[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

说明书

技术领域

本发明涉及自动勘测领域技术，尤其是指一种道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统及勘测方法。

背景技术

沥青结构是量大面广的土木工程结构，可能遭受地震、台风、碰撞等动力灾变作用，造成结构损伤。因此及时准确地进行结构勘测对于结构维修加固决策至关重要。目前，有很多结构局部损伤勘测方法，如超声法、声发射、红外热像法、回弹法、同位素探测法等，这些勘测方法的不足之处在于：(1) 只能定性勘测，无法给出结构内部真实的应力信息；(2) 勘测时效性差，无法得出结构损伤演化过程；(3) 设备笨重、成本高。

为了得到沥青结构动力损伤过程中的内部的应力信息，最直接有效的方法就是在结构的关键部位如梁柱节点区域埋入应力传感器。一般情况下，电阻应变式力传感器存在动态响应滞后、使用寿命短的缺点；压阻式力传感器制作工艺复杂、成本高；电容式力传感器输出特性的非线性较严重、测量精度低；测量动态应力的压电型动态应力传感器技术已很成熟，可制成体积较小的传感器埋入结构内部，但此种传感器外壳由金属制成，显著改变测点位置局部应力场而影响测量精度，且传感器与沥青之间相容性差，在沥青进入非线性阶段界面处容易分离失效，另外这类传感器通常使用石英材料作为敏感元件，价格昂贵，不易在土木工程结构中大量推广。

此外，现有的各传感器对沥青道路进行结构勘测，需要人工到现场采集数据，使用麻烦，耗费人为成本高，效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统及勘测方法，其能够远程监控沥青道路内部动力损伤演化全过程监测、构造简单、造价低廉，使用方便。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种道路预埋的剪切应力远程动态勘测系统，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。

优选的，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。

优选的，所述计算程序芯片中的方程采用解析法建立。

优选的，所述应变传感器为压电陶瓷应变传感器。

优选的，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。

优选的，所述d15模式压电陶瓷片锆钛酸铅材料。

优选的，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。

优选的，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。

一种道路预埋的剪切应力远程动态勘测方法，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；