基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于振动轮实际振幅的铁路路基压实质量连续检测系统与方法，属于土木工程建设领域。本发明专利技术通过检测振动轮竖向振动加速度信号，通过加速度频域二次积分得到振动轮实际振幅，通过建立实际振幅与土体常规质量检测指标的关系确定振幅控制值。振动压实过程中通过卫星定位装备实时定位压路机三维空间位置，形成全碾压面的实际振幅分布图，通过与振幅控制值比较，判断碾压面压实程度合格率是否达标，指导压路机碾压施工。本发明专利技术提出的基于振动轮实际振幅的压实质量连续检测方法，适用于各类土体振动压实过程的压实质量连续检测与评估。测与评估。测与评估。

【技术实现步骤摘要】
基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统与方法


[0001]本专利技术涉及一种连续检测系统与方法，尤其是涉及一种基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统与方法。

技术介绍

[0002]路基是铁路工程的重要组成部分，对线路安全运营至关重要，在路基填筑施工过程中需要对填料压实质量严格控制。传统的压实质量控制手段主要采用人工抽样方法检测压实后填料的压实系数K、地基系数K
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或动态变形模量E
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，无法对整个工作面的压实质量进行全面评估，且检测效率较低。
[0003]上世纪70年代，Thuner等发现振动轮振动加速度的频谱成分与被压填料的压实状态有关，提出压实质量连续检测指标压实计值（Compaction Meter Value，CMV）用于压实质量评价，实现压实质量的连续检测，此后学者基于谐波原理提出或改进了不同的压实质量连续检测指标，如总谐波失真量（Total Harmonic Distortion，THD）、压实控制值（Compaction Control Value，CCV）、共振计值（Resonance Meter Value，RMV）、压实值（Compaction Value, CV）等，如中国专利申请,其申请号：CN202011327720，公开号：CN112613092 A公开一种基于CMV的路基压实度空间分布的预测方法，所述方法主要包括：提取所述振动压路机在振动过程中采集的所述竖向加速度信号，利用公式计算所述振动轮的竖向加速度信号CMV，利用约束随机场模型预测路基土体压实度的空间分布特征。以上指标在公路细粒土应用效果较好，但铁路路基采用A/B组粗粒土填料，实际碾压过程中发现，振动轮加速度频域成分复杂，可能出现半次谐波，频域类指标效果较差。一些学者提出采用加速度时域信号进行压实质量连续检测， 如中国专利，其申请号：CN201711480418，公开号：CN108197382 A公开了一种评估路基压实度的方法及装置，该方法主要包括：确定碾压轮在碾压设定路段时碾压地面的平均加速度值；根据所述平均加速度值和所述设定路段的碾压遍数评估所述设定路段的压实度。但加速度幅值受高频噪声影响较大，因此该方法检测精度较低。此外，还有学者提出基于MDP、VCV、SCV等指标的压实质量连续检测技术；申请号：CN2019111056253，公开号：CN110939043 A公开一种土石混填路基压实质量快速检测方法，包括：在进行土石混填路基连续压实工作的同时，对压实路径上的路基碾压质量进行连续检测并收集检测信息；根据所述检测信息计算每次碾压遍数的振动压实值VCV的平均值；比较最后两遍碾压测得的VCV平均值的差值，当差值满足预设值要求，则压实质量满足要求。但该类方法需要的检测设备较为昂贵，指标计算方法较复杂，且属于间接指标反映土体压实状态，检测精度较低。
[0004]基于此，有必要提出一种适用于铁路路基填料、高精度、实时、方便易测量的压实质量连续检测新指标，并建立相应检测方法与检测系统。

技术实现思路

[0005]振幅是反映动力系统特性的重要参数，是振动强度和能量水平的标志，在振动压路机
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土动力系统中，振动轮振幅随土体刚度增大而增大，基于此，针对现有技术的上述不足，本专利技术提出了一种铁路路基压实质量连续检测新指标—振动轮实际振幅，并建立了压实质量连续检测系统与方法。
[0006]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统，包括振动轮振动检测子系统、车载数据处理器和卫星定位子系统，其特征为：所述振动轮振动检测系统实时检测振动轮的竖向振动加速度，其竖向振动加速度信号传输到车载数据处理器中；所述车载数据处理器通过加速度频域二次积分，进而计算土体压实质量连续检测指标实际振幅A；所述卫星定位子系统实时检测压路机位置信息并传输到车载数据处理器，所述车载数据处理器将采集的位置信息与对应的存储位置信息匹配，确定碾压面上每个检测单元的实际振幅，并与常规质量控制值确定的振幅控制值[A]相比较，当检测实际振幅A小于[A]时，认为路基压实质量符合要求，当碾压面的压实质量合格率大于等于95%时，停止碾压作业。
[0007]本专利技术还公开一种基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测方法，包括上述的于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统，其特征为：所述的振幅控制值[A]，为判断土体压实质量是否合格的阈值，其值可以通过现场碾压试验，建立实际振幅与土体常规质量检测指标的相关关系，根据常规质量检测指标控制值确定，在碾压过程中，确定全碾压面上每个检测单元内的平均检测实际振幅A，并对比检测实际振幅A与振幅控制值[A]，当时，检测单元的压实质量不满足要求，当时，检测单元的压实质量满足要求。
[0008]本专利技术还公开一种将上述的基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测方法应用于各类土体振动压实过程的压实质量连续检测与评估中。
[0009]有益效果：本专利技术公开的基于振动压路机实际振幅的路基压实质量连续检测方法，指标计算直接、简便，物理意义明确，检测方法便捷，可避免加速度频域中的高频成分以及时域高频噪声干扰，检测精度更高，可用于各类填料路基压实质量连续检测，全面掌握路基压实状态，保障路基压实质量。
附图说明
[0010]图1 基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统组成示意图；图2 振动加速度频域二次积分为振动位移。
具体实施方式
[0011]下面结合检测原理与系统，对本专利技术的具体实施方法进行进一步描述。需要指出的是，本专利技术不限于下述的具体实施方式，只要在权利要求限定和本专利技术精神和范围内，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0012]一种基于振动轮实际振幅的铁路路基压实质量连续检测系统，如图1所示，包括振
动轮振动检测子系统101、车载数据处理器102和卫星定位子系统103。振动轮振动检测系统101实时检测振动轮的竖向振动加速度，振动加速度传输到车载数据处理器102，车载数据处理器102通过加速度频域二次积分，进而计算土体压实质量连续检测指标实际振幅A。卫星定位系统103实时检测压路机位置信息并传输到车载数据处理器，车载数据处理器102将位置信息与对应的进行匹配，确定碾压面上每个位置的实际振幅，并与根据常规质量控制值确定振幅控制值[A]相比较，当检测实际振幅A小于[A]时，认为路基压实质量符合要求，当碾压面的压实质量合格率大于等于95%时，可以停止碾压作业。
[0013]振动轮振动检测子系统可采用加速度传感器采集竖向振动加速度信号，加速度传感器放置在振动轮上，实时采集振动轮的竖向加速度信号，并将加速度信号传输到车载数据处理器中。加速度传感器量程宜为10~20g，采样频率宜大于1000Hz。振动轮振动检测子系统也可直接采用位移传感器检测振动轮竖向振动位移。
[0014]车载数据处理器中，加速度向上为正，向下为负进行存储。同时车载处理对加速度信号进行傅里叶变，将其换转换到频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统，包括振动轮振动检测子系统、车载数据处理器和卫星定位子系统，其特征为：所述振动轮振动检测系统实时检测振动轮的竖向振动加速度，其竖向振动加速度信号传输到车载数据处理器中；所述车载数据处理器通过加速度频域二次积分，进而计算土体压实质量连续检测指标实际振幅A；所述卫星定位子系统实时检测压路机位置信息并传输到车载数据处理器，所述车载数据处理器将采集的位置信息与对应的存储位置信息匹配，确定碾压面上每个检测单元的实际振幅，并与常规质量控制值确定的振幅控制值[A]相比较，当检测实际振幅A小于[A]时，认为路基压实质量符合要求，当碾压面的压实质量合格率大于等于95%时，停止碾压作业。2.根据权利要求1所述的基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统，其特征为：采用加速度传感器采集竖向振动加速度信号，所述加速度传感器设置在压路机振动轮上，实时采集振动轮的竖向加速度信号，并将加速度信号传输到车载数据处理器中，振动轮振动检测子系统也可直接采用位移传感器检测振动轮竖向振动位移。3.根据权利要求1所述的基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统，其特征为：所述的车载数据处理器设置在压路机驾驶室内，用于接收、存储、处理振动轮振动检测子系统和卫星定位子系统采集的振动轮振动加速度信号和振动压路机三维位置信息，形成全碾压面的实际振幅分布图，判断检测单元压实质量是否合格，计算碾压面压实程度合格率R
a
。4.根据权利要求3所述的基于振动轮实际振幅的路基压实质量连续检测系统，其特征为：所述的车载数据处理器中，振动轮加速度以向上为正，向下为负进行存储，同时车载数据处理对加速度信号进行傅里叶变，将其换转换到频域，然后在频域中进行二次积分，再通过傅里叶逆变换转换到时域，得到振动轮的振动位移，为考虑加速度中的多次谐波影响，加速度频域积分的频率范围为5~200Hz；加速度频域积分数值公式如下式：其中：式中：为振动位移；为频率分辨率；N为数据点...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶阳升，蔡德钩，姚建平，魏少伟，闫宏业，马明正，安再展，朱宏伟，陈锋，张千里，尧俊凯，李斯，石越峰，吕宋，毕宗琦，耿琳，杨轶科，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司北京铁科特种工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：