一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法技术方案

一种接触式碾压机集成压实声波检测系统，包括声发射传感器、工控机、数据采集仪以及GPS/BDS接收机等，碾压填筑层时，碾压层附近形成的声波场时域信号被竖直安装在与振动轮直接连接的支架上的声发射传感器接收，采样形成声波场数字信号；同时GPS/BDS接收机提供与碾压位置相关的空间信号，对采样的声波信号进行滤波、频谱分析，得到有效声信号谐波幅值，依据幅值比值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，结合GPS空间位置信息在机载显示器上呈现碾压区域时空压实度分布图，本发明专利技术具有精确、连续、实时、离散性小、成本低等特点，适合填筑料连续压实质量控制，通过压实度反馈控制碾压机作业参数易于实现智能连续压实功能。制碾压机作业参数易于实现智能连续压实功能。制碾压机作业参数易于实现智能连续压实功能。

【技术实现步骤摘要】
一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法


[0001]本专利技术属于填筑压实质量检测
，可用于填筑质量快速无损检测，特别涉及一种接触式碾压机集成压实声波检测系统与方法。

技术介绍

[0002]随着全球高速公路、铁路、机场、建筑物、桥、水库和大坝等的修建，越来越多的路基、坝基或坝体等填筑形式为土、沥青混合料、土石混合料或其他材料，而填筑材料的压实度是控制填筑料填筑质量的一个重要指标，它直接影响填筑体的强度和稳定性，影响填筑体的使用性能和使用寿命，因此国内外的研究者提出并研发了许多针对路基、坝基或坝体填筑料填筑质量的检测装备与技术。
[0003]检测装备与技术按照检测方式的不同，大致可以分为直接法、间接法。直接法包含灌砂法、环刀法、核子密度湿度仪法、电阻率测试法等，间接法包含机载压实度检测仪法、探地雷达法、瑞利波法、电磁法和冲击响应频谱法等。直接法为抽样检测法，只能反映某些点的压实状况，不能反映整个工作面的压实质量，且属于有损检测，对原路基、坝基、坝体或其他类型填筑体的扰动较大，此外，该方法的检测装备繁杂且笨重，检测流程多而繁复，导致直接法检测效率低、人力及经济费用高，无法满足工程机械化快速施工的要求，因此会严重制约施工进度，降低公路、铁路、机场和大坝等施工效率和工程经济性；间接法属于间接反映填筑料填筑质量的检测方法，检测精度低且检测装备昂贵，无法满足填筑质量(如公路路基路面填筑质量)的高标准要求，昂贵的检测设备且会大幅降低工程经济性，目前检测精度高、高效且适用于粒径分布范围较大填筑材料的间接检测方法还较为匮乏。综上所述，实际工程中需要一种检测精度高、实时高效、接触式的无损检测装备与技术。
[0004]目前，国内外对于填筑质量检测方面的研究，主要集中在路基填筑质量方面，相应的检测装备与技术已经在公路建造领域得到几十年的应用实践。在国外，相关研究主要集中于如何将RICM/IC技术应用于公路建造和选取RICM/IC 参数作为机械路面设计标准值。目前，可用来表征填筑体压实度的指标主要有 CMV、MDP、K
s
、E
vib
和THD等。基于压实度指标CMV、MDP、k
s
、E
vib
和 THD等的机载压实度检测技术通常被称为碾压机集成压实监控技术(RICM)，通过采集加速度、力/位移、机器净驱动功率、温度等信号，对采集到的信号进行分析处理，提出相应压实度指标，利用这些指标值来间接反映路面、路基或其他填筑体的压实程度的一种技术。随着技术的发展，如果基于RICM技术的填筑质量监控系统提供振动幅度、振动频率、碾压机速度的自动反馈控制，则它通常被称为智能压实(Intelligent Compaction,IC)。除了RICM/IC技术之外，其他技术也得到了一定的发展和应用。如Anbazhagan等尝试采用探地雷达技术对土的压实均匀性进行调查研究。Shangguan等提出了一个原创的利用GPR技术对沥青路面压实进行监测的方法。Beaucamp等利用一种步进频率雷达(SFR) 技术对HMA的压实度进行了无损检测和评估。Karray等利用MASW法对P
é
ribonka坝基的深层压实进行了评估研究。Donohue等利用地震面波法对土压实情况进行了检测。Fauchard等利用基于波传播的高频电磁法(EM)对HMA的压实度进行了确定。Chiang等
利用调查应力波传播速度检测回填土的压实度并评估其压实质量。Islam等利用电阻率测试法对土的压实度情况进行了检测。Moallemi
‑
Oreh等利用声学方法，对作物种植时土的压实度进行了估算研究。Cui 对受夯锤重量影响的动态孔隙压力和动态土压力进行了分析，提出了一个实时诊断路基压实状态的方法。
[0005]在国内，相关研究主要集中在表征压实效果的碾压机压实质量装置的开发和应用上。河北工业大学张润利等通过监测垂直方向的振动加速度来表征土层密实度，开发了振动压实度计量仪。居彩梅在国外压实计工作原理的基础上，分析了用于碾压机检测土壤压实度的车载式压实度检测仪的测量方法，并提出了采用小波变换检测振动信号中的奇异成分，设计出了一种碾压机的连续压实度检测仪。缪林昌和邱钰利用面波及面波的频谱分析(SASW)技术对地基土性进行了研究分析。李小勇和许金凯提出了用新型水囊式容积测定仪路基压实密度的检测方法。范云和汪英珍开展了填土压实质量检测及机载压实集成系统应用研究。黄声享等针对混凝土面板堆石坝施工特点，开发了面板堆石坝填筑质量的全球定位实时监控系统，实现了对碾压遍数、行车速度、压实厚度的监控。刘丽萍和王东耀开展了土石混合料压实质量控制方法研究。徐光辉等提出了以连续测试路基结构抗力变化信息为特色的动力学监控方法，开发了路基压实质量连续动态监控技术。李少波等提出了应用剪切波速评价土石混填路基孔隙率的新方法，提出以孔隙率为压实质量指标的控制标准。为了实现刚性路面面板脱空和路基压实质量的快速无损检测，刘会勋等提出了以瞬态锤击为特色的动态检测技术。沙爱民等采用自行研制的振动成型压实机，研究了大粒径碎石沥青混合料的振动压实方法。长安大学武雅丽、马学良、孙祖望等研究了基于能量平衡的振荡碾压机压实自动控制技术。于子忠和黄增刚开展了智能压实过程控制系统在水利水电工程中的试验性应用研究。吴斌平等提出了基于GPS和实时动态差分技术RTK的大坝浇筑碾压施工质量实时监控理论，并基于此理论开发了龙开口碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控系统。刘东海等以反映碾压机做功的坝料单位体积压实功(E)和碾轮振动加速度谐波失真量(THD0)作为堆石坝压实质量的实时监测指标，研制开发了堆石坝压实质量实时监测系统。钟登华等基于碾压机集成压实监控技术(RICM) 技术开发了土石坝实时碾压质量监控系统和碾压混凝土坝实时施工质量监控系统，应用碾压遍数、基于加速度谐波信号计算得到的压实度指标值表征压实质量，并通过多元回归模型，预测整个坝面或碾压施工区域的压实度情况。此外，张庆龙等提出了非接触式碾压机集成声波连续压实检测方法，并以声压实指标来反映土石坝坝体填筑料的实时压实度。
[0006]以上国内外最新的研究成果表明，目前国内外的填筑质量检测装备与技术主要缺点是在粒径分布范围较小的填筑料(GB/T50145
‑
2007规范中的细粒土和粗粒土)压实质量检测时数据离散性较大、在粒径分布范围较大的填筑料压实质量检测时检测精度较低，且各种技术的集成也是建立在人为操作为主体的基础上，碾压质量并不能得到有效保证，碾压精确性、材料均匀性、现场碾压施工高效性更得不到保障，此外，当前的各类型碾压施工质量监控系统结构复杂，硬件设备繁多，配套软件要求高且繁多，直接导致整个系统价格昂贵，大幅降低了工程经济性。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种接触式碾压机集成压
实声波检测系统与方法，对粒径范围分布较小或较大的填筑料压实质量检测与控制均较为适用，具有数据离散性小、检测精度高、高经济性等优点。作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，包括声发射传感器(1)、数据采集仪(2)、工控机(3)与GPS/BDS接收机(4)；所述声发射传感器(1)固设于固定支架(25)上，所述固定支架(25)与碾压机的振动轮直接连接；所述声发射传感器(1)用于获取碾压机碾压填筑层(13)时，碾压机机体金属介质传输的碾压层(12)附近形成的声波场时域信号；所述GPS/BDS接收机(4)用于获取与碾压位置相关的空间信号；所述数据采集仪(2)用于同步采集所述声波场时域信号及与碾压位置相关的空间信号，并传输至所述工控机(3)；所述工控机(3)对所述声波场时域信号进行滤波、频谱分析及对数化处理，得到有效声信号谐波幅值，依据谐波幅值与填筑料压实度的相关性，建立接触式声压实指标，计算出当前填筑碾压区域的实时压实度值；并结合碾压机的当前位置坐标，生成现场填筑碾压作业时的碾压区域时空压实度分布图。2.根据权利要求1所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述声发射传感器(1)通过传感器安装装置(22)安装于固定支架(25)上；声发射传感器(1)与传感器安装装置(22)之间进行紧密耦合接触处理。3.根据权利要求2所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述传感器安装装置(22)为内置式固定装置，一端固设于固定支架(25)上，另一端通过螺栓和压片固定声发射传感器(1)。4.根据权利要求2所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述传感器安装装置(22)为外置式固定装置，采用筒状结构，其筒底向下，开口端通过耳片固设于固定支架(25)上，声发射传感器(1)置于筒内，筒底设置弹簧(42)顶压声发射传感器(1)。5.根据权利要求1或2或3或4所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述固定支架(25)为碾压机振动马达或振动泵(23)与碾压机滚轴之间的连接支架。6.根据权利要求1所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述碾压机的振动轮的振动部分(10)与外机架(11)之间设置有隔震装置(36)。7.根据权利要求1所述接触式碾压机集成压实声波检测系统，其特征在于，所述工控机(3)还获取并显示包括行车速度、碾压遍数、碾压轨迹、当前碾压层高程信息在内的现场信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆龙，何亮，吴初平，伍华海，柳任，朱燕文，董金水，
申请(专利权)人：湖南省衡永高速公路建设开发有限公司湖南交通国际经济工程合作有限公司，
类型：发明
国别省市：