专利名称：一种用于检测沥青路面动力响应的多维传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于浙青路面动态力学性能研究技术领域，尤其是涉及一种用于检测浙青 路面动力响应的多维传感器。
背景技术：
浙青路面出现的严重破坏促使人们对路面结构进行深入研究，采用传感器检测实 际交通荷载下浙青路面内部动态力学行为是研究车辆对路面的破坏作用的有效手段，也是 目前该领域研究的热点。但是缺乏性能优良、功能可靠的传感器是目前研究的技术瓶颈。目 前国内外采用的传感器都是“H”型一维传感器，仅能检测一个方向的应变，通过两个或多个 传感器的组合来检测车辆行驶方向的水平动应变和垂直车辆行驶方向的水平动应变。由于 传感器之间相距一定的距离，无法检测同一位置的车辆行驶方向与垂直车辆行驶方向的动 应变。而且，现有传感器无法检测垂直路面方向的动应变，而该方向动应变对路面结构力学 性能影响严重，尤其是基层顶部压应变，用来评价浙青路面车辙损坏。另外，目前的浙青路 面力学研究发现，浙青混合料内部剪应变对其结构破坏影响严重，现有传感器无法检测浙 青路面内部剪应变。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于检测 浙青路面动力响应的多维传感器，其结构简单、体积小、成本低且耐高温、检测灵敏度高，能 有效解决现有浙青路面动力响应检测过程中所存在的不能对浙青路面层间复杂应力应变 状态进行准确、可靠检测的实际问题。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种用于检测浙青路面动力响 应的多维传感器，其特征在于包括一个或多个分别对被检测浙青路面的动力响应进行实 时检测的检测单元，多个所述检测单元的结构均相同；所述检测单元包括由弹性模量与浙青混凝土模量相近的材料制成且动力响应检 测过程中能与被检测路面浙青混合料协调变形的弹性元件、安装在弹性元件中部且对被检 测浙青路面的动力响应进行实时检测的敏感元件、用以保护敏感元件不受浙青混合料损害 且能保证敏感元件检测位置处浙青混合料压实度的半球形保护套、密实填充在半球形保护 套内部且对敏感元件进行防水防潮保护的防水胶层和多个分别固定安装在弹性元件四周 外侧且动力响应检测过程中能保证弹性元件与被检测路面浙青混合料协调变形并防止检 测过程中弹性元件的布设方向发生变动的固定元件，所述半球形保护套由上至下扣装在敏 感元件外侧且其半球形保护套固定安装在弹性元件中部上方，所述半球形保护套与弹性元 件之间形成一个上部开有注胶孔且底部封闭的空腔；所述弹性元件包括水平向弹性支架和 竖直向布设在所述水平向弹性支架中部上方的弹性立柱，所述弹性立柱布设在半球形保护 套内侧的正中部且其上部安装在半球形保护套上；所述敏感元件为由三个应变片组成，三 个所述应变片分别为对车辆行驶方向的动应变进行实时检测的应变片一、对与所述车辆行驶方向相垂直的垂直车辆行驶方向的动应变进行实时检测的应变片二和对被检测浙青路 面所处地面相垂直的地面垂直方向的动应变进行实时检测的应变片三，所述车辆行驶方向 和所述垂直车辆行驶方向分布在同一平面上；所述应变片一和所述应变片二均水平铺贴在 所述水平向弹性支架上，且所述应变片三竖直向铺贴在弹性立柱的外侧壁上。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是还包括六个定值 电阻Rl、R2、R3、R4、R5和R6 ；所述检测单元的数量为两个，两个所述检测单元分别为检测 单元一和检测单元二且二者组成一个能利用电桥和差特性实现动应变检测过程中温度补 偿的传感器组，六个定值电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6分别与两个所述检测单元中的两个敏 感元件组成三个交流电桥，且三个所述交流电桥分别为交流电桥一、交流电桥二和交流电 桥三；两个所述检测单元均预埋在被检测浙青路面内部，两个所述检测单元布设在同一条 车辆轮迹正下方且二者之间的间距为60m士 IOm ；两个所述敏感元件中的两个所述应变片一分别串接在交流电桥一的相邻两个桥 臂中，且定值电阻Rl和R2分别串接在交流电桥一的另外两个桥臂中，两个所述应变片一间 的连接点Al与电阻Rl和R2间的连接点Bl分别接所述交流电桥一的供电电源Ui的电源正 负端，两个所述应变片一分别与电阻Rl和R2间的连接点Cl和Dl分别为所述交流电桥一 的输出电源队的正负电源输出端；两个所述敏感元件中的两个所述应变片二分别串接在交 流电桥二的相邻两个桥臂中，且定值电阻R3和R4分别串接在交流电桥二的另外两个桥臂 中，两个所述应变片二间的连接点A2与电阻R3和R4间的连接点B2分别接所述交流电桥 二的供电电源Ui的电源正负端，两个所述应变片二分别与电阻R3和R4间的连接点C2和 D2分别为所述交流电桥二的输出电源U0的正负电源输出端；两个所述敏感元件中的两个 所述应变片三分别串接在交流电桥三的相邻两个桥臂中，且定值电阻R5和R6分别串接在 交流电桥三的另外两个桥臂中，两个所述应变片三间的连接点A3与电阻R5和R6间的连接 点B3分别接所述交流电桥三的供电电源Ui的电源正负端，两个所述应变片三分别与电阻 R5和R6间的连接点C3和D3分别为所述交流电桥三的输出电源U0的正负电源输出端。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述水平向弹性 支架为由布设在同一水平面上的两个弹性杆组成的“十”字形弹性元件，所述“十”字形弹 性元件的中部设置有供所述应变片一和所述应变片二安装的水平向圆形托盘。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述固定元件的 数量为四个，四个固定元件的结构和尺寸均相同且分别对称固定安装在两个所述弹性杆的 两端部，四个固定元件的上表面高度高于弹性元件的上表面高度。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述固定元件为 由尼龙材料制成的挡板且所述挡板与所述弹性杆之间呈垂直布设。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述弹性元件为 由尼龙材料制成的弹性结构。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述水平向圆形 托盘上开有供连接敏感元件的导线穿过的出线孔。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述水平向弹性 支架与弹性立柱之间以螺纹连接方式进行连接，所述水平向弹性支架中部对应设置有供弹 性立柱安装的螺孔且所述弹性立柱底部对应设置有外螺纹。
上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述弹性立柱的 顶部高出半球形保护套顶部Imm 2mm，且半球形保护套上部开有供弹性立柱穿出的立柱 孔。上述一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征是所述半球形保护 套的四周侧开有四个安装槽，且半球形保护套通过四个所述安装槽固定安装在两个所述弹 性杆上，所述安装槽的结构与所述弹性杆的结构相对应；所述半球形保护套的内腔分别上 下两个腔体，其中上部腔体为半球形且下部腔体为圆柱形；所述半球形保护套为金属质套 体，且所述注胶孔布设在所述金属质套体中上部。本发明与现有技术相比具有以下优点1、能够承受施工过程中压路机的碾压揉搓破坏作用，也能够承受浙青混合料高达 180°C的高温作用，并且本发明的成活率达到90%以上。2、灵敏度高，抗噪声能力强，即使只有3-5个微应变，本发明也能进行正常检测且 检测效果良好，能够满足野外道路结构动响应检测要求。3、结构简单，使用方便且价格便宜，灵敏度高，既能够检测浙青混合料面层的动力 响应，又能够检测半刚性基层的动力响应。4、采用电桥电路，结构简单，易于加工。5、使用效果好，布设安装方便，本发明为一种预埋式传感器，能够在道路施工时布 置在预设位置，既不影响道路正常施工，又能够保证传感器位置路面力学性能与其它位置 力学性能一致。6、性能全面且使用方便，为一种多维传感器，能够同时检测浙青路面同一位置的 沿车辆行驶方向水平动应变、垂直车辆行驶方向的水平动应变和垂直路面方向的动应变， 较现有的单向应变传感器，检测项目更全面，可以更深入地研究浙青路面动态力学行为。7、本发明的检测结果可以评价浙青路面抗疲劳性能和抗车辙性能，检测得到的浙 青面层底部的水平拉应变可以用来评价浙青路面抗疲劳性能，检测得到的基层顶部竖向压 应变可以用来评价浙青路面抗车辙性能。8、本发明的检测结果可以用来研究浙青路面内部剪切应力应变本发明能够同时 检测得到的车辆行驶方向的水平动应变、垂直车辆行驶方向的水平动应变和垂直路面方向 的动应变为检测位置浙青路面的三个互相垂直方向的主应变，根据弹性力学知识，可以推 断三个面内的剪应变。9、检测性能良好且工作性能稳定、可靠，具体表现在以下几个方面1)不影响路 面结构的力学性能将本传感器放入浙青混凝土道路中后，能跟随道路结构一起变形，属于 强制变形；由于浙青混凝土本身为柔性材料，如果传感器应变片外部所使用的弹性元件或 保护装置刚度太大，则就增加了检测位置的刚度，影响检测精度，最终失去试验的意义。本 发明中采用材料模量稍低于浙青混合料模量的材料制作弹性元件，能克服以上问题；2)整 体结构比较小，因而能满足浙青路面的动力响应检测需求；幻耐高温路面施工时，浙青混 凝土材料温度较高，尤其是改性浙青温度常常达到180°C，高温状态不但会对埋入的传感器 产生结构性破坏，而且对传感器的力学性能也产生严重的破坏，因而浙青路面检测时对传 感器敏感元件、弹性元件以及硅胶和导线都提出一定的耐高温要求，而本发明所使用的各 组件均具有耐高温性能，因而能满足高温状态下的动力响应检测需求；4)能够同时检测浙青路面层间同一位置车辆行驶方向的水平动应变、垂直车辆行驶方向的水平动应变和垂直 路面方向的动应变，较现有的单向应变传感器，检测项目更全面，可以更深入地研究浙青路 面动态力学行为力)灵敏度高；6)采用两个检测单元既良好地完成温度补偿任务，又节约 仪器通道，是一种良好的动应变检测方法。综上所述，本发明结构简单、体积小、成本低且耐高温、检测灵敏度高，能有效解决 现有浙青路面动力响应检测过程中所存在的不能对浙青路面层间复杂应力应变状态进行 准确、可靠检测的实际问题。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明一个检测单元的结构示意图。图2为图1的A-A剖视图。图3为本发明半球形保护套的结构示意图。图4为图3的A-A剖视图。图5为本发明水平向弹性支架与固定元件的使用状态参考图。图6为图5的A-A剖视图。图7为本发明弹性立柱的使用状态参考图。图8为本发明两个检测单元的电路原理图。附图标记说明1-弹性元件；1-1-水平向弹性支架；2-固定元件；3-敏感元件；3-2-应变片二 ；3-3-应变片三；5-防水胶层；6-1-检测单元一；7-注胶孔； 8-出线孔；10-立柱孔；11-螺孔；12-六角螺栓；13-顶端盖。
具体实施例方式如图1、图2所示，本发明包括一个或多个分别对被检测浙青路面的动力响应进行 实时检测的检测单元，多个所述检测单元的结构均相同。实际使用过程中，可以根据实际检 测需要，相应在被检测浙青路面内布设一个或多个检测单元。所述检测单元包括由弹性模量与浙青混凝土模量相近的材料制成且动力响应检 测过程中能与被检测路面浙青混合料协调变形的弹性元件1、安装在弹性元件1中部且对 被检测浙青路面的动力响应进行实时检测的敏感元件3、用以保护敏感元件3不受浙青混 合料损害且能保证敏感元件3检测位置处浙青混合料压实度的半球形保护套4、密实填充 在半球形保护套4内部且对敏感元件3进行防水防潮保护的防水胶层5和多个分别固定安 装在弹性元件1四周外侧且动力响应检测过程中能保证弹性元件1与被检测路面浙青混合 料协调变形并防止检测过程中弹性元件1的布设方向发生变动的固定元件2，所述半球形 保护套4由上至下扣装在敏感元件3外侧且其半球形保护套4固定安装在弹性元件1中部
1-2-弹性立柱；
3-1-应变片一；
4-半球形保护套； 6-2-检测单元二 ； 9-安装槽；上方，所述半球形保护套4与弹性元件1之间形成一个上部开有注胶孔7且底部封闭的空 腔。所述弹性元件1包括水平向弹性支架1-1和竖直向布设在所述水平向弹性支架1-1中 部上方的弹性立柱1-2，所述弹性立柱1-2布设在半球形保护套4内侧的正中部且其上部安 装在半球形保护套4上。所述敏感元件3为由三个应变片组成，三个所述应变片分别为对 车辆行驶方向的动应变进行实时检测的应变片一 3-1、对与所述车辆行驶方向相垂直的垂 直车辆行驶方向的动应变进行实时检测的应变片二 3-2和对被检测浙青路面所处地面相 垂直的地面垂直方向的动应变进行实时检测的应变片三3-3，所述车辆行驶方向和所述垂 直车辆行驶方向分布在同一平面上。所述应变片一 3-1和所述应变片二 3-2均水平铺贴在 所述水平向弹性支架1-1上，且所述应变片三3-3竖直向铺贴在弹性立柱1-2的外侧壁上。 本实施例中，所述应变片三3-3竖直向铺贴在弹性立柱1-2的外侧壁中部。结合图8，本实施例中，本发明还包括六个定值电阻R1、R2、R 3、R4、R5和R6 ；所述 检测单元的数量为两个，两个所述检测单元分别为检测单元一 6-1和检测单元二 6-2且二 者组成一个能利用电桥和差特性实现动应变检测过程中温度补偿的传感器组，六个定值电 阻Rl、R2、R3、R4、R5和R6分别与两个所述检测单元中的两个敏感元件3组成三个交流电 桥，且三个所述交流电桥分别为交流电桥一、交流电桥二和交流电桥三；两个所述检测单元 均预埋在被检测浙青路面内部，两个所述检测单元布设在同一条车辆轮迹正下方且二者之 间的间距为60m士 10m。本实施例中，两个所述检测单元之间的间距为60m，实际使用过程中可以根据具体 检测路段，将两个所述检测单元之间的间距在60m士 IOm范围内进行相应调整。两个所述敏感元件3中的两个所述应变片一 3-1分别串接在交流电桥一的相邻两 个桥臂中，且定值电阻Rl和R2分别串接在交流电桥一的另外两个桥臂中，两个所述应变片
一3-1间的连接点Al与电阻Rl和R2间的连接点Bl分别接所述交流电桥一的供电电源Ui 的电源正负端，两个所述应变片一 3-1分别与电阻Rl和R2间的连接点Cl和Dl分别为所 述交流电桥一的输出电源队的正负电源输出端；两个所述敏感元件3中的两个所述应变片
二3-2分别串接在交流电桥二的相邻两个桥臂中，且定值电阻R3和R4分别串接在交流电 桥二的另外两个桥臂中，两个所述应变片二 3-2间的连接点A2与电阻R3和R4间的连接点 B2分别接所述交流电桥二的供电电源Ui的电源正负端，两个所述应变片二 3-2分别与电阻 R3和R4间的连接点C2和D2分别为所述交流电桥二的输出电源U0的正负电源输出端；两 个所述敏感元件3中的两个所述应变片三3-3分别串接在交流电桥三的相邻两个桥臂中， 且定值电阻R5和R6分别串接在交流电桥三的另外两个桥臂中，两个所述应变片三3-3间 的连接点A3与电阻R5和R6间的连接点B3分别接所述交流电桥三的供电电源Ui的电源 正负端，两个所述应变片三3-3分别与电阻R5和R6间的连接点C3和D3分别为所述交流 电桥三的输出电源U。的正负电源输出端。结合图5、图6及图7，本实施例中，所述水平向弹性支架1-1为由布设在同一水平 面上的两个弹性杆组成的“十”字形弹性元件，所述“十”字形弹性元件的中部设置有供所 述应变片一 3-1和所述应变片二 3-2安装的水平向圆形托盘。所述弹性元件1为由尼龙材 料制成的弹性结构，实际加工制作时，也可以选用其它弹性模量与浙青混凝土模量相近的 材料制作弹性元件1。所述水平向圆形托盘上开有供连接敏感元件3的导线穿过的出线孔 8，所布设的出线孔8能有效防止导线划伤。
本实施例中，所述固定元件2的数量为四个，四个固定元件2的结构和尺寸均相同 且分别对称固定安装在两个所述弹性杆的两端部，四个固定元件2的上表面高度高于弹性 元件1的上表面高度。所述固定元件2为由尼龙材料制成的挡板且所述挡板与所述弹性杆 之间呈垂直布设。实际加工制作时，也可以选用其它弹性模量与浙青混凝土模量相近的材 料制作固定元件2。本实施例中，实际进行布设安装时，所述水平向弹性支架1-1与弹性立柱1-2之间 以螺纹连接方式进行连接，所述水平向弹性支架1-1中部对应设置有供弹性立柱1-2安装 的螺孔11且所述弹性立柱1-2底部对应设置有外螺纹，弹性立柱1-2的底部通过六角螺栓 12进行固定且其顶部设置有顶端盖13。所述弹性立柱1-2的顶部高出半球形保护套4顶 部Imm 2mm，且半球形保护套4上部开有供弹性立柱1_2穿出的立柱孔10。本实施例中，实际加工制作时，两个所述弹性杆、所述水平向圆形托盘和四个固定 元件2加工制作为一体且均采用尼龙材料加工而成，且两个所述弹性杆、所述水平向圆形 托盘和四个固定元件2加工组成一个十字形尼龙板(即水平向弹性支架1-1)。所述弹性立 柱1-2为由尼龙材料制成的尼龙立柱。结合图3、图4，本实施例中，所述半球形保护套4的四周侧开有四个安装槽9，且半 球形保护套4通过四个所述安装槽9固定安装在两个所述弹性杆上，所述安装槽9的结构 与所述弹性杆的结构相对应；所述半球形保护套4的内腔分别上下两个腔体，其中上部腔 体为半球形且下部腔体为圆柱形。所述半球形保护套4为金属质套体，且所述注胶孔7布 设在所述金属质套体中上部。综上，本实施例中，本发明的一个检测单元主要由十字形尼龙板、半球形保护套4、 尼龙立柱和安装在十字型尼龙板上的敏感元件3组成，敏感元件3中的三个应变片能够同 时检测沿车辆行驶方向、垂直车辆行驶方向和垂直地面方向的动应变。其中，所述半球形保护套4为金属结构且其对安装在十字型尼龙板上的应变花、 连接敏感元件3的导线及焊点起到保护作用；同时半球形保护套4的外表面为球形，其可以 使施工过程中浙青混合料沿半球形保护套4的球面流动，因而有效保证了敏感元件3检测 位置处浙青混合料的压实度，能确保本发明的检测单元不影响路面的力学性能。另外，半球 形保护套4内部为半球形与圆柱形的结合(即其上部腔体为半球形且下部腔体为圆柱形)， 并且半球形保护套4的周侧开设有4个安装槽9，便于与十字形尼龙板配合安装(具体是与 十字形尼龙板中的四个传力杆间隙配合)，且能防止半球形保护套4发生转动。同时，半球 形保护套4顶部设置有一注胶孔7，半球形保护套4与十字形尼龙板安装好以后，从该注胶 孔7注入防水胶(具体为硅胶)，对敏感元件3起到防水防潮作用，防止敏感元件3受到水 侵害，便于本发明的长期使用。所述半球形保护套4上部中央开有供弹性立柱1-2穿出的 立柱孔10，加工时，弹性立柱1-2与立柱孔10之间过渡配合，使得半球形保护套4承受浙青 混合料对本发明的水平推挤作用，弹性立柱1-2仅仅承受浙青混合料对本发明的单向压力 作用(具体是竖直方向)，从而消除了干扰信号的影响。所述十字形尼龙板为本发明的弹性敏感元件，起到传递路面动应变的作用，采用 尼龙材料制成，也可以采用其它弹性模量略微小于常温下浙青混合料的弹性模量的材料制 成，所述十字形尼龙板能有效保证本发明能与浙青路面协调变形。所述十字形尼龙板呈十 字形，四周布设有四个挡板即固定元件2。实际使用时，所述十字形尼龙板与浙青混合料镶嵌在一起，浙青混合料的变形强制所述十字形尼龙板发生相应变形，所述十字形尼龙板中 部设置有水平向圆形托盘，便于黏贴敏感元件3。所述弹性元件1上所布设固定元件2的作 用主要有两个方面1)在施工过程中，起到定位作用，防止流动的浙青混合料的推移作用 使得本发明发生转动；幻信号检测时，与浙青混合料镶嵌在一起，浙青混合料的变形强制 十字形尼龙板发生相应的变形，确保十字形尼龙板的应变与浙青混合料的应变相同。所述 十字形尼龙板中部所开设的螺孔11为安装固定弹性立柱1-2的安装孔，所述固定元件2的 上端部设置为圆弧倒角，且该圆弧倒角能提高路面施工过程中浙青混合料的流动性，既提 高本发明布设位置处路面结构的压实度，又防止本发明被石子破坏。所述十字形尼龙板中部布设有敏感元件3，所述敏感元件3为本发明的敏感元件， 且其由3个应变片组成，三个所述应变片中布设在所述十字形尼龙板中部的应变片一 3-1 和应变片二 3-2分别对车辆行驶方向的动应变和与所述车辆行驶方向相垂直的垂直车辆 行驶方向的动应变进行实时检测，布设在弹性立柱1_2(也是本发明的弹性敏感元件，采用 尼龙材料制成，弹性模量略微小于常温下浙青混合料的弹性模量，保证了本发明与浙青路 面的协调变形)上的应变片三3-3被检测浙青路面所处地面相垂直的地面垂直方向的动应 变(即被检测浙青路面的竖向压应变)进行实时检测。本实施例中，实际使用时，采用两个检测单元且配合交流电桥电路使用，由于被检 测浙青路面的结构为半无限体结构，而且浙青混合料为粘弹性材料，热胀冷缩严重，因而进 行浙青路面动力响应试验时，需要采用温度补偿技术消除温度的影响，而目前常用的温度 补偿方法无法满足该类项目的温度补偿需要。因此，温度补偿方法是该类试验的关键技术之一。本实施例中，实际使用时，采用两个检测单元且配合交流电桥电路使用，由于被检 测浙青路面的结构为半无限体结构，而且浙青混合料为粘弹性材料，热胀冷缩严重，因而进 行浙青路面动力响应试验时，需要采用温度补偿技术消除温度的影响，而目前常用的温度 补偿方法无法满足该类项目的温度补偿需要。因此，温度补偿方法是该类试验的关键技术之一。本实施例中，在本发明使用时，根据研究浙青路面动力响应的需要，将两个检测单 元前后布置在同一条车辆轮迹下方且两个检测单元之间相距60m，以保证车辆的正常行驶 状态，这样，前一个检测单元位于车轮载荷影响区时，后一个检测单元所处位置由于车辆载 荷而产生的应变为0 ；而后面一个检测单元位于车轮载荷影响区时，前一个检测单元所处 位置由于车辆载荷而产生的应变为0。实际使用时，由于前后两个检测单元布置在被检测浙 青路面结构内的相同深度位置，因而能保证路面温度变化时，两个检测单元感受到的温度 应变相同，这样将两个检测单元中用于检测相同方向动应变的两个应变片均接在一个交流 电桥的相邻桥臂，利用电桥的和差特性，便能实现温度补偿。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征在于包括一个或多个分别 对被检测浙青路面的动力响应进行实时检测的检测单元，多个所述检测单元的结构均相 同；所述检测单元包括由弹性模量与浙青混凝土模量相近的材料制成且动力响应检测过 程中能与被检测路面浙青混合料协调变形的弹性元件(1)、安装在弹性元件(1)中部且对 被检测浙青路面的动力响应进行实时检测的敏感元件(3)、用以保护敏感元件C3)不受浙 青混合料损害且能保证敏感元件C3)检测位置处浙青混合料压实度的半球形保护套G)、 密实填充在半球形保护套内部且对敏感元件(3)进行防水防潮保护的防水胶层(5) 和多个分别固定安装在弹性元件(1)四周外侧且动力响应检测过程中能保证弹性元件(1) 与被检测路面浙青混合料协调变形并防止检测过程中弹性元件(1)的布设方向发生变动 的固定元件O)，所述半球形保护套由上至下扣装在敏感元件C3)外侧且其半球形保 护套固定安装在弹性元件(1)中部上方，所述半球形保护套(4)与弹性元件(1)之间 形成一个上部开有注胶孔(7)且底部封闭的空腔；所述弹性元件(1)包括水平向弹性支架 (1-1)和竖直向布设在所述水平向弹性支架(1-1)中部上方的弹性立柱(1-2)，所述弹性立 柱(1-2)布设在半球形保护套内侧的正中部且其上部安装在半球形保护套(4)上；所 述敏感元件C3)为由三个应变片组成，三个所述应变片分别为对车辆行驶方向的动应变进 行实时检测的应变片一(3-1)、对与所述车辆行驶方向相垂直的垂直车辆行驶方向的动应 变进行实时检测的应变片二(3- 和对被检测浙青路面所处地面相垂直的地面垂直方向 的动应变进行实时检测的应变片三(3-3)，所述车辆行驶方向和所述垂直车辆行驶方向分 布在同一平面上；所述应变片一(3-1)和所述应变片二(3- 均水平铺贴在所述水平向弹 性支架(1-1)上，且所述应变片三(3- 竖直向铺贴在弹性立柱(1- 的外侧壁上。
2.按照权利要求1所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征在 于还包括六个定值电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6 ；所述检测单元的数量为两个，两个所述检 测单元分别为检测单元一(6-1)和检测单元二(6- 且二者组成一个能利用电桥和差特性 实现动应变检测过程中温度补偿的传感器组，六个定值电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6分别与 两个所述检测单元中的两个敏感元件C3)组成三个交流电桥，且三个所述交流电桥分别为 交流电桥一、交流电桥二和交流电桥三；两个所述检测单元均预埋在被检测浙青路面内部， 两个所述检测单元布设在同一条车辆轮迹正下方且二者之间的间距为60m士 IOm ；两个所述敏感元件(3)中的两个所述应变片一(3-1)分别串接在交流电桥一的相邻 两个桥臂中，且定值电阻Rl和R2分别串接在交流电桥一的另外两个桥臂中，两个所述应变 片一(3-1)间的连接点Al与电阻Rl和R2间的连接点Bl分别接所述交流电桥一的供电电 源Ui的电源正负端，两个所述应变片一(3-1)分别与电阻Rl和R2间的连接点Cl和Dl分 别为所述交流电桥一的输出电源队的正负电源输出端；两个所述敏感元件C3)中的两个所 述应变片二(3- 分别串接在交流电桥二的相邻两个桥臂中，且定值电阻R 3和R4分别串 接在交流电桥二的另外两个桥臂中，两个所述应变片二(3-2)间的连接点A2与电阻R3和 R4间的连接点B2分别接所述交流电桥二的供电电源Ui的电源正负端，两个所述应变片二 (3-2)分别与电阻R3和R4间的连接点C2和D2分别为所述交流电桥二的输出电源U0的正 负电源输出端；两个所述敏感元件(3)中的两个所述应变片三(3- 分别串接在交流电桥 三的相邻两个桥臂中，且定值电阻R5和R6分别串接在交流电桥三的另外两个桥臂中，两个所述应变片三(3- 间的连接点A3与电阻R5和R6间的连接点B3分别接所述交流电桥三 的供电电源Ui的电源正负端，两个所述应变片三(3-3)分别与电阻R5和R6间的连接点C3 和D3分别为所述交流电桥三的输出电源U0的正负电源输出端。
3.按照权利要求1或2所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征 在于所述水平向弹性支架(1-1)为由布设在同一水平面上的两个弹性杆组成的“十”字 形弹性元件，所述“十”字形弹性元件的中部设置有供所述应变片一(3-1)和所述应变片二 (3-2)安装的水平向圆形托盘。
4.按照权利要求3所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征在 于所述固定元件(2)的数量为四个，四个固定元件(2)的结构和尺寸均相同且分别对称固 定安装在两个所述弹性杆的两端部，四个固定元件O)的上表面高度高于弹性元件(1)的 上表面高度。
5.按照权利要求4所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征在 于所述固定元件O)为由尼龙材料制成的挡板且所述挡板与所述弹性杆之间呈垂直布设。
6.按照权利要求5所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征在 于所述弹性元件(1)为由尼龙材料制成的弹性结构。
7.按照权利要求4所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征在 于所述水平向圆形托盘上开有供连接敏感元件(3)的导线穿过的出线孔(8)。
8.按照权利要求1或2所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征 在于所述水平向弹性支架(1-1)与弹性立柱(1- 之间以螺纹连接方式进行连接，所述水 平向弹性支架(1-1)中部对应设置有供弹性立柱(1- 安装的螺孔(11)且所述弹性立柱 (1-2)底部对应设置有外螺纹。
9.按照权利要求1或2所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征 在于所述弹性立柱(1-2)的顶部高出半球形保护套(4)顶部Imm 2mm，且半球形保护套 (4)上部开有供弹性立柱(1-2)穿出的立柱孔(10)。
10.按照权利要求3所述的一种用于检测浙青路面动力响应的多维传感器，其特征在 于所述半球形保护套(4)的四周侧开有四个安装槽(9)，且半球形保护套(4)通过四个所 述安装槽(9)固定安装在两个所述弹性杆上，所述安装槽(9)的结构与所述弹性杆的结构 相对应；所述半球形保护套的内腔分别上下两个腔体，其中上部腔体为半球形且下部 腔体为圆柱形；所述半球形保护套(4)为金属质套体，且所述注胶孔(7)布设在所述金属质 套体中上部。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测沥青路面动力响应的多维传感器，包括由弹性模量与沥青混凝土模量相近的材料制成且与沥青混合料协调变形的弹性元件、安装在弹性元件中部且对沥青路面层间动应变进行检测的敏感元件、半球形保护套、密实填充在半球形保护套内的防水胶层和检测过程中保证弹性元件与被检测路面沥青混合料协调变形并防止弹性元件方向发生变动的固定元件；敏感元件为由分别对车辆行驶方向水平向动应变、垂直车辆行驶方向水平向动应变和地面垂直方向动应变进行检测的三个应变片组成。本发明结构简单、体积小、成本低且耐高温、检测灵敏度高，能有效解决现如今不能对沥青路面层间复杂应力应变状态进行准确、可靠检测的实际问题。
文档编号G01B7/16GK102095363SQ20101057923
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者倪凤英, 吕彭民, 董忠红 申请人:长安大学
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