng)變片貼裝在彈性元件l上。[0033]具體實(shí)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制成，且能傳遞被檢測路面瀝青混凝土料變形的圓柱桿。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(xié)調(diào)變形，并防止施工時敏感元件3隨彈性元件1發(fā)生方向變動的端桿。 另外，本實(shí)用新型還包括與所述應(yīng)變片聯(lián)接在交流電橋相鄰兩個橋臂中的溫度補(bǔ)償片6，所述交流電橋的另外兩個橋臂中聯(lián)接有定值電阻Rl和R2。所述溫度補(bǔ)償片6貼裝 在與彈性元件1材質(zhì)相同的彈性桿件5上，所述彈性桿件5放置在保護(hù)殼4內(nèi)。所述應(yīng)變 片和溫度補(bǔ)償片6間的連接點(diǎn)A與電阻Rl和R2間的連接點(diǎn)B分別接所述交流電橋供電電 源"的電源正負(fù)端，所述應(yīng)變片和電阻Rl的連接點(diǎn)C與溫度補(bǔ)償片6和電阻R2間的連接 點(diǎn)D分別為所述交流電橋輸出電源U。的正負(fù)電源輸出端。也就是說，所述保護(hù)殼4、置于保 護(hù)殼4內(nèi)部的彈性桿件5以及貼裝在彈性桿件5上的溫度補(bǔ)償片6組成本實(shí)用新型的溫度 補(bǔ)償部件。 本實(shí)施例中，所述彈性元件1和彈性桿件5均為尼龍棒，所述固定元件2為由金屬 材料制成的硬質(zhì)金屬桿。所述固定元件2的上表面高度高于彈性元件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(shè)置有與 螺栓9相對應(yīng)的外螺紋。另外，所述保護(hù)套管為圓柱形套管，所述保護(hù)殼4為圓形金屬管且 具體為鐵制殼體。 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(huán) 狀端蓋7-2和右圓環(huán)狀端蓋7-3組成。所述左圓環(huán)狀端蓋7-2和右圓環(huán)狀端蓋7-3中部開 有供彈性元件1穿過的通孔，左圓環(huán)狀端蓋7-2和/或右圓環(huán)狀端蓋7-3上開有接線孔8。 所述左圓環(huán)狀端蓋7-2和右圓環(huán)狀端蓋7-3均由聚四氟乙烯材料制成。 實(shí)際加工制作時，之所以將對被檢測瀝青路面動力響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時檢測的敏感元件 3即所述應(yīng)變片貼裝在所述"工"字形結(jié)構(gòu)中部，具體貼裝在彈性元件1中部，一方面是由于 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制成的圓柱 桿，具體而言將應(yīng)變片貼裝在彈性元件1上并放入被檢測瀝青路面瀝青混凝土料中進(jìn)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，并且彈性元 件1也不會改變被檢測路面的結(jié)構(gòu)剛度，從而保證了使用本實(shí)用新型進(jìn)行檢測時不會破壞 被檢測瀝青路面的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，因而檢測結(jié)果真實(shí)有效。另一方面是由于安裝在彈性元 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為金屬桿，兩個固定元件2的作 用主要表現(xiàn)在第一、保證在交通荷載下，當(dāng)被檢測瀝青路面的瀝青混合料發(fā)生變形后，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(jìn)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(jìn)行 協(xié)調(diào)變形，這樣通過本實(shí)用新型所測試的結(jié)果則為被檢測瀝青路面各個結(jié)構(gòu)層的真正彎拉 應(yīng)變；第二、兩個固定元件2能起到穩(wěn)定作用，具體是能防止在壓路機(jī)碾壓時被檢測瀝青路 面瀝青混合料發(fā)生流動變形從而帶動彈性元件1發(fā)生方向變動，隨之相應(yīng)帶動貼裝在彈性 元件1上的應(yīng)變片發(fā)生方向變動的情形，否則的話通過本實(shí)用新型所測得的檢測結(jié)果就不 再是理想方向的彎拉應(yīng)變，綜上，本實(shí)用新型能防止敏感元件3隨彈性元件1進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動 而影響檢測結(jié)果。 實(shí)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(hù)套裝 在其內(nèi)的所述應(yīng)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(yīng)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(jīng)實(shí) 際測試發(fā)現(xiàn)在鋪設(shè)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(dá)到190 度，一般需過大約半小時后，溫度才會降下來)。本實(shí)施例中，所述圓柱形套管由金屬套管 7-1以及左圓環(huán)狀端蓋7-2和右圓環(huán)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(huán)狀端蓋7-2和右圓環(huán)狀端蓋7-3進(jìn)行間隔，并且左圓環(huán)狀端蓋7-2和右圓
環(huán)狀端蓋7-3均由材料模量小于瀝青混合料模量的聚四氟乙烯材料制成，因而通過左圓環(huán)
狀端蓋7-2和右圓環(huán)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(dāng)于彈性元件1上需承受檢測時作用在左圓環(huán)狀端蓋7-2和
右圓環(huán)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(jìn)行很好地傳遞，最終破壞了本實(shí)用新型對被檢測路面進(jìn)行檢測時的力學(xué)模型。
綜上，所述圓柱形金屬套管的實(shí)際測試過程中，能起到很好的防護(hù)性能。 安裝本實(shí)用新型時，應(yīng)保證彈性元件1與被檢測瀝青路面下一層路面結(jié)構(gòu)的上表
面接觸良好，這樣，所檢測到的動力響應(yīng)曲線即為上一層結(jié)構(gòu)的面層底部動力響應(yīng)。 本實(shí)用新型實(shí)際工作時，采用交流電橋電路方式進(jìn)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(yīng)
變片和溫度補(bǔ)償片6，溫度補(bǔ)償片6黏貼在彈性桿件5上，并且放置于保護(hù)殼4內(nèi)，以保證溫
度補(bǔ)償片6感受不到由于車輛荷載引起的應(yīng)變。所述彈性元件1和固定元件2組成的"工"
字形結(jié)構(gòu)、敏感元件3即應(yīng)變片以及保護(hù)套管組成瀝青路面動力響應(yīng)檢測結(jié)構(gòu)，保護(hù)殼4、
彈性桿件5以及溫度補(bǔ)償片6組成溫度補(bǔ)償部件。實(shí)際測試時，將所述溫度補(bǔ)償部件放置
在瀝青路面動力響應(yīng)檢測結(jié)構(gòu)旁邊，以保證所述應(yīng)變片的溫度與所述溫度補(bǔ)償部件的溫度
相同，以起到良好的溫度補(bǔ)償作用。結(jié)合圖5至圖8，采用本實(shí)用新型所檢測得出的瀝青路
面動力響應(yīng)曲線圖，可看出本實(shí)用新型的檢測靈敏度高，能有效解決現(xiàn)有瀝青路面動力響
應(yīng)檢測過程中所存在多種實(shí)際問題。 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于包括由彈性元件(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(jié)構(gòu)、布設(shè)在彈性元件(1)中部對被檢測瀝青路面動力響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時檢測的敏感元件(3)，和套裝在彈性元件(1)中部用以保護(hù)敏感元件(3)不受瀝青混合料損害的保護(hù)套管；所述敏感元件(3)為應(yīng)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制成的圓柱桿；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(xié)調(diào)變形，并防止施工過程中彈性元件(1)的方向發(fā)生變動。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于還包括與所述應(yīng)變片連接在交流電橋相鄰兩個橋臂中的溫度補(bǔ)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(bǔ)償片(6)貼裝在與彈性元件(1)材質(zhì)相同的彈性桿件(5)上，所述彈性桿件(5)放置在保護(hù)殼(4)內(nèi)；所述應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片(6)間的連接點(diǎn)A與電阻Rl和R2間的連接點(diǎn)B分別接所述交流電橋供電電源Ui的電源正負(fù)端，所述應(yīng)變片和電阻R1的連接點(diǎn)C與溫度補(bǔ)償片(6)和電阻R2間的連接點(diǎn)D分別為所述交流電橋輸出電源U。的正負(fù)電源輸出端。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于所述彈性元件(1)和彈性桿件(5)均為尼龍棒。
4. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于所述固定元件(2)為由金屬材料制作的桿件。
5. 按照權(quán)利要求2所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于所述保護(hù)套管為圓柱形金屬套管。
6. 按照權(quán)利要求5所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于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(huán)狀端蓋(7-2)和右圓環(huán)狀端蓋(7-3)組成；所述左圓環(huán)狀端蓋(7-2)和右圓環(huán)狀端蓋(7-3)中部開有供連接敏感元件(3)的導(dǎo)線穿過的通孔，左圓環(huán)狀端蓋(7-2)和/或右圓環(huán)狀端蓋(7-3)上開有接線孔(8)。
7. 按照權(quán)利要求6所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于所述左圓環(huán)狀端蓋(7-2)和右圓環(huán)狀端蓋(7-3)均由聚四氟乙烯材料制成。
8. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于所述固定元件(2)的上表面高度高于彈性元件(1)的上表面高度。
9. 按照權(quán)利要求2所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于所述保護(hù)殼(4)為金屬制殼體。
10. 按照權(quán)利要求1、2或3所述的一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)的傳感器，其特征在于所述固定元件(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(shè)置有與螺栓(9)相對應(yīng)的外螺紋。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于檢測瀝青路面動力響應(yīng)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(jié)構(gòu)、布設(shè)在彈性元件中部且對被檢測瀝青路面動力響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時檢測的敏感元件即應(yīng)變片，和套裝在彈性元件中部且用以保護(hù)敏感元件不受瀝青混凝土料損害的保護(hù)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制成且能傳遞被檢測路面瀝青混凝土料變形的圓柱桿；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(xié)調(diào)變形，并防止敏感元件隨彈性元件進(jìn)行方向變動的端桿。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低且檢測靈敏度高，能有效解決現(xiàn)有瀝青路面動力響應(yīng)檢測過程中所存在多種實(shí)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(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者呂彭民, 董忠紅 申請人:長安大學(xué)