CN203700917U - 振动压路机的信息采集装置 - Google Patents

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彭鹏
何璐
王同
范坤
赵鹏
罗晓川
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Abstract

本实用新型涉及一种振动压路机的信息采集装置。该振动压路机的信息采集装置包括：加速度传感器，安装于所述振动压路机的振动轮上，用于采集所述振动轮对路面压实产生的加速度信号；第一信号调理电路，与所述加速度传感器连接，用于对所述加速度信号进行范围调整和滤波处理；处理器，与所述第一信号调理电路连接，用于对所述第一信号调理电路调理后的信号进行模数转换与处理；传输模块，与所述处理器连接，用于发送处理后的信息。本实用新型可以在压实过程中自动检测振动压路机的振动轮的加速度信号，方便振动压路机的操作人员对压实过程进行监控，提高了压实度检测的自动化程度和压实作业的效率。

Description

振动压路机的信息采集装置
技术领域
本实用新型涉及检测技术领域，尤其涉及一种振动压路机的信息采集装置。
背景技术
压路机是一种道路设备，能够对路面进行碾压。路面的压实度是指由试验测定的压实材料试件的实际密度与标准密度的百分比。压实度对路面使用寿命有很大影响，压实度适当能够使路面有较长的寿命，而压实不足与过压实均会降低路面寿命。例如，压实不足将导致车辙、坑槽、松散及其它水损害，过压实将导致压密、松散、级配改变、泛油等。
传统的压实度检测方法有灌砂法、环刀法等，这些方法采用人工方式实现，在压路机对路面压实后进行压实度检测，这样，无论是压实不足还是过压实都不能及时被发现，且这些方法测试点的设置很难保证对整个压实过程进行监测。
目前，对路面压实后再进行压实度检测存在检测时间长、检测效果差等缺点。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是，如何在振动压路机的压实过程中进行压实检测。
为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一实施例，提供了一种振动压路机的信息采集装置，包括：
加速度传感器，安装于所述振动压路机的振动轮上，用于采集所述振动轮对路面压实产生的加速度信号；
第一信号调理电路，与所述加速度传感器连接，用于对所述加速度信号进行范围调整和滤波处理；
处理器，与所述第一信号调理电路连接，用于对所述第一信号调理电路调理后的信号进行模数转换与处理；
传输模块，与所述处理器连接，用于发送处理后的信息。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，所述第一信号调理电路包括：
加法电路，与所述加速度传感器连接，用于对所述加速度信号的范围进行调整；
滤波电路，与所述加法电路连接，用于对所述加法电路调整后的信号进行滤波。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，还包括：
温度传感器，安装于所述振动压路机上，用于采集所述振动压路机所在位置的路面温度信号；
第二信号调理电路，与所述温度传感器连接，用于对所述温度信号进行信号转换和放大处理；
所述处理器与所述第二信号调理电路连接，还用于对所述第二信号调理电路调理后的信号进行模数转换与处理。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，所述第二信号调理电路包括：
转换电路，与所述温度传感器连接，用于将所述温度信号由电流信号转换为电压信号；
放大电路，与所述转换电路连接，用于对所述电压信号进行放大。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，还包括GPS模块，所述GPS模块的基站安装于固定位置，所述GPS模块的移动站安装于所述振动压路机上，所述GPS模块的移动站与所述处理器通过第一电平转化芯片连接。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，还包括：与所述处理器连接的存储器。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，还包括：与所述处理器连接的显示器。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，还包括：与所述振动压路机的电源连接的电源转换器。
对于上述振动压路机的信息采集装置，在一种可能的实现方式中，所述传输模块为GPRS模块，所述GPRS模块与所述处理器通过第二电平转换芯片连接。
本实用新型实施例中，振动压路机的信息采集装置可以在压实过程中自动检测振动压路机的振动轮的加速度信号，通过第一信号调理电路、处理器对加速度信号进行处理，并通过传输模块发送至目标设备，方便振动压路机的操作人员对压实过程进行监控，提高了压实度检测的自动化程度和压实作业的效率。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。
图1为本实用新型实施例一的振动压路机的信息采集装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二的振动压路机的信息采集装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例二的振动压路机的信息采集装置与服务器连接的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
实施例1
图1为本实用新型实施例一的振动压路机的信息采集装置的结构示意图。如图1所示，该振动压路机的信息采集装置可以包括：
加速度传感器11，安装于所述振动压路机的振动轮上，用于采集所述振动轮对路面压实产生的加速度信号；
第一信号调理电路13，与所述加速度传感器11连接，用于对所述加速度信号进行范围调整和滤波处理；
处理器15，与所述第一信号调理电路13连接，用于对所述第一信号调理电路13调理后的信号进行模数转换与处理；
传输模块17，与所述处理器15连接，用于发送处理后的信息。
具体地，加速度传感器11可以安装于振动振动压路机的振动轮上，加速度传感器11型号可以选择例如：LC0107T等型号，适合长期监测。加速度传感器11可以采集到振动轮对路面压实产生的加速度信号，通过第一信号调理电路13对加速度信号进行调理。本实施例中的处理器15可以采用嵌入式ARM（Advanced RISC Machine，高级精简指令集机器）处理器如：STM32F103VET6。嵌入式处理器内部的ADC（Analog Digital Converter，模数转换器）可以对调理后的信号进行模数转换等处理，然后通过传输模块17发送至目标设备，从而方便后续对压实度进行检测。
例如：可以通过宝马格方式来确定压实度。宝马格方式是指：随着压实工作的进行，材料的密实度增加，振动压路机的振动轮的加速度也将不断增加，当密实度达到一定程度时，加速度将不再增加，这表明压实工作已经完成，可以采用加速度信号模数转换后的加速度值作为压实度的参照。
又如：还可以通过瑞典方式检测压实度。瑞典方式的理论是：由于受地基振动特性的影响，振动轮加速度信号在振动过程中发生畸变，振动加速度的波形是由振动轮固有的振动和杂波叠加而成的。瑞典方式以谐波比HVR作为压实程度的指标，其由加速度信号经过傅里叶变换后的一次谐波分量与基波的比值表示。
再如，还可以通过土研方式检测压实度。土研方式的基础也是加速度的频谱，其对压实度进行评价的指标称为应变率，由加速度频谱的二次以上谐波的均方根与基波频率的比值表示。
本实施例中，振动压路机的信息采集装置可以在压实过程中自动检测振动压路机的振动轮的加速度信号，通过第一信号调理电路13、处理器15对加速度信号进行处理，并通过传输模块17发送至目标设备，方便振动压路机的操作人员对压实过程进行监控，提高了压实度检测的自动化程度和压实作业的效率。
实施例2
图2为本实用新型实施例二的振动压路机的信息采集装置的结构示意图。图2中标号与图1相同的组件具有相同的功能，为简明起见，省略对这些组件的详细说明。
如图2所示，与上述实施例的主要区别在于，该振动压路机的信息采集装置的第一信号调理电路13可以包括：
加法电路，与所述加速度传感器11连接，用于对所述加速度信号的范围进行调整；
滤波电路，与所述加法电路连接，用于对所述加法电路调整后的信号进行滤波。
具体地，第一信号调理电路13可以通过加法电路对振动压路机进行路面压实的加速度信号的输出进行调理，使其输出符合处理器15的ADC的输入范围；然后可以通过滤波电路如：压控电压源二阶低通滤波电路滤除高频成分。如图2所示，第一信号调理电路13可以连接到处理器15的模数转换器ADC_1，优选地，处理器15内部的ADC_1为12位，处理结果的精度高，能够满足实际需要，并且可以减少分立器件的个数。
在一种可能的实现方式中，该振动压路机的信息采集装置还可以包括：
温度传感器21，安装于所述振动压路机上，用于采集所述振动压路机所在位置路面的温度信号；
第二信号调理电路23，与所述温度传感器21连接，用于对所述温度信号进行信号转换和放大处理；
所述处理器15与所述第二信号调理电路23连接，还用于对所述第二信号调理电路23调理后的信号进行模数转换与处理。
其中，第二信号调理电路23可以包括：
转换电路，与所述温度传感器21连接，用于将所述温度信号由电流信号转换为电压信号；
放大电路，与所述转换电路连接，用于对所述电压信号进行放大。
具体地，温度传感器21安装于振动压路机上，可以采用红外式的，在以温度传感器21为顶点到路面间的一定圆锥面范围内无遮蔽物，具体范围视传感器到路面的距离而定。由于沥青混合料的压实需要在一定温度范围内进行，温度过高或过低均对压实不利。本实用新型采用温度传感器21检测沥青路面的温度，有利于操作人员在合适的温度范围内控制振动压路机对沥青路面进行压实。温度传感器21检测到的温度信号可以通过第二信号调理电路23由处理器15内部的模数转换器ADC_0进行采集及处理，ADC_0优选为12位，处理结果的精度高。第二信号调理电路23可以由电流/电压转换电路及放大电路组成，放大电路可以采用差分仪用放大器如：AD620，放大倍数精确。
在一种可能的实现方式中，该振动压路机的信息采集装置还可以包括：GPS（Global Positioning System，全球定位***）模块25，所述GPS模块25的基站安装于固定位置，所述GPS模块25的移动站安装于所述振动压路机上，所述GPS模块25的移动站与所述处理器15通过第一电平转化芯片连接。
在一种可能的实现方式中，该振动压路机的信息采集装置还可以包括与所述处理器15连接的存储器。
在一种可能的实现方式中，该振动压路机的信息采集装置还可以包括与所述处理器15连接的显示器27。
具体地，GPS模块25可以对振动压路机位置进行准确的描述。其中，GPS模块25可以采用差分GPS***来实现，差分GPS***由基站和移动站两台GPS组成，定位精度可达0.4m，基站位于固定位置处，移动站安装于振动压路机上。差分改正数可以由基站通过无线数据链（Position Data Link，简称：PDL）电台传送至移动站，NMEA（National Marine Electronics Association，美国国家海洋电子协会）-0183格式的定位信息可以由移动站的串口_1经第一电平转换芯片如MAX3232芯片传送至处理器15。经过运算后的振动压路机运行轨迹及加速度等信息可以由显示器27如：液晶屏进行显示，对振动压路机的操作人员进行指导；液晶屏与处理器15的串口_2之间的电平转换也可以使用MAX3232芯片。
在一种可能的实现方式中，该振动压路机的信息采集装置还可以包括与所述振动压路机的电源连接的电源转换器（图中未示出）。
具体地，振动压路机的信息采集装置的***供电在GPS模块25的基站处由开关电源提供，与振动压路机连接的部分可以由振动压路机蓄电池进行供电，信息采集装置还可以通过电源转换器件将振动压路机自带12V/24V转换为需要的24V、5V、3.3V等，以适应信息采集装置各部分的供电需求。例如，振动压路机的电源电压为24V，24V电压还可以用于加速度传感器11、温度传感器21的供电。通过电源转换器件可以得到12V、5V、3.3V等，其中12V电压可以用于GPS模块25的移动站、液晶屏、GPRS模块29的供电，5V电压可以用于第一信号调理电路13和第二信号调理电路23的供电，3.3V电压可以用于核心处理器、SD卡26及电平转换芯片MAX3232、MAX3485等的供电。
在一种可能的实现方式中，所述传输模块17可以为GPRS（General PacketRadio Service，通用分组无线服务）模块29，所述GPRS模块29与所述处理器15通过第二电平转换芯片连接。
具体地，振动压路机的信息采集装置采集到的信息可以统一传送到远程的服务器上，信息采集装置与服务器的通讯可以采用无线方式，由处理器15的串口_3连接第二电平转换芯片如MAX3485后，经过GPRS模块29实现与服务器的连接，GPRS模块29可以通过移动运营商连接至互联网。此外，信息采集装置采集到的信息还可通过处理器15保存到存储器中，例如：通过处理器15的SD（Secure Digital，安全数码）卡接口保存至SD卡26中。
图3为本实用新型实施例二的振动压路机的信息采集装置与服务器连接的示意图，如图3所示，振动压路机的信息采集装置对采集的各种信息进行处理后，可以将其显示、存储或上传。具体地，各个振动压路机的信息采集装置可以对振动压路机的各种信息进行采集，以对振动压路机操作人员进行指导；由各个振动压路机的信息采集装置采集的各种信息可通过存储器实现本地存储，并通过互联网上传至服务器；服务器可以显示振动压路机的信息采集装置上传的信息，并存入数据库；用户群可以通过网络访问服务器，获得当前及历史工作情况。
其中，加速度传感器11采集到的用于表示加速度的电信号（即加速度信号）经过处理器15的计算可以得到加速度值；由GPS模块25可得到振动压路机某段时间内的经纬度值以及方向信息等定位信息，这些定位信息经过距离计算、极坐标系到直角坐标系的转换后，可以在液晶屏上以运动轨迹结合加速度信息的形式进行显示；由历史经纬度、方向信息还可计算、判断得到某一位置处的碾压遍数；温度传感器21采集的用于表示温度的电信号（温度信号）经过处理器15计算可以得到温度值；由GPS模块25还可得到振动压路机的速度信息；将这些信息综合后通过GPRS模块29传送至服务器，GPRS模块29可以采用TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）与服务器进行通信，并通过握手、校验、应答多种方式以保证通信的高可靠性；与处理器15连接的本地存储介质可以为SD卡26，存取等操作可以使用FatFs文件***。
服务器可以同时监听多个振动压路机的信息采集装置并与之通信；振动压路机的信息采集装置采集到的信息上传至服务器后可进行实时显示，还可将信息存入数据库相应位置；授权用户可以通过远程桌面对服务器进行访问，也可完成SD卡26中数据的上传工作。
本实施例中，振动压路机的信息采集装置可以在压实过程中自动检测振动压路机的振动轮的加速度信号，通过第一信号调理电路13、处理器15对加速度信号进行处理，并通过传输模块17发送至目标设备，方便振动压路机的操作人员对压实过程进行监控，提高了压实度检测的自动化程度和压实作业的效率。
其中，振动压路机的信息采集装置使用GPS模块25对振动压路机进行定位，可以实现对振动压路机运行轨迹的准确描述，使用显示器27对压实过程采集的信息及运行轨迹进行显示，可以指导操作人员的现场作业。使用差分GPS，定位精度高，可以帮助操作人员快速定位未压实区域，极大地提高了压实作业的效率。
再进一步地，振动压路机的信息采集装置还通过温度传感器21采集路面温度信息；通过GPS模块25可以采集振动压路机的速度信息，利用定位信息还可统计振动压路机的碾压遍数等信息；通过SD卡26存储数据，还可以通过GPRS模块29将采集到的各种信息传送至远端的服务器进行存储，从而方便的监测压实过程的施工是否满足施工工艺，并为路面损坏后进行原因分析及改进施工工艺提供数据依据。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种振动压路机的信息采集装置，其特征在于，包括： 
加速度传感器(11)，安装于所述振动压路机的振动轮上，用于采集所述振动轮对路面压实产生的加速度信号； 
第一信号调理电路(13)，与所述加速度传感器(11)连接，用于对所述加速度信号进行范围调整和滤波处理； 
处理器(15)，与所述第一信号调理电路(13)连接，所述处理器(15)的第一模数转换器ADC_1用于对所述第一信号调理电路(13)调理后的信号进行模数转换； 
传输模块(17)，与所述处理器(15)连接，用于发送所述第一模数转换器ADC_1处理后的信息。 
2.根据权利要求1所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，所述第一信号调理电路(13)包括： 
加法电路，与所述加速度传感器(11)连接，用于对所述加速度信号的范围进行调整； 
滤波电路，与所述加法电路连接，用于对所述加法电路调整后的信号进行滤波。 
3.根据权利要求1所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，还包括： 
温度传感器(21)，安装于所述振动压路机上，用于采集所述振动压路机所在位置的路面温度信号； 
第二信号调理电路(23)，与所述温度传感器(21)连接，用于对所述温度信号进行信号转换和放大处理； 
所述处理器(15)与所述第二信号调理电路(23)连接，所述处理器(15)的第二模数转换器ADC_0用于对所述第二信号调理电路(23)调理后的信号进行模数转换。 
4.根据权利要求3所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，所述第二信号调理电路(23)包括： 
转换电路，与所述温度传感器(21)连接，用于将所述温度信号由电流信号转换为电压信号； 
放大电路，与所述转换电路连接，用于对所述电压信号进行放大。 
5.根据权利要求1-4中任一项所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，还包括GPS模块(25)，所述GPS模块(25)的基站安装于固定位置，所述GPS模块(25)的移动站安装于所述振动压路机上，所述GPS模块(25)的移动站与所述处理器(15)通过第一电平转化芯片连接。 
6.根据权利要求1-4中任一项所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，还包括：与所述处理器(15)连接的存储器。 
7.根据权利要求1-4中任一项所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，还包括：与所述处理器(15)连接的显示器(27)。 
8.根据权利要求1-4中任一项所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，还包括：与所述振动压路机的电源连接的电源转换器。 
9.根据权利要求1-4中任一项所述的振动压路机的信息采集装置，其特征在于，所述传输模块(17)为GPRS模块(29)，所述GPRS模块(29)与所述处理器(15)通过第二电平转换芯片连接。 
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