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耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置和方法制造方法及图纸

技术编号:17772662 阅读:74 留言:0更新日期:2018-04-22 00:40
本发明专利技术涉及大坝施工质量控制领域,为避免因碾压机振动频率f发生变化导致表征压实质量的误差,实现土石坝或碾压混凝土坝压实质量实时检测,为确保大坝施工质量提供有力保障。本发明专利技术,耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置,由碾振加速度传感器、GNSS定位模块、车载集成控制器模块、无线通讯模块和碾压机电源模块共5部分,碾振加速度传感器安装在碾压机振动轮上且不随振动轮转动的部位,在对坝料进行振动碾压时,实时采集碾轮竖直方向的振动加速度时域模拟信号,转换成时域数字信号,然后通过接口将一个采样周期内的加速度时域数字信号和对应的采样时间,传输到车载集成控制器模块中。本发明专利技术主要应用于施工质量控制场合。

【技术实现步骤摘要】
耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置和方法
本专利技术涉及大坝施工质量控制领域,尤其是涉及土石坝料或碾压混凝土坝料在振动碾压过程中压实质量的实时检测装置和检测方法。
技术介绍
国内一些碾压土石坝出现严重渗透破坏、坝体开裂等安全事故以及碾压混凝土坝出现层间结合不良问题的一个重要原因就是坝料的压实效果不佳。近年来,大坝压实质量实时监控技术的发展与应用推广[1-3],为大坝施工质量提供了先进的技术途径。目前国内外坝料压实质量实时检测中有一类指标是通过分析碾轮的振动性态——即碾轮振动加速度在压实过程中的畸变程度,来分析坝料的压实质量的。该类指标基于碾轮加速度的频域分析(简称碾轮加速度频域指标),如压实指标CCV(Caterpillarcompactionvalue)[4]、总谐波失真指标THD(TotalHarmonicDistortion)[5]和压实检测值CV(compactionvalue)[6]等。但是,经过土石坝压实质量现场试验研究,发现:当使用加速度畸变程度,即碾轮加速度频域指标来表征坝料的密实程度时,其大小会受到碾压机振动频率f的影响。为了验证振动频率f变化对压实检测值CV的影响,在某土石坝粉土坝料碾压过程中进行了试验对比。设计了一组对比试验:试验条带1在碾压过程中不断调整碾压机频率的大小,奇数遍为12.5Hz,偶数遍为15.0Hz;条带2作为试验对比条带,控制每一遍下碾压机振动频率不变(15.0Hz)。试验结果如图1所示,条带1的偶数遍CV值明显大于临近的奇数遍CV值,CV随碾压遍数n增加呈现波动;而条带2振动频率f保持不变,CV随碾压遍数n增加单调递增。所以说,振动频率f会影响碾轮加速度频域指标(如CV)。实际施工中,由于受油门大小、档位变动的影响,碾压机的振动频率不可避免地会发生改变。所以,若仅考虑加速度频域分析指标不能真实反映坝料压实质量。故本专利提出一种耦合碾轮振动加速度频域指标(碾轮加速度畸变程度)和振动频率f的坝料压实质量实时检测装置和方法是十分有必要的。参考文献:[1]马洪琪,钟登华,张宗亮.重大水利水电工程施工实时控制关键技术及其工程应用[J].中国工程科学,2011,13(12):20-27.[2]ZhongDenghua,LiuDonghai,CuiBo.Real-timecompactionqualitymonitoringofhighcorerockfilldam[J].ScienceChinaTechnologicalScience,2011,54(7):1906-1913.[3]刘东海,王爱国,柳育刚.基于碾轮振动性态分析的土石坝压实质量实时监测与评估[J].水利学报,2014,45(2):60-67.[4]PetersenD,SiekmeierJ.Intelligentsoilcompactiontechnology:Resultsandaroadmaptowardwidespreaduse[J].TransportationResearchRecord:JournaloftheTransportationResearchBoard,2006(1975):81-88.[5]RinehartRV,MooneyMA.Instrumentationofarollercompactortomonitorvibrationbehaviorduringearthworkcompaction[J].AutomationinConstruction,2008,17(2):144-150.[6]LiuDonghai,LinMin.Real—timequalitymonitoringandcontrolofhighwaycompaction[J].AutomationinConstruction,2016,114-123.[7]刘东海,连振宏,李子龙.土石坝碾压激振频率和激振力实时监控系统及监控方法[P].CN103850241A,2014-06-11。
技术实现思路
为克服现有技术的不足,本专利技术旨在提出一种耦合碾轮振动加速度频域指标和频率的坝料压实质量实时检测装置和方法,避免因碾压机振动频率f发生变化导致表征压实质量的误差,实现土石坝或碾压混凝土坝压实质量实时检测,为确保大坝施工质量提供有力保障。为此,本专利技术采用的技术方案是,耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置,由碾振加速度传感器、GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)定位模块、车载集成控制器模块、无线通讯模块和碾压机电源模块共5部分,碾振加速度传感器安装在碾压机振动轮上且不随振动轮转动的部位,在对坝料进行振动碾压时,实时采集碾轮竖直方向的振动加速度时域模拟信号,转换成时域数字信号,然后通过接口将一个采样周期内的加速度时域数字信号和对应的采样时间,传输到车载集成控制器模块中;GNSS定位模块包括卫星信号接收机、卫星天线和差分无线电天线,卫星天线安装在碾压机车顶上,用于接收卫星信号,确定碾压机当前位置,安装部分应尽量靠近碾轮中心点,差分无线电天线用于接收基站的差分信号,接收机作实时动态差分RTK(Real-timeKinematic);所述GNSS定位模块,用于获得任意时刻碾压机位置的坐标,并将该位置坐标与相应的采集时间传送到车载集成控制器模块中;车载集成控制器模块安装在碾压机驾驶室内,包括计算分析子模块和车载显示子模块。在计算分析子模块中,将实时采集的碾轮振动加速度时域数字信号经过快速傅里叶变换得到加速度的频谱数据,其中,基频即为碾压机实际输出的振动频率f;通过频谱数据中不同谐波分量幅值的比值来计算压实检测指标CV:式中,A2、A4分别是频谱图中一次谐波即基频和二次谐波的幅值即两倍基频;a为常数;然后,将当前采样时刻及计算得到的f和CV输入到预置在该子模块中的坝料压实质量与CV、f的关系模型中,实时计算当前时刻的坝料压实质量,根据当前采样时刻,对应采样的位置坐标,并将当前碾压机标识、当前采样时刻、对应的当前位置坐标,以及计算得到的当前位置的压实质量、CV、f传输到车载显示子模块;同时,将上述数据传送到无线通讯模块;碾压机电源模块将碾压机自身的电源电压转化成车载集成控制器模块所需要的电压,并根据GNSS定位模块、无线通讯模块及碾振加速度传感器所需的不同电压,经电源转化变压后再分别向各模块供电。在车载显示子模块中预置了坝区施工仓面电子地图,在车载显示屏中实时显示施工仓面电子地图,以及从计算分析子模块中传输过来的当前采样时刻、当前位置,以及相应的压实质量、CV和f,以供碾压机司机查看,以辅助其操作;同时,在车载显示屏中显示设定的标准压实质量值,以便司机来判断当前坝料是否达到标准压实情况,以实现对坝料压实质量的有效控制;无线通讯模块将车载集成控制器模块发送过来的当前碾压机标识、当前采样时刻、当前位置,以及相应的压实质量、CV和f等数据经3G/4G移动通讯网络,传送到远程数据库服务器中保存,以供后续应用。耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测方法,步骤如下:(1)事先通过试验条带建立压实质量与碾压机实际输出的振动频率f、压实检测指标CV的回归模型;(2)在车载集成控制器模块内输入压实质量的回归模型、设定的本文档来自技高网
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耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置和方法

【技术保护点】
一种耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置,其特征是,由碾振加速度传感器、GNSS(Global Navigation Satellite System)定位模块、车载集成控制器模块、无线通讯模块和碾压机电源模块共5部分,碾振加速度传感器安装在碾压机振动轮上且不随振动轮转动的部位,在对坝料进行振动碾压时,实时采集碾轮竖直方向的振动加速度时域模拟信号,转换成时域数字信号,然后通过接口将一个采样周期内的加速度时域数字信号和对应的采样时间,传输到车载集成控制器模块中;GNSS定位模块包括卫星信号接收机、卫星天线和差分无线电天线,卫星天线安装在碾压机车顶上,用于接收卫星信号,确定碾压机当前位置,安装部分应尽量靠近碾轮中心点,差分无线电天线用于接收基站的差分信号,接收机作实时动态差分RTK(Real‑time Kinematic);所述GNSS定位模块,用于获得任意时刻碾压机位置的坐标,并将该位置坐标与相应的采集时间传送到车载集成控制器模块中;车载集成控制器模块安装在碾压机驾驶室内,包括计算分析子模块和车载显示子模块。在计算分析子模块中,将实时采集的碾轮振动加速度时域数字信号经过快速傅里叶变换得到加速度的频谱数据,其中,基频即为碾压机实际输出的振动频率f;通过频谱数据中不同谐波分量幅值的比值来计算压实检测指标CV:...

【技术特征摘要】
1.一种耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置,其特征是,由碾振加速度传感器、GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)定位模块、车载集成控制器模块、无线通讯模块和碾压机电源模块共5部分,碾振加速度传感器安装在碾压机振动轮上且不随振动轮转动的部位,在对坝料进行振动碾压时,实时采集碾轮竖直方向的振动加速度时域模拟信号,转换成时域数字信号,然后通过接口将一个采样周期内的加速度时域数字信号和对应的采样时间,传输到车载集成控制器模块中;GNSS定位模块包括卫星信号接收机、卫星天线和差分无线电天线,卫星天线安装在碾压机车顶上,用于接收卫星信号,确定碾压机当前位置,安装部分应尽量靠近碾轮中心点,差分无线电天线用于接收基站的差分信号,接收机作实时动态差分RTK(Real-timeKinematic);所述GNSS定位模块,用于获得任意时刻碾压机位置的坐标,并将该位置坐标与相应的采集时间传送到车载集成控制器模块中;车载集成控制器模块安装在碾压机驾驶室内,包括计算分析子模块和车载显示子模块。在计算分析子模块中,将实时采集的碾轮振动加速度时域数字信号经过快速傅里叶变换得到加速度的频谱数据,其中,基频即为碾压机实际输出的振动频率f;通过频谱数据中不同谐波分量幅值的比值来计算压实检测指标CV:式中,A2、A4分别是频谱图中一次谐波即基频和二次谐波的幅值即两倍基频;a为常数;然后,将当前采样时刻及计算得到的f和CV输入到预置在该子模块中的坝料压实质量与CV、f的关系模型中,实时计算当前时刻的坝料压实质量,根据当前采样时刻,对应采样的位置坐标,并将当前碾压机标识、当前采样时刻、对应的当前位置坐标,以及计算得到的当前位置的压实质量、CV、f传输到车载显示子模块;同时,将上述数据传送到无线通讯模块;碾压机电源模块将碾压机自身的电源电压转化成车载集成控制器模块所需要的电压,并根据GNSS定位模块、无线通讯模块及碾振加速度传感器所需的不同电压,经电源转化变压后再分别向各模块供电。2.如权利要求1所述的耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测装置,其特征是,在车载显示子模块中预置了坝区施工仓面电子地图,在车载显示屏中实时显示施工仓面电子地图,以及从计算分析子模块中传输过来的当前采样时刻、当前位置,以及相应的压实质量、CV和f,以供碾压机司机查看,以辅助其操作;同时,在车载显示屏中显示设定的标准压实质量值,以便司机来判断当前坝料是否达到标准压实情况,以实现对坝料压实质量的有效控制;无线通讯模块将车载集成控制器模块发送过来的当前碾压机标识、当前采样时刻、当前位置,以及相应的压实质量、CV和f等数据经3G/4G移动通讯网络,传送到远程数据库服务器中保存,以供后续应用。3.一种耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测方法,其特征是,耦合碾轮振动坝料压实质量实时检测方法,步骤如下:(1)事先通过试验条带建立压实质量与碾压机实际输出的振动频率f、压实检测指标CV的回归模型;(2)在车载集成控制器模块内输入压实质量的回归模型、设定的压实质量控制标准,以及要检测的坝区施工仓面的属性信息和坝区施...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘东海高雷梁健羽
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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