[发明专利]碾压过程中土石和沥青混凝土坝料刚度实时监测装置

摘要

本发明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。本发明主要应用于土石坝施工质量控制场合。

主权项

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k_stiff、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k_stiff、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k_stiff、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k_stiff、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；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：式中，m_d是振动轮参振质量，m_f是车架的质量；g是重力加速度，x_d是当前采集时间内振动轮的垂直位移最大值，是当前采集时间内的加速度最大值。