[发明专利]道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统及勘测方法

权利要求书

1.一种道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：包括有预埋于沥青道路中的剪切应力勘测系统以及用于远程接收勘测信号的远程监控终端系统；

该剪切应力勘测系统包括信号采集器、信号分析装置、计算程序芯片、电池、主控制芯片、远程通讯芯片和应变传感器，该应变传感器勘测在相应外部载荷下感应沥青路面的剪切力应变的大小及特性，由信号采集器采集应变传感器勘测的响应数据，并对所勘测的数据进行电荷放大及A/D转换，变成可被主控制芯片识别的数字信号，数字信号经信号分析装置输出固有频率，并将选中的固有频率传输给计算程序芯片，计算程序芯片综合固有频率和物理几何要素，通过调用存储的相关方程计算预紧力，并将结果返回给主控制芯片，从而获取预应力的大小，并由主控制芯片驱使远程通讯芯片将勘测结果用无线通讯网络发送出去；

该远程监控终端系统包括主控制器、分别连接于主控制器的远程通讯芯片、显示模块、打印模块和报警模块，该远程通讯芯片接收到剪切应力勘测系统发送过来的勘测信息，并将勘测信息传送到主控制器，主控制器经判断勘测结果，并由显示模块进行显示，同时通过打印模块打印出数据列表，当勘测结果的数值超出标准值时，由报警模块发出报警信号或者由显示模块中弹出报警窗口。

2.根据权利要求1所述的道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：所述剪切应力勘测系统和远程监控终端系统的远程通讯芯片是一适用于GSM或WCDMA无线网络的手机通讯模块。

3.根据权利要求1所述的道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：所述计算程序芯片中的方程采用解析法建立。

4.根据权利要求1所述的道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：所述应变传感器为压电陶瓷应变传感器。

5.根据权利要求4所述的道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：所述应变传感器包括花岗岩保护壳、d15模式压电陶瓷片、环氧树脂绝缘防水层、屏蔽导线及屏蔽接头，该压电陶瓷片位于花岗岩保护壳的内部，上面涂有环氧树脂绝缘防水层，压电陶瓷片的一端与屏蔽导线相连，另一端与屏蔽接头相连，屏蔽接头与数据采集系统相连接。

6.根据权利要求5所述的道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：所述d15模式压电陶瓷片锆钛酸铅材料，该d15模式压电陶瓷片有两片，其中一片立式放置，另一片卧式放置。

7.根据权利要求5所述的道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：所述应变传感器的具体做法为：将压电陶瓷片与屏蔽导线焊接为一体；用高强环氧树脂包裹压电陶瓷片，形成绝缘、防水的保护层；利用环氧树脂将压电陶瓷片与外部花岗岩保护壳粘接为一体，放入室内风干24 小时后形成具有高强度的动态剪应力传感器。

8.根据权利要求5所述的道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，其特征在于：所述花岗岩保护壳的表面进行粗糙化处理，以确保传感器与沥青界面的相容性。

9.一种道路预埋的剪切应力远程动态勘测方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）制作第一沥青预制块和第二沥青预制块，两个沥青预制块采用与试验路相同的料源、相同级配的沥青混合料，通过模拟现场施工特性的情况下压实成型，并预留好安装应变传感器的位置；

（2）应变传感器安装：按照传感器要求预紧力对应变传感器在预留好的位置进行固定，应变传感器夹固于第一沥青预制块和第二沥青预制块之间；

（3）应变传感器连接好数据采集系统；

（4）在试验路段合适位置预埋四组内置有应变传感器的沥青预制块；

（5）试验车辆以一定速度驶过装有应变传感器的沥青预制块对其进行加载，测试沥青预制块内部动态响应；

（6）当应变传感器受到外部动力荷载作用时，根据压电效应，压电陶瓷极化方向所垂直的前后表面会产生等量且电性相反的电荷，电荷量与剪应力成正比，将此电荷通过电荷放大器转化为电压信号，并通过相应的信号采集器将电压信号存入主控制芯片中，利用动态加载实验标定的传感器电压与受力截面应力之间的灵敏度系数，从而可实现对沥青道路结构动力损伤全过程的剪应力进行监测；

（7）剪应力数据通过无线通讯网络传送到远程监控终端系统，由主控制器依据参考数值判断是否发出报警信号。