基本信息
- 項目名稱：
- 基于CAN總線的路基密實度在線測量儀
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 路基壓實質(zhì)量是影響高等級公路使用壽命的重要因素。目前施工或檢測部門普遍采用傳統(tǒng)的人工抽樣方法來測量路基壓實程度，費時費力且破壞路基。該系統(tǒng)根據(jù)“振動輪—土壤”二自由度振動系統(tǒng)數(shù)學模型，通過測量壓路機振動輪的縱向加速度間接計算路基壓實度，不破壞路面，可實時、連續(xù)、移動的檢測，并給出路基壓實度的定量值。通過實時記錄，可為公路質(zhì)檢部門提供路基壓實信息。該產(chǎn)品自動化程度高、體積小、方便安裝。
- 詳細介紹：
- 基本思路：系統(tǒng)使用加速度傳感器ADXL150測出壓路機振動輪的縱向加速度信號，經(jīng)放大器增強信號、橢圓帶通濾波器濾出高頻雜音、峰值檢測電路保持峰值，通過A/D轉(zhuǎn)換，得到振動輪的縱向加速度值，根據(jù)“振動輪—土壤”的二自由度振動系統(tǒng)數(shù)學模型，得出土壤的剛性值。經(jīng)單片機處理，液晶顯示屏顯示出密實度值。通過CAN總線與單片機的通信，實時調(diào)節(jié)壓路機的振動頻率。 創(chuàng)新點：通過測量壓路機振動輪的縱向加速度間接計算路基壓實度，該方法不破壞路面，可實時、連續(xù)、移動的檢測，并給出路基壓實度的定量值；利用軟件FILTERCAD,基于芯片LTC1068-200CG，設(shè)計了具有頻率自動跟蹤功能的橢圓帶通濾波器，實現(xiàn)信號的有效濾波；通過對密實度數(shù)據(jù)的實時存儲和對密實度的標定，建立密實度值數(shù)據(jù)庫，方便工程中調(diào)用；通過CAN總線和微處理器通信，智能調(diào)節(jié)壓路機的振動頻率和振幅。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的:我國公路建設(shè)正處于高速發(fā)展時期，而路基壓實質(zhì)量是影響高等級公路使用壽命的重要因素。目前施工或檢測部門普遍采用傳統(tǒng)的人工抽樣方法來測量路基壓實程度，費時費力且破壞路基。因此研發(fā)一種快速、無損、定量的路基密實度檢測儀，以滿足對路基壓實質(zhì)量全面實時監(jiān)控的要求。 基本思路：系統(tǒng)使用加速度傳感器測出壓路機振動輪的縱向加速度信號，經(jīng)放大器增強信號、橢圓帶通濾波器濾出高頻雜音、峰值檢測電路保持峰值，通過A/D轉(zhuǎn)換，得到振動輪的縱向加速度值，根據(jù)“振動輪—土壤”二自由度振動系統(tǒng)數(shù)學模型，得出土壤的剛性值。經(jīng)單片機處理，液晶顯示密實度值。通過CAN總線與壓路機通訊實時調(diào)節(jié)振動頻率。 創(chuàng)新點：通過測量壓路機振動輪的縱向加速度間接計算路基壓實度，該方案不破壞路面，可實時、連續(xù)、移動的檢測，并給出路基壓實度的定量值；利用軟件FILTERCAD,基于芯片LTC1068-200CG，設(shè)計了具有頻率自動跟蹤功能的橢圓帶通濾波器，實現(xiàn)信號的有效濾波；通過對密實度數(shù)據(jù)的實時存儲和對密實度的標定，建立密實度值數(shù)據(jù)庫，方便工程中調(diào)用；通過CAN總線和微處理器通信，智能調(diào)節(jié)壓路機的振動頻率和振幅。 技術(shù)關(guān)鍵：加速度信號的分析與獲取，濾波器的設(shè)計，密實度的標定，液晶顯示器圖形的控制，CAN總線。 技術(shù)指標：（1）液晶屏顯示出密實度值，振動頻率和變化曲線；（2）測量靈敏度為35mv/g；（3）密實度檢測誤差小于2%；（4） 使用壽命10年以上
科學性、先進性
- 對路基密實度測量，傳統(tǒng)上有兩種方案：一種方案具有破壞性的測量，如灌沙法、環(huán)刀法、水袋法等，此方案在取樣品時，需要熟練的手工操作如挖坑、稱重等，會破壞土層結(jié)構(gòu)，耗時、耗力，且費用昂貴；另一種方案采用核子儀測定，此方法會對工作人員的身體造成一定的損害 ，而且一旦發(fā)生問題還會造成嚴重的環(huán)境污染。這兩種方案都是在路基碾壓結(jié)束后進行測量，一方面難以對壓實不足的路段及時了解，引起返工拖延工期，當過多的重復碾壓路基時，可能振松已壓實的路面；另一方面，由于采樣量有限，不能提供壓實質(zhì)量全面信息，而公路筑路材料復雜，這樣就極容易出現(xiàn)低質(zhì)量路段漏檢。 本設(shè)計的測量儀能對振動壓路機進行實時、連續(xù)的檢測，并給出路基壓實度的定量值，可根據(jù)實時顯示的數(shù)值決定是否重復碾壓該路基，確保了路基壓實的均勻度，并提高了工作效率。通過實時記錄，可為公路質(zhì)檢部門提供路基壓實信息。該產(chǎn)品自動化程度高、體積小、方便安裝。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品于2010年12月19號，電子信息工程學院“挑戰(zhàn)杯”選拔賽中，榮獲一等獎。 該作品于2011年3月18號，河南科技大學第四屆“挑戰(zhàn)杯”選拔賽中，榮獲一等獎。
作品所處階段
- 目前處于中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 樣品、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：將信號源采集儀安裝在壓路機的振動輪上，正確接通電源后，測量儀即可工作。工作前設(shè)定標定值，工作中加速度傳感器測得加速度的變化，經(jīng)系統(tǒng)分析處理，可得出密實度值和振動輪的振動頻率。通過測得值和標定值對比及密實度曲線變化情況判定密實度是否符合標準。通過鍵盤操作可查看歷史標定值和密實度值的曲線變化情況。 技術(shù)特點和優(yōu)勢：本測量儀體積小，方便安裝。以壓路機振動輪為振源能夠準確、快速地測出密實度值。采用標定，更加有效地提高工作效率。液晶顯示更加直接，方便。密實度值曲線能實時反映值的變化，檢測路面壓實是否均勻。 本測量儀基于振動壓實與加速度檢測原理，充分利用了先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，可在線實時快速檢測，及時確定公路壓實情況，極大地減少了人力、物力的投入。 適用范圍及推廣前景：本儀器適用于公路、建筑用地等工程施工部門對路基密實度的實時測量。其廣泛應用將會提高我國高等級公路施工的自動化水平，保證工程質(zhì)量和進度，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，彌補我國在路基密實度測量方面的不足。
同類課題研究水平概述
- 一、國外研究綜述 20世紀60年代提出了利用振動部件與土基之間相互作用的動力特性來判斷壓實進程狀況的設(shè)想，在一些早期專利中，如Martin在1962年的美國專利中提出了在振動輪與土基發(fā)生共振狀態(tài)下，利用垂直方向加速度的振幅最大值來測量土基的壓實程度。Kerridge在1965年的英國專利中提出用兩個安置在垂直和水平方向上的加速度傳感器來感受振動輪支架上某一點的橢圓形運動軌跡，并由此計算橢圓長軸的長度。1970年Konig在德國專利中提出利用振動工作部件與土基之間的沖擊反力來測量土基材料的承載密度。瑞典的Geodynamic公司于1975~1977年開發(fā)了世界上第一個密實度計，20世紀80年代初在巴黎召開的壓實會議上密實度計第一次作為國際性的議題被討論。20世紀70年代末，一些安裝在壓路機上的密實度計相繼問世并投入市場，如瑞典Dynapac公司根據(jù)Thurner提出的方案研制的密實度計，德國Bomag公司在20世紀80年代初研制的BTM密實度計，日本鋪道公司技術(shù)開發(fā)部在20世紀80年代末研制的一種CDS壓實文件記錄系統(tǒng)等。當前國外多見的是Geodynamic 公司生產(chǎn)的ALFA-022R 型密實度計。 二、 國內(nèi)研究綜述 20世紀80年代后國內(nèi)開始在密實度計方面進行研究。如徐州工程機械廠與寶應四明有限公司研制的MC-960A密實度計，該裝置由傳感器、測量分析儀、數(shù)據(jù)采集器和打印機等四部分組成。該裝置通過加速度傳感器檢測振動輪上的振動信號，并轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大后送入濾波電容，兩個濾波器分別將信號中的基波和二次諧波分量選出，并且各自經(jīng)過交直線性轉(zhuǎn)換和壓頻轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過除法電路由計數(shù)器分別顯示出土壤的密實度。水利水電科學院研制的YS-1密實度計工作原理與SMC-960A一樣，即利用諧波與基波的比值反映土壤密實度的大小。2001年，陜西西安鐵道部20局工程機械廠，率先引進了Bomag公司的密實度計TERRA，并安裝在了YZ20型大噸位壓路機上。但由于該裝置售價高達數(shù)千美元，未能在國內(nèi)得到進一步的推廣。目前河北工業(yè)大學張潤利、長安大學汪貴平等研究小組對振動壓路機的連續(xù)壓實進行了研究并研制出了一些產(chǎn)品，江蘇理工大學徐剛研究的瞬態(tài)沖擊法可以快速無損測量路基的密實度是一種很有發(fā)展前途的現(xiàn)場密實度檢測技術(shù)。
