CN109798835B - 沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，包括壳体和雨水篦，雨水篦的底部设有凹槽，凹槽内设有透水石；壳体内设有透水通道、光纤压敏传感器和光纤温度计，光纤压敏传感器的感应面位于透水通道内；还包括光纤电缆，光纤压敏传感器和光纤温度计分别与光纤电缆连接，光纤电缆伸出壳体。本发明还提供一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置的安装方法。本发明能精确地获取了沥青铺面表面的水膜厚度，实时地感知了铺面的湿滑状态并可据此对铺面表面抗滑能力进行评估，进而辅助道路或机场管理者进行决策，为道路使用者或飞行人员提供预警。本发明的应用能够有效地提高道路或机场运营的安全性与效率，进一步推动路面和跑道的智能化发展。

Description

沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置及安装方法

技术领域

本发明涉及铺面水膜状况监测领域，特别是涉及一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置及安装方法，用于实时监测沥青铺面表面的水膜厚度状况。

背景技术

存在于道路与机场跑道表面的水膜是导致路面抗滑能力下降的重要原因。相对于干燥铺面，潮湿或积水铺面的刹车距离更长，且更容易发生水漂和侧滑等危险状况，极大地影响了车辆行驶与飞机起落的安全性。

目前的道路管理方法中常采用限速的方式对车辆进行控制，而对于机场跑道，无法通过降低速度的方式提高安全性能，在跑道有较厚水膜时只能等待测试车确认跑道抗滑性能足够后方可起降飞机，无法通过实时、定量的数据对机场道面运行管理决策做支持。随着交通智能化的发展，路面性能的实时感知与监测将成为未来路面和跑道智能管理的重点。因此，有必要采用水膜厚度监测装置对铺面表面抗滑能力和水膜状态进行实时监测，辅助道路管理者进行决策，并为道路使用者提供预警。

沥青铺面水膜厚度感知的核心是水膜厚度传感器。目前，相对成熟的水膜状态监测传感器有基于光谱测量原理的遥感式传感器、基于光电传感技术的水膜厚度传感器和基于F-P干涉原理的光纤压敏水膜厚度传感器等。其中光纤压敏传感器具有尺寸小、抗干扰、传输距离远、无需供电的优点，能够将压敏腔中水压力的变化转化为光波长的变化，利用解调技术可进一步将其转化为可识别的数字信号。光纤压敏传感器经过精确标定和温度修正可实现水膜厚度的高精度监测，满足路面水膜厚度监测中实时、安全、高精度、低干扰的需求。

为了精度地获取铺面表面的水膜厚度，光纤传感器需埋设在铺面中以顺利接触到铺面表面的水膜。但光纤压敏传感器十分脆弱，不宜直接布设在铺面表面，需要通过封装的方式将其改造为适合埋入沥青铺面的传感装置。目前，国内外对于水膜厚度传感装置的研究仍在起步阶段，缺少可靠的光纤压敏传感器的封装方式，亦鲜有成熟的水膜厚度传感装置的大范围工程应用。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，以克服现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，包括：壳体和雨水篦，所述雨水篦的底部设有凹槽，所述凹槽内设有透水石，所述雨水篦连接在所述壳体上；所述壳体内设有透水通道，所述透水通道位于所述透水石的下方，所述壳体内设有光纤压敏传感器和光纤温度计，所述光纤压敏传感器的感应面位于所述透水通道内；还包括光纤电缆，所述光纤压敏传感器和光纤温度计分别与所述光纤电缆连接，所述光纤电缆伸出所述壳体。

优选地，还包括若干个定位片，所述定位片通过第一螺钉连接在所述壳体的顶部。

优选地，所述壳体上靠近一端的顶部开设有与所述雨水篦形状相应的切口，所述雨水篦置于所述切口内，并通过第二螺钉连接在所述壳体上。

优选地，所述壳体、雨水篦及定位片均由合金制成。

优选地，所述第一螺钉和所述第二螺钉均为平头防松长螺钉，规格为M2～M4，长度为6～20mm。

优选地，所述雨水篦上设有一排平行于所述壳体长度方向的透水孔，所述透水孔与所述凹槽连通，所述透水孔呈圆形或方形。

优选地，所述壳体内部设有圆形或方形空腔，所述光纤压敏传感器及光纤温度计水平放置在所述空腔内。

优选地，所述透水通道呈漏斗状，透水通道的底部设有沉淀池，所述沉淀池深1-3mm。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置的安装方法，包括如下步骤：

S1、调试光纤压敏传感器与光纤温度计，确保其处于正常工作状态，并将其固定在壳体的空腔中；

S2、将透水石放入雨水篦的凹槽中，并通过第二螺钉将雨水篦固定连接在壳体上；

S3、在沥青铺面表面切割出用以埋设沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置及光纤电缆的沟槽；

S4、清除沟槽中的碎石及杂物，保证沟槽底部平整，并对沟槽进行干燥；

S5、使用第一螺钉将定位片固定连接在壳体上；

S6、将壳体放入沟槽中，使定位片架在沟槽的顶部两侧，通过第一螺钉调节壳体的位置，使壳体顶面与铺面的距离≤1mm；

S7、在沟槽底部填充胶粘剂，待胶粘剂固化后将定位片拆除；

S8、使用冷沥青填充沟槽的剩余部分。

优选地，在步骤S5中，定位片固定完成后，在壳体表面粘贴保护胶带；在步骤S8中，待沥青充分固化后，去除保护胶带。

如上所述，本发明涉及的沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置及安装方法，具有以下有益效果：

本发明能精确地获取了沥青铺面表面的水膜厚度，实时地感知了铺面的湿滑状态并可据此对铺面表面抗滑能力进行评估，进而辅助道路或机场管理者进行决策，为道路使用者或飞行人员提供预警。本发明的应用能够有效地提高道路或机场运营的安全性与效率，进一步推动路面和跑道的智能化发展。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的***图。

图3为本发明的主视图。

图4为图3中A-A向剖视图。

元件标号说明

1 壳体

11 透水通道

2 雨水篦

21 第二螺钉

22 透水孔

3 透水石

4 光纤电缆

5 定位片

51 第一螺钉

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图4所示，本发明提供一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，包括壳体1、雨水篦2、透水石3、光纤压敏传感器、光纤温度计、光纤电缆4和定位片5。

如图2和图4所示，所述雨水篦2的底部设有凹槽，凹槽深度为3～5mm，所述凹槽内设有透水石3，所述雨水篦2连接在所述壳体1上，从而使所述透水石3位于所述雨水篦2和所述壳体1之间。在一种优选实施方式中，所述雨水篦2通过第二螺钉21连接在所述壳体1上，雨水篦可通过拆装第二螺钉21从已埋设至铺面内的壳体1上拆除，进而进行清洗或更换，所述第二螺钉21为平头防松长螺钉，规格为M2～M4，长度为6～20mm。在另一种优选实施方式中，雨水篦2呈方体状，所述壳体1上靠近一端的顶部开设有与所述雨水篦2形状相应的切口，切口深4～8mm，所述雨水篦2置于所述切口内，然后通过第二螺钉21固定在所述壳体1上。

如图1至图4所示，所述壳体1与所述雨水篦2组装后呈长方体状，长6～10cm，宽1.5～4cm，高1.5～4cm。所述壳体1内设有圆形或方形空腔，空腔边长或直径为8～15mm，所述光纤压敏传感器及光纤温度计水平放置在所述空腔内，空腔内部可经过磨砂处理并设有螺纹，以便固定光纤压敏传感器及光纤温度计。所述光纤压敏传感器和光纤温度计分别与所述光纤电缆4连接，所述光纤电缆4伸出所述壳体1，所述光纤压敏传感器可采用基于F-P干涉原理制成的光纤压敏传感器。

如图1至图4所示，所述壳体1内设有沿纵向开设的透水通道11，所述透水通道11与所述空腔相连通，所述透水通道11位于所述透水石3的下方，所述光纤压敏传感器的感应面位于所述透水通道11内，所述透水通道11呈漏斗状，便于凹槽内的雨水渗透后汇聚进入透水通道11内，透水通道11的底部设有沉淀池，所述沉淀池深1-3mm，便于雨水集聚，所述透水通道11上下侧压力平衡。在一种优选实施方式中，所述雨水篦2上设有一排平行于所述壳体1长度方向的透水孔22，所述透水孔22与所述凹槽连通，所述透水孔22呈圆形或方形，当所述透水孔22为圆形时，其直径为2-5mm，当所述透水孔22为方形时，其边长为2-5mm，当雨水流进透水孔22后进入凹槽内，经透水石3过滤后进入所述透水通道11内，所述光纤压敏传感器通过压力感知可以计算出铺面表面厚度，由于水压进入壳体41内会改变频率，温度发生变化，因此设置光纤温度计测量实时温度，从而进行温度修正，得到准确的压力数值，计算出准确的铺面表面的水膜厚度。

如图1和图2所示，所述定位片为长方形或L形的金属片，厚度为5～10mm，长度为8～20cm，所述定位片5通过第一螺钉51连接在所述壳体1的顶部。当所述定位片为长方形时，其中点通过第一螺钉51连接在所述壳体1的顶部；当所述定位片为L形时，其两条直边的交点通过第一螺钉51连接在所述壳体1的顶部，所述第一螺钉51为平头防松长螺钉，规格为M2～M4，长度为6～20mm。所述定位片5与壳体安装后可搭接至铺面沟槽两侧，以保证壳体与铺面表面齐平，所述第一螺钉51可以对金属封装体在沟槽中的埋设深度进行调整，在本发明安装完成后，可从壳体上拆除。

如图1和图2所示，优选地，所述壳体1、雨水篦2及定位片5均由合金制成。所述壳体1底面经过磨砂处理。

本发明还提供一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置的安装方法，包括如下步骤：

S1、调试光纤压敏传感器与光纤温度计，确保其处于正常工作状态，并将其固定在壳体1的空腔中；

S2、将透水石3放入雨水篦2的凹槽中，并通过第二螺钉21将雨水篦2固定连接在壳体1上；

S3、根据监测位置和装置的尺寸，在沥青铺面表面切割出用以埋设沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置及光纤电缆4的沟槽，沟槽尺寸略大于为壳体1的尺寸；

S4、清除沟槽中的碎石及杂物，保证沟槽底部平整，并用喷气灯对沟槽进行干燥；

S5、使用第一螺钉51将定位片5固定连接在壳体1上，定位片5固定完成后，在壳体1表面粘贴保护胶带；

S6、将壳体1放入沟槽中，使定位片5架在沟槽的顶部两侧，通过第一螺钉51调节壳体1的位置，使壳体1顶面与铺面的距离≤1mm；

S7、在沟槽底部填充胶粘剂，胶粘剂可选用环氧树脂，待胶粘剂固化后将定位片5拆除；

S8、使用冷沥青填充沟槽的剩余部分，待沥青充分固化后，去除保护胶带。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于，包括：壳体(1)和雨水篦(2)；

所述雨水篦(2)的底部设有凹槽，所述凹槽内设有透水石(3)，所述雨水篦(2)连接在所述壳体(1)上，所述透水石(3)位于所述雨水篦(2)和所述壳体(1)之间；所述雨水篦(2)上设有一排平行于所述壳体(1)长度方向的透水孔(22)，所述透水孔(22)与所述凹槽连通；

所述壳体(1)内设有沿纵向开设的透水通道(11)，所述透水通道(11)位于所述透水石(3)的下方；所述壳体(1)内部设有圆形或方形空腔，光纤压敏传感器及光纤温度计水平放置在所述空腔内；所述透水通道(11)与所述空腔相连通,所述光纤压敏传感器的感应面位于所述透水通道(11)内；还包括光纤电缆(4)，所述光纤压敏传感器和光纤温度计分别与所述光纤电缆(4)连接，所述光纤电缆(4)伸出所述壳体(1)；当雨水流进所述透水孔(22)后进入凹槽内，经所述透水石(3)过滤后进入所述透水通道(11)内，所述光纤压敏传感器通过压力感知计算出铺面表面的水膜厚度，所述光纤温度计测量实时温度，从而进行温度修正，得到准确的压力数值，计算出准确的铺面表面的水膜厚度；

还包括若干个定位片(5)，所述定位片(5)通过第一螺钉(51)连接在所述壳体(1)的顶部；

所述沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置的安装方法包括以下步骤：

S1、调试光纤压敏传感器与光纤温度计，确保其处于正常工作状态，并将其固定在壳体(1)的空腔中；

S2、将透水石(3)放入雨水篦(2)的凹槽中，并通过第二螺钉(21)将雨水篦(2)固定连接在壳体(1)上；

S3、在沥青铺面表面切割出用以埋设沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置及光纤电缆(4)的沟槽；

S4、清除沟槽中的碎石及杂物，保证沟槽底部平整，并对沟槽进行干燥；

S5、使用第一螺钉(51)将定位片(5)固定连接在壳体(1)上；

S6、将壳体(1)放入沟槽中，使定位片(5)架在沟槽的顶部两侧，通过第一螺钉(51)调节壳体(1)的位置，使壳体(1)顶面与铺面的距离≤1mm；

S7、在沟槽底部填充胶粘剂，待胶粘剂固化后将定位片(5)拆除；

S8、使用冷沥青填充沟槽的剩余部分。

2.根据权利要求1所述的沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述壳体(1)上靠近一端的顶部开设有与所述雨水篦(2)形状相应的切口，所述雨水篦(2)置于所述切口内，并通过第二螺钉(21)连接在所述壳体(1)上。

3.根据权利要求2所述的沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述壳体(1)、雨水篦(2)及定位片(5)均由合金制成。

4.根据权利要求3所述的沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述第一螺钉(51)和第二螺钉(21)均为平头防松长螺钉，规格为M2～M4，长度为6～20mm。

5.根据权利要求1所述的沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述透水孔(22)呈圆形或方形。

6.根据权利要求1所述的沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述透水通道(11)呈漏斗状，所述透水通道(11)的底部设有沉淀池，所述沉淀池的深度为1-3mm。

7.根据权利要求1所述的沥青铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：

在步骤S5中，定位片(5)固定完成后，在壳体(1)表面粘贴保护胶带；

在步骤S8中，待沥青充分固化后，去除保护胶带。