專利名稱：一種用于檢測瀝青路面動力響應的多維傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于浙青路面動態(tài)力學性能研究技術領域，尤其是涉及一種用于檢測浙青 路面動力響應的多維傳感器。
背景技術：
浙青路面出現(xiàn)的嚴重破壞促使人們對路面結構進行深入研究，采用傳感器檢測實 際交通荷載下浙青路面內部動態(tài)力學行為是研究車輛對路面的破壞作用的有效手段，也是 目前該領域研究的熱點。但是缺乏性能優(yōu)良、功能可靠的傳感器是目前研究的技術瓶頸。目 前國內外采用的傳感器都是“H”型一維傳感器，僅能檢測一個方向的應變，通過兩個或多個 傳感器的組合來檢測車輛行駛方向的水平動應變和垂直車輛行駛方向的水平動應變。由于 傳感器之間相距一定的距離，無法檢測同一位置的車輛行駛方向與垂直車輛行駛方向的動 應變。而且，現(xiàn)有傳感器無法檢測垂直路面方向的動應變，而該方向動應變對路面結構力學 性能影響嚴重，尤其是基層頂部壓應變，用來評價浙青路面車轍損壞。另外，目前的浙青路 面力學研究發(fā)現(xiàn)，浙青混合料內部剪應變對其結構破壞影響嚴重，現(xiàn)有傳感器無法檢測浙 青路面內部剪應變。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種用于檢測 浙青路面動力響應的多維傳感器，其結構簡單、體積小、成本低且耐高溫、檢測靈敏度高，能 有效解決現(xiàn)有浙青路面動力響應檢測過程中所存在的不能對浙青路面層間復雜應力應變 狀態(tài)進行準確、可靠檢測的實際問題。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種用于檢測浙青路面動力響 應的多維傳感器，其特征在于包括一個或多個分別對被檢測浙青路面的動力響應進行實 時檢測的檢測單元，多個所述檢測單元的結構均相同；所述檢測單元包括由彈性模量與浙青混凝土模量相近的材料制成且動力響應檢 測過程中能與被檢測路面浙青混合料協(xié)調變形的彈性元件、安裝在彈性元件中部且對被檢 測浙青路面的動力響應進行實時檢測的敏感元件、用以保護敏感元件不受浙青混合料損害 且能保證敏感元件檢測位置處浙青混合料壓實度的半球形保護套、密實填充在半球形保護 套內部且對敏感元件進行防水防潮保護的防水膠層和多個分別固定安裝在彈性元件四周 外側且動力響應檢測過程中能保證彈性元件與被檢測路面浙青混合料協(xié)調變形并防止檢 測過程中彈性元件的布設方向發(fā)生變動的固定元件，所述半球形保護套由上至下扣裝在敏 感元件外側且其半球形保護套固定安裝在彈性元件中部上方，所述半球形保護套與彈性元 件之間形成一個上部開有注膠孔且底部封閉的空腔；所述彈性元件包括水平向彈性支架和 豎直向布設在所述水平向彈性支架中部上方的彈性立柱，所述彈性立柱布設在半球形保護 套內側的正中部且其上部安裝在半球形保護套上；所述敏感元件為由三個應變片組成，三 個所述應變片分別為對車輛行駛方向的動應變進行實時檢測的應變片一、對與所述車輛行駛方向相垂直的垂直車輛行駛方向的動應變進行實時檢測的應變片二和對被檢測浙青路 面所處地面相垂直的地面垂直方向的動應變進行實時檢測的應變片三，所述車輛行駛方向 和所述垂直車輛行駛方向分布在同一平面上；所述應變片一和所述應變片二均水平鋪貼在 所述水平向彈性支架上，且所述應變片三豎直向鋪貼在彈性立柱的外側壁上。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是還包括六個定值 電阻Rl、R2、R3、R4、R5和R6 ；所述檢測單元的數(shù)量為兩個，兩個所述檢測單元分別為檢測 單元一和檢測單元二且二者組成一個能利用電橋和差特性實現(xiàn)動應變檢測過程中溫度補 償?shù)膫鞲衅鹘M，六個定值電阻R1、R2、R3、R4、R5和R6分別與兩個所述檢測單元中的兩個敏 感元件組成三個交流電橋，且三個所述交流電橋分別為交流電橋一、交流電橋二和交流電 橋三；兩個所述檢測單元均預埋在被檢測浙青路面內部，兩個所述檢測單元布設在同一條 車輛輪跡正下方且二者之間的間距為60m士 IOm ；兩個所述敏感元件中的兩個所述應變片一分別串接在交流電橋一的相鄰兩個橋 臂中，且定值電阻Rl和R2分別串接在交流電橋一的另外兩個橋臂中，兩個所述應變片一間 的連接點Al與電阻Rl和R2間的連接點Bl分別接所述交流電橋一的供電電源Ui的電源正 負端，兩個所述應變片一分別與電阻Rl和R2間的連接點Cl和Dl分別為所述交流電橋一 的輸出電源隊的正負電源輸出端；兩個所述敏感元件中的兩個所述應變片二分別串接在交 流電橋二的相鄰兩個橋臂中，且定值電阻R3和R4分別串接在交流電橋二的另外兩個橋臂 中，兩個所述應變片二間的連接點A2與電阻R3和R4間的連接點B2分別接所述交流電橋 二的供電電源Ui的電源正負端，兩個所述應變片二分別與電阻R3和R4間的連接點C2和 D2分別為所述交流電橋二的輸出電源U0的正負電源輸出端；兩個所述敏感元件中的兩個 所述應變片三分別串接在交流電橋三的相鄰兩個橋臂中，且定值電阻R5和R6分別串接在 交流電橋三的另外兩個橋臂中，兩個所述應變片三間的連接點A3與電阻R5和R6間的連接 點B3分別接所述交流電橋三的供電電源Ui的電源正負端，兩個所述應變片三分別與電阻 R5和R6間的連接點C3和D3分別為所述交流電橋三的輸出電源U0的正負電源輸出端。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述水平向彈性 支架為由布設在同一水平面上的兩個彈性桿組成的“十”字形彈性元件，所述“十”字形彈 性元件的中部設置有供所述應變片一和所述應變片二安裝的水平向圓形托盤。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述固定元件的 數(shù)量為四個，四個固定元件的結構和尺寸均相同且分別對稱固定安裝在兩個所述彈性桿的 兩端部，四個固定元件的上表面高度高于彈性元件的上表面高度。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述固定元件為 由尼龍材料制成的擋板且所述擋板與所述彈性桿之間呈垂直布設。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述彈性元件為 由尼龍材料制成的彈性結構。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述水平向圓形 托盤上開有供連接敏感元件的導線穿過的出線孔。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述水平向彈性 支架與彈性立柱之間以螺紋連接方式進行連接，所述水平向彈性支架中部對應設置有供彈 性立柱安裝的螺孔且所述彈性立柱底部對應設置有外螺紋。
上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述彈性立柱的 頂部高出半球形保護套頂部Imm 2mm，且半球形保護套上部開有供彈性立柱穿出的立柱 孔。上述一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征是所述半球形保護 套的四周側開有四個安裝槽，且半球形保護套通過四個所述安裝槽固定安裝在兩個所述彈 性桿上，所述安裝槽的結構與所述彈性桿的結構相對應；所述半球形保護套的內腔分別上 下兩個腔體，其中上部腔體為半球形且下部腔體為圓柱形；所述半球形保護套為金屬質套 體，且所述注膠孔布設在所述金屬質套體中上部。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1、能夠承受施工過程中壓路機的碾壓揉搓破壞作用，也能夠承受浙青混合料高達 180°C的高溫作用，并且本發(fā)明的成活率達到90%以上。2、靈敏度高，抗噪聲能力強，即使只有3-5個微應變，本發(fā)明也能進行正常檢測且 檢測效果良好，能夠滿足野外道路結構動響應檢測要求。3、結構簡單，使用方便且價格便宜，靈敏度高，既能夠檢測浙青混合料面層的動力 響應，又能夠檢測半剛性基層的動力響應。4、采用電橋電路，結構簡單，易于加工。5、使用效果好，布設安裝方便，本發(fā)明為一種預埋式傳感器，能夠在道路施工時布 置在預設位置，既不影響道路正常施工，又能夠保證傳感器位置路面力學性能與其它位置 力學性能一致。6、性能全面且使用方便，為一種多維傳感器，能夠同時檢測浙青路面同一位置的 沿車輛行駛方向水平動應變、垂直車輛行駛方向的水平動應變和垂直路面方向的動應變， 較現(xiàn)有的單向應變傳感器，檢測項目更全面，可以更深入地研究浙青路面動態(tài)力學行為。7、本發(fā)明的檢測結果可以評價浙青路面抗疲勞性能和抗車轍性能，檢測得到的浙 青面層底部的水平拉應變可以用來評價浙青路面抗疲勞性能，檢測得到的基層頂部豎向壓 應變可以用來評價浙青路面抗車轍性能。8、本發(fā)明的檢測結果可以用來研究浙青路面內部剪切應力應變本發(fā)明能夠同時 檢測得到的車輛行駛方向的水平動應變、垂直車輛行駛方向的水平動應變和垂直路面方向 的動應變?yōu)闄z測位置浙青路面的三個互相垂直方向的主應變，根據(jù)彈性力學知識，可以推 斷三個面內的剪應變。9、檢測性能良好且工作性能穩(wěn)定、可靠，具體表現(xiàn)在以下幾個方面1)不影響路 面結構的力學性能將本傳感器放入浙青混凝土道路中后，能跟隨道路結構一起變形，屬于 強制變形；由于浙青混凝土本身為柔性材料，如果傳感器應變片外部所使用的彈性元件或 保護裝置剛度太大，則就增加了檢測位置的剛度，影響檢測精度，最終失去試驗的意義。本 發(fā)明中采用材料模量稍低于浙青混合料模量的材料制作彈性元件，能克服以上問題；2)整 體結構比較小，因而能滿足浙青路面的動力響應檢測需求；幻耐高溫路面施工時，浙青混 凝土材料溫度較高，尤其是改性浙青溫度常常達到180°C，高溫狀態(tài)不但會對埋入的傳感器 產生結構性破壞，而且對傳感器的力學性能也產生嚴重的破壞，因而浙青路面檢測時對傳 感器敏感元件、彈性元件以及硅膠和導線都提出一定的耐高溫要求，而本發(fā)明所使用的各 組件均具有耐高溫性能，因而能滿足高溫狀態(tài)下的動力響應檢測需求；4)能夠同時檢測浙青路面層間同一位置車輛行駛方向的水平動應變、垂直車輛行駛方向的水平動應變和垂直 路面方向的動應變，較現(xiàn)有的單向應變傳感器，檢測項目更全面，可以更深入地研究浙青路 面動態(tài)力學行為力)靈敏度高；6)采用兩個檢測單元既良好地完成溫度補償任務，又節(jié)約 儀器通道，是一種良好的動應變檢測方法。綜上所述，本發(fā)明結構簡單、體積小、成本低且耐高溫、檢測靈敏度高，能有效解決 現(xiàn)有浙青路面動力響應檢測過程中所存在的不能對浙青路面層間復雜應力應變狀態(tài)進行 準確、可靠檢測的實際問題。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明一個檢測單元的結構示意圖。圖2為圖1的A-A剖視圖。圖3為本發(fā)明半球形保護套的結構示意圖。圖4為圖3的A-A剖視圖。圖5為本發(fā)明水平向彈性支架與固定元件的使用狀態(tài)參考圖。圖6為圖5的A-A剖視圖。圖7為本發(fā)明彈性立柱的使用狀態(tài)參考圖。圖8為本發(fā)明兩個檢測單元的電路原理圖。附圖標記說明1-彈性元件；1-1-水平向彈性支架；2-固定元件；3-敏感元件；3-2-應變片二 ；3-3-應變片三；5-防水膠層；6-1-檢測單元一；7-注膠孔； 8-出線孔；10-立柱孔；11-螺孔；12-六角螺栓；13-頂端蓋。
具體實施例方式如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括一個或多個分別對被檢測浙青路面的動力響應進行 實時檢測的檢測單元，多個所述檢測單元的結構均相同。實際使用過程中，可以根據(jù)實際檢 測需要，相應在被檢測浙青路面內布設一個或多個檢測單元。所述檢測單元包括由彈性模量與浙青混凝土模量相近的材料制成且動力響應檢 測過程中能與被檢測路面浙青混合料協(xié)調變形的彈性元件1、安裝在彈性元件1中部且對 被檢測浙青路面的動力響應進行實時檢測的敏感元件3、用以保護敏感元件3不受浙青混 合料損害且能保證敏感元件3檢測位置處浙青混合料壓實度的半球形保護套4、密實填充 在半球形保護套4內部且對敏感元件3進行防水防潮保護的防水膠層5和多個分別固定安 裝在彈性元件1四周外側且動力響應檢測過程中能保證彈性元件1與被檢測路面浙青混合 料協(xié)調變形并防止檢測過程中彈性元件1的布設方向發(fā)生變動的固定元件2，所述半球形 保護套4由上至下扣裝在敏感元件3外側且其半球形保護套4固定安裝在彈性元件1中部
1-2-彈性立柱；
3-1-應變片一；
4-半球形保護套； 6-2-檢測單元二 ； 9-安裝槽；上方，所述半球形保護套4與彈性元件1之間形成一個上部開有注膠孔7且底部封閉的空 腔。所述彈性元件1包括水平向彈性支架1-1和豎直向布設在所述水平向彈性支架1-1中 部上方的彈性立柱1-2，所述彈性立柱1-2布設在半球形保護套4內側的正中部且其上部安 裝在半球形保護套4上。所述敏感元件3為由三個應變片組成，三個所述應變片分別為對 車輛行駛方向的動應變進行實時檢測的應變片一 3-1、對與所述車輛行駛方向相垂直的垂 直車輛行駛方向的動應變進行實時檢測的應變片二 3-2和對被檢測浙青路面所處地面相 垂直的地面垂直方向的動應變進行實時檢測的應變片三3-3，所述車輛行駛方向和所述垂 直車輛行駛方向分布在同一平面上。所述應變片一 3-1和所述應變片二 3-2均水平鋪貼在 所述水平向彈性支架1-1上，且所述應變片三3-3豎直向鋪貼在彈性立柱1-2的外側壁上。 本實施例中，所述應變片三3-3豎直向鋪貼在彈性立柱1-2的外側壁中部。結合圖8，本實施例中，本發(fā)明還包括六個定值電阻R1、R2、R 3、R4、R5和R6 ；所述 檢測單元的數(shù)量為兩個，兩個所述檢測單元分別為檢測單元一 6-1和檢測單元二 6-2且二 者組成一個能利用電橋和差特性實現(xiàn)動應變檢測過程中溫度補償?shù)膫鞲衅鹘M，六個定值電 阻Rl、R2、R3、R4、R5和R6分別與兩個所述檢測單元中的兩個敏感元件3組成三個交流電 橋，且三個所述交流電橋分別為交流電橋一、交流電橋二和交流電橋三；兩個所述檢測單元 均預埋在被檢測浙青路面內部，兩個所述檢測單元布設在同一條車輛輪跡正下方且二者之 間的間距為60m士 10m。本實施例中，兩個所述檢測單元之間的間距為60m，實際使用過程中可以根據(jù)具體 檢測路段，將兩個所述檢測單元之間的間距在60m士 IOm范圍內進行相應調整。兩個所述敏感元件3中的兩個所述應變片一 3-1分別串接在交流電橋一的相鄰兩 個橋臂中，且定值電阻Rl和R2分別串接在交流電橋一的另外兩個橋臂中，兩個所述應變片
一3-1間的連接點Al與電阻Rl和R2間的連接點Bl分別接所述交流電橋一的供電電源Ui 的電源正負端，兩個所述應變片一 3-1分別與電阻Rl和R2間的連接點Cl和Dl分別為所 述交流電橋一的輸出電源隊的正負電源輸出端；兩個所述敏感元件3中的兩個所述應變片
二3-2分別串接在交流電橋二的相鄰兩個橋臂中，且定值電阻R3和R4分別串接在交流電 橋二的另外兩個橋臂中，兩個所述應變片二 3-2間的連接點A2與電阻R3和R4間的連接點 B2分別接所述交流電橋二的供電電源Ui的電源正負端，兩個所述應變片二 3-2分別與電阻 R3和R4間的連接點C2和D2分別為所述交流電橋二的輸出電源U0的正負電源輸出端；兩 個所述敏感元件3中的兩個所述應變片三3-3分別串接在交流電橋三的相鄰兩個橋臂中， 且定值電阻R5和R6分別串接在交流電橋三的另外兩個橋臂中，兩個所述應變片三3-3間 的連接點A3與電阻R5和R6間的連接點B3分別接所述交流電橋三的供電電源Ui的電源 正負端，兩個所述應變片三3-3分別與電阻R5和R6間的連接點C3和D3分別為所述交流 電橋三的輸出電源U。的正負電源輸出端。結合圖5、圖6及圖7，本實施例中，所述水平向彈性支架1-1為由布設在同一水平 面上的兩個彈性桿組成的“十”字形彈性元件，所述“十”字形彈性元件的中部設置有供所 述應變片一 3-1和所述應變片二 3-2安裝的水平向圓形托盤。所述彈性元件1為由尼龍材 料制成的彈性結構，實際加工制作時，也可以選用其它彈性模量與浙青混凝土模量相近的 材料制作彈性元件1。所述水平向圓形托盤上開有供連接敏感元件3的導線穿過的出線孔 8，所布設的出線孔8能有效防止導線劃傷。
本實施例中，所述固定元件2的數(shù)量為四個，四個固定元件2的結構和尺寸均相同 且分別對稱固定安裝在兩個所述彈性桿的兩端部，四個固定元件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為由尼龍材料制成的擋板且所述擋板與所述彈性桿 之間呈垂直布設。實際加工制作時，也可以選用其它彈性模量與浙青混凝土模量相近的材 料制作固定元件2。本實施例中，實際進行布設安裝時，所述水平向彈性支架1-1與彈性立柱1-2之間 以螺紋連接方式進行連接，所述水平向彈性支架1-1中部對應設置有供彈性立柱1-2安裝 的螺孔11且所述彈性立柱1-2底部對應設置有外螺紋，彈性立柱1-2的底部通過六角螺栓 12進行固定且其頂部設置有頂端蓋13。所述彈性立柱1-2的頂部高出半球形保護套4頂 部Imm 2mm，且半球形保護套4上部開有供彈性立柱1_2穿出的立柱孔10。本實施例中，實際加工制作時，兩個所述彈性桿、所述水平向圓形托盤和四個固定 元件2加工制作為一體且均采用尼龍材料加工而成，且兩個所述彈性桿、所述水平向圓形 托盤和四個固定元件2加工組成一個十字形尼龍板(即水平向彈性支架1-1)。所述彈性立 柱1-2為由尼龍材料制成的尼龍立柱。結合圖3、圖4，本實施例中，所述半球形保護套4的四周側開有四個安裝槽9，且半 球形保護套4通過四個所述安裝槽9固定安裝在兩個所述彈性桿上，所述安裝槽9的結構 與所述彈性桿的結構相對應；所述半球形保護套4的內腔分別上下兩個腔體，其中上部腔 體為半球形且下部腔體為圓柱形。所述半球形保護套4為金屬質套體，且所述注膠孔7布 設在所述金屬質套體中上部。綜上，本實施例中，本發(fā)明的一個檢測單元主要由十字形尼龍板、半球形保護套4、 尼龍立柱和安裝在十字型尼龍板上的敏感元件3組成，敏感元件3中的三個應變片能夠同 時檢測沿車輛行駛方向、垂直車輛行駛方向和垂直地面方向的動應變。其中，所述半球形保護套4為金屬結構且其對安裝在十字型尼龍板上的應變花、 連接敏感元件3的導線及焊點起到保護作用；同時半球形保護套4的外表面為球形，其可以 使施工過程中浙青混合料沿半球形保護套4的球面流動，因而有效保證了敏感元件3檢測 位置處浙青混合料的壓實度，能確保本發(fā)明的檢測單元不影響路面的力學性能。另外，半球 形保護套4內部為半球形與圓柱形的結合(即其上部腔體為半球形且下部腔體為圓柱形)， 并且半球形保護套4的周側開設有4個安裝槽9，便于與十字形尼龍板配合安裝(具體是與 十字形尼龍板中的四個傳力桿間隙配合)，且能防止半球形保護套4發(fā)生轉動。同時，半球 形保護套4頂部設置有一注膠孔7，半球形保護套4與十字形尼龍板安裝好以后，從該注膠 孔7注入防水膠(具體為硅膠)，對敏感元件3起到防水防潮作用，防止敏感元件3受到水 侵害，便于本發(fā)明的長期使用。所述半球形保護套4上部中央開有供彈性立柱1-2穿出的 立柱孔10，加工時，彈性立柱1-2與立柱孔10之間過渡配合，使得半球形保護套4承受浙青 混合料對本發(fā)明的水平推擠作用，彈性立柱1-2僅僅承受浙青混合料對本發(fā)明的單向壓力 作用(具體是豎直方向)，從而消除了干擾信號的影響。所述十字形尼龍板為本發(fā)明的彈性敏感元件，起到傳遞路面動應變的作用，采用 尼龍材料制成，也可以采用其它彈性模量略微小于常溫下浙青混合料的彈性模量的材料制 成，所述十字形尼龍板能有效保證本發(fā)明能與浙青路面協(xié)調變形。所述十字形尼龍板呈十 字形，四周布設有四個擋板即固定元件2。實際使用時，所述十字形尼龍板與浙青混合料鑲嵌在一起，浙青混合料的變形強制所述十字形尼龍板發(fā)生相應變形，所述十字形尼龍板中 部設置有水平向圓形托盤，便于黏貼敏感元件3。所述彈性元件1上所布設固定元件2的作 用主要有兩個方面1)在施工過程中，起到定位作用，防止流動的浙青混合料的推移作用 使得本發(fā)明發(fā)生轉動；幻信號檢測時，與浙青混合料鑲嵌在一起，浙青混合料的變形強制 十字形尼龍板發(fā)生相應的變形，確保十字形尼龍板的應變與浙青混合料的應變相同。所述 十字形尼龍板中部所開設的螺孔11為安裝固定彈性立柱1-2的安裝孔，所述固定元件2的 上端部設置為圓弧倒角，且該圓弧倒角能提高路面施工過程中浙青混合料的流動性，既提 高本發(fā)明布設位置處路面結構的壓實度，又防止本發(fā)明被石子破壞。所述十字形尼龍板中部布設有敏感元件3，所述敏感元件3為本發(fā)明的敏感元件， 且其由3個應變片組成，三個所述應變片中布設在所述十字形尼龍板中部的應變片一 3-1 和應變片二 3-2分別對車輛行駛方向的動應變和與所述車輛行駛方向相垂直的垂直車輛 行駛方向的動應變進行實時檢測，布設在彈性立柱1_2(也是本發(fā)明的彈性敏感元件，采用 尼龍材料制成，彈性模量略微小于常溫下浙青混合料的彈性模量，保證了本發(fā)明與浙青路 面的協(xié)調變形)上的應變片三3-3被檢測浙青路面所處地面相垂直的地面垂直方向的動應 變(即被檢測浙青路面的豎向壓應變)進行實時檢測。本實施例中，實際使用時，采用兩個檢測單元且配合交流電橋電路使用，由于被檢 測浙青路面的結構為半無限體結構，而且浙青混合料為粘彈性材料，熱脹冷縮嚴重，因而進 行浙青路面動力響應試驗時，需要采用溫度補償技術消除溫度的影響，而目前常用的溫度 補償方法無法滿足該類項目的溫度補償需要。因此，溫度補償方法是該類試驗的關鍵技術之一。本實施例中，實際使用時，采用兩個檢測單元且配合交流電橋電路使用，由于被檢 測浙青路面的結構為半無限體結構，而且浙青混合料為粘彈性材料，熱脹冷縮嚴重，因而進 行浙青路面動力響應試驗時，需要采用溫度補償技術消除溫度的影響，而目前常用的溫度 補償方法無法滿足該類項目的溫度補償需要。因此，溫度補償方法是該類試驗的關鍵技術之一。本實施例中，在本發(fā)明使用時，根據(jù)研究浙青路面動力響應的需要，將兩個檢測單 元前后布置在同一條車輛輪跡下方且兩個檢測單元之間相距60m，以保證車輛的正常行駛 狀態(tài)，這樣，前一個檢測單元位于車輪載荷影響區(qū)時，后一個檢測單元所處位置由于車輛載 荷而產生的應變?yōu)? ；而后面一個檢測單元位于車輪載荷影響區(qū)時，前一個檢測單元所處 位置由于車輛載荷而產生的應變?yōu)?。實際使用時，由于前后兩個檢測單元布置在被檢測浙 青路面結構內的相同深度位置，因而能保證路面溫度變化時，兩個檢測單元感受到的溫度 應變相同，這樣將兩個檢測單元中用于檢測相同方向動應變的兩個應變片均接在一個交流 電橋的相鄰橋臂，利用電橋的和差特性，便能實現(xiàn)溫度補償。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 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，均仍屬于本發(fā)明技 術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征在于包括一個或多個分別 對被檢測浙青路面的動力響應進行實時檢測的檢測單元，多個所述檢測單元的結構均相 同；所述檢測單元包括由彈性模量與浙青混凝土模量相近的材料制成且動力響應檢測過 程中能與被檢測路面浙青混合料協(xié)調變形的彈性元件(1)、安裝在彈性元件(1)中部且對 被檢測浙青路面的動力響應進行實時檢測的敏感元件(3)、用以保護敏感元件C3)不受浙 青混合料損害且能保證敏感元件C3)檢測位置處浙青混合料壓實度的半球形保護套G)、 密實填充在半球形保護套內部且對敏感元件(3)進行防水防潮保護的防水膠層(5) 和多個分別固定安裝在彈性元件(1)四周外側且動力響應檢測過程中能保證彈性元件(1) 與被檢測路面浙青混合料協(xié)調變形并防止檢測過程中彈性元件(1)的布設方向發(fā)生變動 的固定元件O)，所述半球形保護套由上至下扣裝在敏感元件C3)外側且其半球形保 護套固定安裝在彈性元件(1)中部上方，所述半球形保護套(4)與彈性元件(1)之間 形成一個上部開有注膠孔(7)且底部封閉的空腔；所述彈性元件(1)包括水平向彈性支架 (1-1)和豎直向布設在所述水平向彈性支架(1-1)中部上方的彈性立柱(1-2)，所述彈性立 柱(1-2)布設在半球形保護套內側的正中部且其上部安裝在半球形保護套(4)上；所 述敏感元件C3)為由三個應變片組成，三個所述應變片分別為對車輛行駛方向的動應變進 行實時檢測的應變片一(3-1)、對與所述車輛行駛方向相垂直的垂直車輛行駛方向的動應 變進行實時檢測的應變片二(3- 和對被檢測浙青路面所處地面相垂直的地面垂直方向 的動應變進行實時檢測的應變片三(3-3)，所述車輛行駛方向和所述垂直車輛行駛方向分 布在同一平面上；所述應變片一(3-1)和所述應變片二(3- 均水平鋪貼在所述水平向彈 性支架(1-1)上，且所述應變片三(3- 豎直向鋪貼在彈性立柱(1- 的外側壁上。
2.按照權利要求1所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征在 于還包括六個定值電阻R1、R2、R3、R4、R5和R6 ；所述檢測單元的數(shù)量為兩個，兩個所述檢 測單元分別為檢測單元一(6-1)和檢測單元二(6- 且二者組成一個能利用電橋和差特性 實現(xiàn)動應變檢測過程中溫度補償?shù)膫鞲衅鹘M，六個定值電阻R1、R2、R3、R4、R5和R6分別與 兩個所述檢測單元中的兩個敏感元件C3)組成三個交流電橋，且三個所述交流電橋分別為 交流電橋一、交流電橋二和交流電橋三；兩個所述檢測單元均預埋在被檢測浙青路面內部， 兩個所述檢測單元布設在同一條車輛輪跡正下方且二者之間的間距為60m士 IOm ；兩個所述敏感元件(3)中的兩個所述應變片一(3-1)分別串接在交流電橋一的相鄰 兩個橋臂中，且定值電阻Rl和R2分別串接在交流電橋一的另外兩個橋臂中，兩個所述應變 片一(3-1)間的連接點Al與電阻Rl和R2間的連接點Bl分別接所述交流電橋一的供電電 源Ui的電源正負端，兩個所述應變片一(3-1)分別與電阻Rl和R2間的連接點Cl和Dl分 別為所述交流電橋一的輸出電源隊的正負電源輸出端；兩個所述敏感元件C3)中的兩個所 述應變片二(3- 分別串接在交流電橋二的相鄰兩個橋臂中，且定值電阻R 3和R4分別串 接在交流電橋二的另外兩個橋臂中，兩個所述應變片二(3-2)間的連接點A2與電阻R3和 R4間的連接點B2分別接所述交流電橋二的供電電源Ui的電源正負端，兩個所述應變片二 (3-2)分別與電阻R3和R4間的連接點C2和D2分別為所述交流電橋二的輸出電源U0的正 負電源輸出端；兩個所述敏感元件(3)中的兩個所述應變片三(3- 分別串接在交流電橋 三的相鄰兩個橋臂中，且定值電阻R5和R6分別串接在交流電橋三的另外兩個橋臂中，兩個所述應變片三(3- 間的連接點A3與電阻R5和R6間的連接點B3分別接所述交流電橋三 的供電電源Ui的電源正負端，兩個所述應變片三(3-3)分別與電阻R5和R6間的連接點C3 和D3分別為所述交流電橋三的輸出電源U0的正負電源輸出端。
3.按照權利要求1或2所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征 在于所述水平向彈性支架(1-1)為由布設在同一水平面上的兩個彈性桿組成的“十”字 形彈性元件，所述“十”字形彈性元件的中部設置有供所述應變片一(3-1)和所述應變片二 (3-2)安裝的水平向圓形托盤。
4.按照權利要求3所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征在 于所述固定元件(2)的數(shù)量為四個，四個固定元件(2)的結構和尺寸均相同且分別對稱固 定安裝在兩個所述彈性桿的兩端部，四個固定元件O)的上表面高度高于彈性元件(1)的 上表面高度。
5.按照權利要求4所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征在 于所述固定元件O)為由尼龍材料制成的擋板且所述擋板與所述彈性桿之間呈垂直布設。
6.按照權利要求5所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征在 于所述彈性元件(1)為由尼龍材料制成的彈性結構。
7.按照權利要求4所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征在 于所述水平向圓形托盤上開有供連接敏感元件(3)的導線穿過的出線孔(8)。
8.按照權利要求1或2所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征 在于所述水平向彈性支架(1-1)與彈性立柱(1- 之間以螺紋連接方式進行連接，所述水 平向彈性支架(1-1)中部對應設置有供彈性立柱(1- 安裝的螺孔(11)且所述彈性立柱 (1-2)底部對應設置有外螺紋。
9.按照權利要求1或2所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征 在于所述彈性立柱(1-2)的頂部高出半球形保護套(4)頂部Imm 2mm，且半球形保護套 (4)上部開有供彈性立柱(1-2)穿出的立柱孔(10)。
10.按照權利要求3所述的一種用于檢測浙青路面動力響應的多維傳感器，其特征在 于所述半球形保護套(4)的四周側開有四個安裝槽(9)，且半球形保護套(4)通過四個所 述安裝槽(9)固定安裝在兩個所述彈性桿上，所述安裝槽(9)的結構與所述彈性桿的結構 相對應；所述半球形保護套的內腔分別上下兩個腔體，其中上部腔體為半球形且下部 腔體為圓柱形；所述半球形保護套(4)為金屬質套體，且所述注膠孔(7)布設在所述金屬質 套體中上部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢測瀝青路面動力響應的多維傳感器，包括由彈性模量與瀝青混凝土模量相近的材料制成且與瀝青混合料協(xié)調變形的彈性元件、安裝在彈性元件中部且對瀝青路面層間動應變進行檢測的敏感元件、半球形保護套、密實填充在半球形保護套內的防水膠層和檢測過程中保證彈性元件與被檢測路面瀝青混合料協(xié)調變形并防止彈性元件方向發(fā)生變動的固定元件；敏感元件為由分別對車輛行駛方向水平向動應變、垂直車輛行駛方向水平向動應變和地面垂直方向動應變進行檢測的三個應變片組成。本發(fā)明結構簡單、體積小、成本低且耐高溫、檢測靈敏度高，能有效解決現(xiàn)如今不能對瀝青路面層間復雜應力應變狀態(tài)進行準確、可靠檢測的實際問題。
文檔編號G01B7/16GK102095363SQ20101057923
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權日2010年12月8日
發(fā)明者倪鳳英, 呂彭民, 董忠紅 申請人:長安大學