自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统与方法技术方案

本发明专利技术提供了一种自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统与方法，包括：能量收集装置，用于将接收的机械能转换为电能并收集所述电能；发射装置，用于发射应力波，所述应力波通过所述能量收集装置收集的电能转换得到；接收装置，用于接收横向经过道路后的应力波，接收装置具有关于所述发射装置的预定空间关系计算装置，用于对比接收的应力波和发射的应力波之间的差异，判断道路中是否存在裂缝及裂缝的大小；若存在裂缝且为严重裂缝时，通过接收应力波的幅值和发射应力波的幅值采用预定线性相关性来计算裂缝分别与发射装置和接收装置之间的距离，即可定位裂缝位置。本发明专利技术能够自供电、全方位、长期的对沥青混凝土道路内部裂缝进行监测与定位。

Monitoring and positioning system and method of self powered asphalt pavement internal crack

The invention provides a self powered asphalt road internal crack monitoring and positioning system and method, including an energy collection device for converting received mechanical energy into electrical energy and collecting the electrical energy; a transmitting device is used for transmitting stress waves, and the stress wave is converted to electrical energy collected by the energy collection device. The receiving device is used to receive stress waves after crossing the road. The receiving device has a predetermined space relation calculation device on the transmitting device, which is used to compare the differences between the received stress waves and the transmitted stress waves, to determine whether there is a crack and crack in the road if there is a crack and a serious crack. The crack position can be located by receiving the predetermined linear correlation by receiving the amplitude of the stress wave and the amplitude of the emission stress wave to calculate the distance between the fracture and the transmitting device and the receiving device. The invention can monitor and locate the internal cracks in the asphalt concrete road from the power supply, omnibearing and long-term.

【技术实现步骤摘要】
自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统与方法
本专利技术属于沥青混凝土道路结构健康监测
，具体涉及一种自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统与方法。
技术介绍
道路作为至关重要的基础设施，对国民的生产、生活以及国家的经济增长与发展起着重要的作用。近些年随着我国经济的快速发展，运输需求的持续增长，既为道路工程建设事业的发展提供了难得的机遇，同时也对其提出了更高的要求，随着道路基础设施的不断建设和完善，后期道路的养护和结构健康监测工作尤为重要。由于受到多种荷载和各种自然因素的共同影响，沥青混凝土路从铺设开始就面临着结构健康问题。随着使用年限的增加，沥青路内部会产生微小裂缝损伤，而这些内部裂缝是我们肉眼无法观察到的，随着时间的推移和路面荷载的不断碾压下，裂缝会不断地积累发展，造成沥青混凝土路结构抗力的衰减，最终导致整个结构的破坏。这种情况时有发生，并且对人们的人身财产安全构成严重的威胁。因此，有必要建立一个长期、有效的裂缝监测系统，对沥青混凝土结构裂缝的产生和变化规律进行监测。目前，常用的结构损伤检测技术有很多，例如超声检测技术、声发射检测技术和光纤健康检测技术等。超声波检测技术虽然能够检测混凝土的强度和缺陷，但是获取得到的是结构体某些孤立时段的瞬时状态，在每次进行测量时，监测部位等的选择由人主观决定，这样监测结果的准确度和可信度受到影响。声发射检测技术是利用检测混凝土结构发生变化时结构本身所产生的应力波的被动监测，该检测技术更适合动态或短期监测。光纤检测技术是将光纤埋入混凝土结构后，光纤周围混凝土受到外部载荷或温度变化的时候，引起光纤变形，导致通过光纤的光强、相位、波长发生改变，但是光纤质地较脆，容易断裂，对测试环境要求比较严格，同时整个监测系统的价格比较昂贵。大多数道路裂缝检测都是对道路表面的裂缝进行检测，内部裂缝检测很少涉及。利用应力波检测结构体内部裂缝已有应用，但大多数是对于混凝土结构如构筑物、桥梁和混凝土路等，而对于沥青混凝土路内部裂缝检测还没有涉及到。因此，研制一种低成本、寿命长、长期实时有效的的沥青路内部裂缝检测系统十分必要。而如果监测设备使用电池供电时，电池电量会随着使用时间的增加和自身电量的流失，只能短时间供电，而监测系统需要埋入沥青路内，这与长期监测目的相互矛盾，所以有必要研发一种可以自发电的系统，这样可也保障监测系统的长期使用。当检测到沥青路结构存在裂缝或异常时，我们需要对其进行精确定位分析，这样可以确保在第一时间可以对破损沥青路记性道路养护和及时抢修，节约更多的人力物力成本，最大程度降低损失。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统与方法，能够自供电、全方位、长期的对沥青混凝土道路内部裂缝进行监测与定位。为了实现上述技术效果，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种自供电式沥青路内部裂缝监测方法，包括以下步骤：发射应力波；接收应力波，所述接收应力波为发射应力波穿过沥青路内部后所接收到的应力波；计算发射应力波和接收应力波的幅值；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的80％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的20％，则存在微型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的60％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的40％，则存在中型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的30％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的70％，则存在严重裂缝。本专利技术还提供了一种自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统，包括：能量收集装置，用于将接收的机械能转换为电能并收集所述电能；发射装置，用于发射应力波，所述应力波通过所述能量收集装置收集的电能转换得到；接收装置，用于接收横向经过道路后的应力波，所述接收装置具有关于所述发射装置的预定空间关系；计算装置，用于对比接收的应力波和发射的应力波之间的差异，通过本专利技术提供的方法判断道路中是否存在裂缝及裂缝的大小；若存在裂缝且为严重裂缝时，通过接收应力波的幅值和发射应力波的幅值采用预定线性相关性来计算裂缝分别与发射装置和接收装置之间的距离，即可定位裂缝位置。进一步地，所述应力波为正弦波。进一步地，所述能量收集装置包括第一能量收集装置和第二能量收集装置，且第一能量收集装置和第二能量收集装置对称设置在道路的两侧，其中发射装置与第一能量收集装置设置在道路的一侧，接收装置和第二能量收集装置设置在道路的另一侧。进一步地，所述计算装置中对比接收的应力波和发射的应力波之间的差异，判断道路中是否存在裂缝及裂缝的大小，包括：若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的80％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的20％，则存在微型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的60％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的40％，则存在中型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的30％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的70％，则存在严重裂缝。进一步地，若存在裂缝且为严重裂缝时，通过接收应力波的幅值和发射应力波的幅值采用预定线性相关性来计算裂缝分别与发射装置和接收装置之间的距离，包括：所述接收装置包括第一接收装置和第二接收装置，所述第一接收装置与发射装置对称设置在道路的两侧，所述第二接收装置与发射装置设置在道路的同侧；设第一接收装置和发射装置之间的中线为A，第二接收装置和发射装置之间的中线为B；通过式(1)、(2)分别计算裂缝距离中线A和中线B的距离LA和LB：其中，a1、a2为发射装置应力波的幅值，b1为第一接收装置接收到应力波的幅值，b2为第二接收装置接收到应力波的幅值；根据裂缝距离中线A和中线B的距离LA和LB，定位裂缝的位置。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术通过埋设于沥青路面下的能量收集装置收集路面荷载对道路碾压所产生的机械能转换为电能；收集到的电能用来驱动沥青路内部裂缝检测装置中正弦波发生芯片，芯片连接压电陶瓷应力波发生器，产生的应力波通过沥青混凝土介质传播到接收装置，得到相应接收波形数据；用无线数据传输模块将裂缝监测装置采集到的信号传输到外部数据处理系统中，经数据处理与分析得到沥青路内部结构健康情况；如若判定该沥青路内存在裂缝，则通过具体分析裂缝周围不同传感器所接收信号可得到裂缝具体位置信息，从而能够自供电、全方位、长期的对沥青混凝土路内部裂缝进行监测与定位，不仅成本低、效率高，而且可以全方位掌控整个道路结构健康状况。附图说明图1是本专利技术的整体流程图。图2是本专利技术的结构示意图。图3是本专利技术中应力波发射、接收及传输的流程图。图4为一实施例下的示意图，其中(a)为健康沥青路时接收到的信号；(b)为存在微型裂缝时接收到的信号；(c)为存在中型裂缝时接收到的信号；(d)为存在严重裂缝时接收到的信号；图5为一实施例下的结构示意图；图6为一实施例下接收信号的波形图，其中(a)为幅值为0.85时接收到的信号图；(b)为幅值为0.85时接收到的信号图；(c)为幅值为0.68时接收到的信号图；(d)为幅值为1.02时接收到的信号图。以下结合附图对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自供电式沥青路内部裂缝监测方法，其特征在于，包括以下步骤：发射应力波；接收应力波，所述接收应力波为发射应力波穿过沥青路内部后所接收到的应力波；计算发射应力波和接收应力波的幅值；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的80％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的20％，则存在微型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的60％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的40％，则存在中型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的30％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的70％，则存在严重裂缝。

【技术特征摘要】
1.一种自供电式沥青路内部裂缝监测方法，其特征在于，包括以下步骤：发射应力波；接收应力波，所述接收应力波为发射应力波穿过沥青路内部后所接收到的应力波；计算发射应力波和接收应力波的幅值；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的80％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的20％，则存在微型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的60％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的40％，则存在中型裂缝；若接收应力波的幅值低于发射应力波幅值的30％或接收应力波的时间晚于发射应力波时间的70％，则存在严重裂缝。2.一种自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统，其特征在于，包括：能量收集装置，用于将接收的机械能转换为电能并收集所述电能；发射装置，用于发射应力波，所述应力波通过所述能量收集装置收集的电能转换得到；接收装置，用于接收横向经过道路后的应力波，所述接收装置具有关于所述发射装置的预定空间关系；计算装置，用于对比接收的应力波和发射的应力波之间的差异，通过权利要求1所述的方法判断道路中是否存在裂缝及裂缝的大小；若存在裂缝且为严重裂缝时，通过接收应力波的幅值和发射应力波的幅值采用预定线性相关性来计算裂缝分别与发射装置和接收装置之间的距离，即可定位裂缝位置。3.如权利要求2所述的自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统，其特征在于，所述应力波为正弦波。4.如权利要求2所述的自供电式沥青路内部裂缝监测与定位系统，其特征在于，所述能量收集装置包括第一能量收集装置和第二能量收集装置，且第一能量收集装...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖剑，翟英博，纪小平，刘玉，邱彦章，邹详，李鹏飞，张宇飞，黄玲璘，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61