本发明专利技术属于土石坝施工质量控制领域，为提供一种新的土石坝料和沥青混凝土心墙坝料的压实质量实时监测装置，可提高被压坝料压实质量评估的精度，提高沥青心墙土石坝施工中两种坝料共存时施工质量控制的便捷性，有助于确保高土石坝的施工质量。为此，本发明专利技术采用的技术方案是，碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置，包括六个部分，分别为坝料刚度监测模块、定位模块、控制器单元、电源模块、车载跳频组网网际协议IP(Internet Protocol)通信模块和远端跳频组网IP通信模块。本发明专利技术主要应用于土石坝施工质量控制场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土石坝施工质量控制领域，尤其是涉及土石坝料和沥青混凝土心墙坝料在振动碾压过程中压实质量(坝料刚度)的实时监测。具体讲，涉及碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置。
技术介绍
有效控制高土石坝的土石坝料、沥青混凝土心墙坝料的碾压质量是确保大坝施工质量的关键。根据现行土石坝施工规范，强调“以碾压过程控制为主，并按抽检的方式检测压实质量”[1][2]。为克服常规土石坝碾压质量控制手段受人为因素干扰大、管理较粗放而难以确保施工质量、用有限的试坑检测去反映整个工作面的碾压质量而往往会存在较大误差，以及会对工作面施工作业带来干扰等问题，钟登华等[3-5]提出了土石坝填筑碾压质量实时监控技术，实现了碾压过程中对行车速度、碾压遍数、激振力状态、压实厚度的实时监控，对确保土石坝压实质量控制起到重要作用。但该技术仅是施工过程中碾压参数的实时监测，并不能直接反映碾压过程中坝料的压实质量(如密度、孔隙率、压实度或刚度等)。在此基础上，刘东海等[6-8]提出了土石坝料压实质量实时监控指标CV(Compaction Value，压实值)和THD(Total Harmonic Distortion，总谐波失真)，建立了CV、THD与土石坝料压实质量之间的相关关系，可用于实时评估土石坝料的压实质量，具有较好的效果。但是，基于碾轮振动加速度频谱分析的CV和THD指标也不是直接量测被压坝料的压实质量，而是通过被压料不同密实状态对碾轮的振动响应不同，来建立这些指标与压实质量的关系，从而间接地评估被压坝料的压实质量。上述研究的弊端在于：基于碾轮振动加速度频谱分析的指标易于受到下垫面坝料差异的影响，尤其是当前碾压层厚较薄时，检测到的频谱分析图表现的并不是实际坝料的压实情况，容易出现异常值。同时，尚无证据表明，CV与THD指标能适用于沥青混凝土心墙坝料。这对于沥青心墙堆石坝施工中同时涉及土石坝料和沥青混凝土心墙坝料的质量控制，采用CV或THD指标进行压实质量监控带来不便。在公路施工领域，国外碾压机生产厂商，如AMMANN公司，利用振动轮与地面的相互作用关系，开发了路基土料刚度指标KB及相关装置[9-11]，可实现碾压机司机实时查看当前施工路段的压实情况。但是，由于路基料与土石坝料、沥青混凝土心墙坝料的料性不同，该指标并不能直接适用于这两种坝料；而且该装置只能供车载端司机使用，无法供工程参建各方的远程控制，从而不能实现适合中国国情的“司机-承包商-监理-业主”一体化控制模式。因此，有必要研制一种能直接监测被压坝料的压实状态、且能同时适用于土石坝料和沥青混凝土心墙坝料的压实质量实时监测装置。在本专利技术中将采用坝料刚度来直接表征土石坝料和沥青混凝土坝料的压实质量。参考文献：[1]中华人民共和国行业标准.混凝土面板堆石坝施工规范,DL/5128-2009[S].北京:中国电力出版社,2009。[2]中华人民共和国行业标准。碾压式土石坝施工规范,DL/5129-2001[S]。北京:中国电力出版社,2001。[3]钟登华，刘东海，崔博。高心墙堆石坝碾压质量实时监控技术及应用[J]。中国科学：科学技术，2011，41(8):1028-1034。[4]钟登华，刘东海，张社荣等。心墙堆石坝施工质量实时监控方法[P]，专利技术专利ZL200910069245.9,2010。[5]钟登华，刘磊，刘东海等。心墙堆石坝碾压过程信息自动采集装置[P]，专利技术专利ZL200910069167.2,2010。[6]刘东海，王光烽.实时监控下土石坝碾压质量全工作面评估[J].水利学报，2010，41(6)：720-726.[7]Liu Donghai,Sun Jing,ZhongDenghua,et al.Compaction Quality Control of Earth-Rock Dam Construction Using Real-Time Field Operation Data[J].Journal of Construction Engineering and Management,ASCE,2012,138(9):1085-1094。[8]Liu D H,Li Z L,Lian Z H.Compaction quality assessment of earth-rock dam materials using roller-integrated compaction monitoring technology[J].Automation in Construction,2014,44:234-246。[9]Anderegg R,Kaufmann K.Intelligent compaction with vibratory rollers:Feedback control systems in automatic compaction and compaction control[J].Transportation Research Record:Journal of the Transportation Research Board,2004(1868):124-134。[10]A J,Pettersson C B.Intelligent systems for QA/QC in soil compaction[A].Proc.,83rd Annual Transportation Research Board Meeting[C].Washington,D.C.2004:11-14。[11]Kaufmann K,Anderegg R.3D-construction applications III:GPS-based compaction technology[A].Proc.,1st Int.Conf.on Machine Control&Guidance[C].Switzerland,ETH Zurich,2008,1-10。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种新的土石坝料和沥青混凝土心墙坝料的压实质量实时监测装置，可提高被压坝料压实质量评估的精度，提高沥青心墙土石坝施工中两种坝料共存时施工质量控制的便捷性，有助于确保高土石坝的施工质量。为此，本专利技术采用的技术方案是，碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置，包括六个部分，分别为坝料刚度监测模块、定位模块、控制器单元、电源模块、车载跳频组网网际协议IP(Internet Protocol)通信模块和远端跳频组网IP通信模块；坝料刚度监测模块包含加速度传感器和单片机，封装后安装于碾压机振动轮的中心轴且不随振动轮滚动处；坝料刚度监测模块将由传感器采集及单片机计算得到的坝料刚度指标kstiff、碾压机碾轮振动基频及当前采样时间，通过相应接口传输给控制器单元；定位模块包括接收机、卫星天线和差分无线电天线，卫星天线安装在碾压机上，用以确定碾压机的位置，安装位置应尽量靠近碾轮中心点；差分无线电天线实时接收差分信号，用于接收机作实时动态差分(Real-time Kinematic，RTK)；定位模块用于实时获得碾压机位置坐标，并将当前采样时间及相应的碾本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置，其特征是，包括六个部分，分别为坝料刚度监测模块、定位模块、控制器单元、电源模块、车载跳频组网网际协议IP(Internet Protocol)通信模块和远端跳频组网IP通信模块；坝料刚度监测模块包含加速度传感器和单片机，封装后安装于碾压机振动轮的中心轴且不随振动轮滚动处；坝料刚度监测模块将由传感器采集及单片机计算得到的坝料刚度指标kstiff、碾压机碾轮振动基频及当前采样时间，通过相应接口传输给控制器单元；定位模块包括接收机、卫星天线和差分无线电天线，卫星天线安装在碾压机上，用以确定碾压机的位置，安装位置应尽量靠近碾轮中心点；差分无线电天线实时接收差分信号，用于接收机作实时动态差分(Real‑time Kinematic，RTK)；定位模块用于实时获得碾压机位置坐标，并将当前采样时间及相应的碾压机位置坐标传送到控制器单元；控制器单元接收坝料刚度监测模块发送的坝料刚度指标kstiff、碾轮振动基频及当前采样时间，同步接收定位模块发送的碾压机位置坐标及其采样时间；然后根据相同的采样时间，将两组数据进行匹配；接着将当前采样时间、坝料刚度指标kstiff、碾轮振动基频和碾压机位置坐标数据打包成IP数据包后通过相应接口，传输给车载跳频组网IP通信模块；同时，控制器单元接收到电源模块供电后，经电源转化模块，分别通过相应的电源接口，根据各模块所需的不同电压，分别控制电源模块向坝料刚度监测模块、定位模块和车载跳频组网IP通信模块供电；车载跳频组网IP通信模块将控制器单元打包发送的IP数据包，包括当前采样时间、坝料刚度指标kstiff、基频和碾压机位置坐标，将该IP数据包调制解调成无线电信号，经UHF(Ultra High Frequency，高频无线电波)天线与远端跳频组网IP通信模块进行通信，将上述IP数据包发送到远端跳频组网IP通信模块中；远端跳频组网IP通信模块按照车载跳频组网IP通信模块预定的离散变化规律进行跳频通信，经UHF天线接收车载跳频组网IP通信模块发送的无线电信号，然后调制解调成IP数据包，并经Internet网络将数据发送到远程服务器数据库中。...
【技术特征摘要】
1.一种碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置，其特征是，包括六个部分，分别为坝料刚度监测模块、定位模块、控制器单元、电源模块、车载跳频组网网际协议IP(Internet Protocol)通信模块和远端跳频组网IP通信模块；坝料刚度监测模块包含加速度传感器和单片机，封装后安装于碾压机振动轮的中心轴且不随振动轮滚动处；坝料刚度监测模块将由传感器采集及单片机计算得到的坝料刚度指标kstiff、碾压机碾轮振动基频及当前采样时间，通过相应接口传输给控制器单元；定位模块包括接收机、卫星天线和差分无线电天线，卫星天线安装在碾压机上，用以确定碾压机的位置，安装位置应尽量靠近碾轮中心点；差分无线电天线实时接收差分信号，用于接收机作实时动态差分(Real-time Kinematic，RTK)；定位模块用于实时获得碾压机位置坐标，并将当前采样时间及相应的碾压机位置坐标传送到控制器单元；控制器单元接收坝料刚度监测模块发送的坝料刚度指标kstiff、碾轮振动基频及当前采样时间，同步接收定位模块发送的碾压机位置坐标及其采样时间；然后根据相同的采样时间，将两组数据进行匹配；接着将当前采样时间、坝料刚度指标kstiff、碾轮振动基频和碾压机位置坐标数据打包成IP数据包后通过相应接口，传输给车载跳频组网IP通信模块；同时，控制器单元接收到电源模块供电后，经电源转化模块，分别通过相应的电源接口，根据各模块所需的不同电压，分别控制电源模块向坝料刚度监测模块、定位模块和车载跳频组网IP通信模块供电；车载跳频组网IP通信模块将控制器单元打包发送的IP数据包，包括当前采样时间、坝料刚度指标kstiff、基频和碾压机位置坐标，将该IP数据包调制解调成无线电信号，经UHF(Ultra High Frequency，高频无线电波)天线与远端跳频组网IP通信模块进行通信，将上述IP数据包发送到远端跳频组网IP通信模块中；远端跳频组网IP通信模块按照车载跳频组网IP通信模块预定的离散变化规律进行跳频通信，经UHF天线接收车载跳频组网IP通信模块发送的无线电信号，然后调制解调成IP数据包，并经Internet网络将数据发送到远程服务器数据库中。2.如权利要求1所述的碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置，其特征是，其中车载跳频组网IP通信模块具有多个通信频率，采用数字信号处理DSP(digital signal processor)进行频率转换，与远端跳频组网IP通信模块进行跳频通信。3.如权利要求1所述的碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置，其特征是，坝料刚度监测模块中，加速度传感器实时采集振动轮的加速度模拟信号，经信号模数转换成时域数字信号，并将时域数字信号传输给单片机，单片机将加速度时域数字信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，得到振动轮加速度的频域数字信号；接着，对加速度频域数字信号进行积分，得到该采集时间间隔内的碾轮振动的位移，进而利用式(1)，实时计算该采集时间内被压坝料的刚度指标： k s t i f f = m d ...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘东海，林敏，刘磊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。