CN210294142U - 路基含水率实时连续智能测试*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种路基含水率实时连续智能测试***，该测试***基于电阻率理论，并和轮式机械装配以检测路基含水率，所述轮式机械包括有滚轮，所述测试***包括：至少一组电极，一组电极包括四个探针，所述四个探针的检测部位呈直线排列设置于所述滚轮上，且所述四个探针的检测部位的排列方向和所述滚轮的轴线平行；数据集成装置，与所述四个探针分别连接，用于数据计算、分析和传输；电源，与所述数据集成装置连接，用于提供工作电流。本实用新型能够实现信号的自动采集、路基土的无损检测以及含水率的动态测试。

Description

路基含水率实时连续智能测试***

技术领域

本实用新型涉及土壤含水率测试技术领域，特别涉及路基含水率测试。

背景技术

路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，是铁路和公路的基础，路基是用土或石料等修筑而成的线形结构物。从材料上分，路基可分为土路基、石路基、土石路基三种。

在路基压实过程中填料的含水量是影响路基整体质量的一项重要指标，也对研究压实土的复杂特性具有深远的意义。现有路基智能压实体系是以路基结构与压路机滚轮间的振动响应机制为基础，通过测得路基土的压实力学特性，实现路基压实质量控制的目标。然而在路基压实过程中，填料的含水率也对压实质量起着不可或缺的作用，所以有必要建立一种实时连续路基含水率智能测试体系，这对完善路基智能压实体系具有极为重要的价值。

测量土体含水率的方法分为直接测量方法和间接测量方法。直接测量方法包括烘干法、酒精燃烧法等，这些传统的测量方法无法连续动态检测，并且测量范围较为局限，所以在路基压实过程中泛用性不强；间接测量方法是通过测量影响土体含水率的某一间接变量，并建立这一变量与含水率之间的理论联系，从而得到含水率。这些方法包括中子放射法、时域反射计法、地质雷达法、电阻率法等。中子放射法、时域反射计法在测量土体含水率时，由于精度要求较高，传感器需专业人员重复校准，并且测量范围较小，所以现场实用性较为局限。地质雷达探测技术在现场会表现出灵敏度不高，含水率测量结果可视效果不佳等缺点，导致此技术难以在工程中应用推广。

鉴于此，有必要开发一种能够实时、连续、精确测量路基含水率的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种路基含水率实时连续智能测试***，以实时、连续、精确测量路基含水率。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型提供如下技术方案：

一种路基含水率实时连续智能测试***，基于电阻率理论，并和轮式机械装配以检测路基含水率，所述轮式机械包括有滚轮，所述测试***包括：至少一组电极，一组电极包括四个探针，所述四个探针的检测部位呈直线排列设置于所述滚轮上，优选地所述四个探针的检测部位呈直线排列、等间距地设置于所述滚轮上，且所述四个探针的检测部位的排列方向和所述滚轮的轴线平行；数据集成装置，与所述四个探针分别连接，用于数据计算、分析和传输；电源，与所述数据集成装置连接，用于提供工作电流。

另一方面，本实用新型提供如下技术方案：

一种路基含水率实时连续智能测试方法，应用于所述的测试***，包括以下步骤：当一组电极接触土体时，随压路机滚轮行进，一组电极中的探针a、探针b、探针c、探针d接触不同含水率的路基土，探针a、探针d与恒流源连接，通过数据集成装置测得探针c、探针d之间的电压Ubc和标准电阻Rs的两端电势差Us，由此可以计算出测试电阻：

根据公式得：

dab、dbc分别为探针a和探针b之间、探针b和探针c之间的距离，dab＝dcd＝ndbc，其中n取正整数；计算出路基土的电阻率ρ；根据预先标定的土体电阻率与含水率的对应关系确定路基土的含水率，从而获得路基任意位置土体的含水率。

综上，由于探针跟随滚轮移动，本实用新型利用电阻率理论(Wenner理论)，可以实现对路基土含水率的实时、连续测量，探针固定在滚轮上可以承受与滚轮相同的振动压力，并且为保证与土体的连通性，顶端形制为1-2mm的圆形凸起，实时动态测试含水率，精度大为提高，综合把控路基压实质量，从而能够实现信号的自动采集、路基土的无损检测以及含水率的动态测试。

附图说明

图1为本实用新型的***实施例的装置原理图；

图2为本实用新型的***实施例的探头的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型的***实施例包括至少一组电极(四个探针)1、用于含水率智能测试的数据集成装置10、作为电源的恒流源11以及便于实时获取数据以及发送操作指令的可视移动设备12，其中探针1、恒流源11均与数据集成装置10通过导线7电连接。数据集成装置10内置无线通信模块，与可视移动设备12无线通信连接。

为了明确描述探针与路基土的接触情形，图1还示出了路基土13。测试含水率时，四个探针1由于顶端(外端)凸起而充分接触所测路基土13。

一组电极1包括四个探针a、b、c、d，四个探针1皆具有一定强度，通过预设孔道固定在压路机的滚轮8上，可以承受压路机行进过程中的压力以及振动压密时的振动压力，而且每个探针1顶端有1-2mm的圆形凸起保证充分接触路基土13。

详细如图2所示，探针a、探针b、探针c、探针d与滚轮8预设孔道间有绝缘隔离层2，优选地，绝缘隔离层2采用铁氟龙等硬质绝缘材料。探针a、探针b、探针c、探针d外端的凸出于滚轮8内表面伸出部分先设绝缘垫片3，用螺母4固定，接着设置接线端子5，之后螺母6固定接线端子5，接线端子5与一信号线7的一端相连，四根信号线7为一四芯屏蔽电缆中的数根缠绕的铜芯线。探针a、探针b、探针c、探针d平行分布在滚轮8上，优选地，四者中相邻探针之间的距离是等间距的，且四者的连线平行于滚轮8轴线，确保四根探针1同时接触路基土13。优选地，在滚轮8外表面长100cm、宽50cm测试影响范围内，除探针1外端表面外，其他范围内应添涂一层厚约2mm的绝缘涂层14，以排除滚轮8外表面对测试的电势影响。当然，其他范围的绝缘涂层14也可以作为一种选择。

进一步地，信号线7置于硬质PE管内，避免裸露，硬质PE管则用卡箍置于滚轮8内表面上。

进一步地，探针1为导电性良好的钛铁合金，截面采用特制的形状：外侧部分直径大、内侧部分直径小，利于承受冲击振动压力和保持探针1与路基土13的充分接触。每个探针1为长60mm、外侧截面直径为20mm、内侧截面为6mm的螺杆结构，外侧长12mm，内侧长48mm，伸出滚轮8内表面部分长20mm，螺纹部分长为20mm。进一步地，探针1外绝缘层也采用特制形状，为减少剪切破坏的影响在绝缘层与探针接触处，适当改变过渡形式。更进一步地，在伸出滚轮8内表面部分，先设置绝缘垫片3，防止探针与滚轮形成等势体，然后逐次为螺母4、接线端子5、螺母6。接线端子5为铜质环状，且与信号线7焊接。

连接探针1和数据集成装置10的信号线7优选为单支多股纯铜丝漆包线，具体规格优选为4×0.75单独屏蔽信号线，每根屏蔽线的外侧为铜质绕线，提高单独屏蔽能力，外侧为硅胶皮防护，总厚度为0.3mm，保证电缆的高强度、超导电性和高柔软性。

测试探针1的测试信号经导线7汇集数据集成装置10的信号输入口，数据集成装置10具有路基土含水率测试数据采集、计算、分析和无线传输的功能。数据集成装置10内部优选为集成电路，集成电路主要包括标准电阻、电压表、电流表(Wenner理论实施所必备的器件)，此外还有无线传输模块。其中电压表测试标准电阻和探针b、c接触路基土13的电阻的电势，电流表则测试通过路基土电阻的电流，无线传输模块则将数据传输至可视移动设备12上。恒流源11优选为镍氢电池，通过导电接头9与数据集成装置10相连，用于为数据集成装置10提供恒定的电流。可是移动设备12内置应用程序APP(移动设备常用的APP开发过程已经较为成熟，在此不再赘述)，经授权认可后，即可通过点击“连续测试”测试路基土13含水率。

测试含水率的APP可以两个按钮，“连接设备”提供实时连接授权功能，以及“连续测量”可提供数据自动计入Resistivity文件夹功能。含水率显示界面可实现含水率的实时可视化。

数据集成装置10和恒流源11均置于大小合适的树脂方盒内，其中数据集成装置10的盒壁两端各设预设孔，而恒流源11的盒壁仅一端设预设孔，专门用于固定导电接头9，优选为四线接头。这两个方盒用卡箍固定于滚轮8内表面上。

本实施例基于Wenner理论测试土体的电阻率，在压路机滚轮8上***探针a、探针b、探针c、探针d，根据理论，当探针接触土体时，探针a、探针d之间施加恒定电流，则在标准电阻和其余两个电极上产生电压。具体操作的详细步骤如下：

随压路机滚轮行进，探针a、探针b、探针c、探针d接触不同含水率的路基土13时，连接可视移动设备12，点击其上的“连续量测”指令按钮使得探针a、探针d与恒流源11连接，并通过数据集成电路10中的电压表测得探针c、探针d之间的电压Ubc和标准电阻Rs的两端电势差Us，由此可以计算出测试电阻

根据公式得：

一般地dab＝dcd＝ndbc，其中n取正整数；在集成电路中编写程序计算出路基土的电阻率ρ。

土体电阻率于含水率的关系受到气温影响，因此本发明建立了考虑温度影响的电阻率-含水率关系式如下所示：

ω＝aln[b(0.45+1.4e^-t/27)ρ]

其中，a,b为电阻率-含水率关系参数，受到不同土性影响，需要施工前在室温25度情况下，进行在给定压实下不少于四个等差含水率(如4％，6％，8％，12％等)的土样的标定试验以确定参数a,b；t为现场压实时气温，单位℃；ρ为通过本发明测试得到的土体电阻率。

最后，根据预先标定的土体电阻率与含水率的对应关系确定路基土的含水率，从而获得路基任意位置土体的含水率，并存储在Resistivity文件夹下，以供上传汇总。

综上，本实用新型基于Wenner理论实现路基含水率的实时连续智能测试，由于采用一定硬度的探针，可在振动荷载下直接接触路基土，大大提高路基土含水率的测试精度，具有实时、连续、无损伤、可视化等优点，进一步将含水率与智能压实***相结合。尤其是，探头形状设计合理，与滚轮间的绝缘性良好，减小测试误差的影响。移动设备可远程控制测试***，进而控制压实质量。本实用新型操作简便，测试范围不再局限，极大地提高路基压实质量控制的水平。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (13)

1.一种路基含水率实时连续智能测试***，基于电阻率理论，并和轮式机械装配以检测路基含水率，所述轮式机械包括有滚轮，其特征在于，所述测试***包括：

至少一组电极，一组电极包括四个探针，所述四个探针的检测部位呈直线排列设置于所述滚轮上，且所述四个探针的检测部位的排列方向和所述滚轮的轴线平行；

数据集成装置，与所述四个探针分别连接，用于数据计算、分析和传输；

电源，与所述数据集成装置连接，用于提供工作电流。

2.根据权利要求1所述的测试***，其特征在于，所述四个探针的检测部位呈直线排列、等间距地设置于所述滚轮上，且所述四个探针的检测部位的排列方向和所述滚轮的轴线平行。

3.根据权利要求1或2所述的测试***，其特征在于，所述轮式机械为压路机，所述滚轮为所述压路机的用于压实路基的滚轮，所述数据集成装置、电源位于所述滚轮内部。

4.根据权利要求3所述的测试***，其特征在于，所述探针的一部分嵌入所述滚轮中，所述检测部位则凸出于所述滚轮的外表面。

5.根据权利要求4所述的测试***，其特征在于，四个所述探针呈圆杆状结构，所述滚轮外表面设有深孔，所述探针固定地***所述深孔中，外端的所述检测部位凸出于所述滚轮的外表面。

6.根据权利要求5所述的测试***，其特征在于，所述探针至少包括两部分：外侧部分、内侧部分，且所述内侧部分的外径小于所述外侧部分的外径，所述深孔的结构与所述探针的结构相对应；

所述探针的内端凸出于所述滚轮内表面，且与所述数据集成装置连接。

7.根据权利要求6所述的测试***，其特征在于，在所述探针的内端依次设置绝缘垫片、第一螺母、接线端子、第二螺母，所述第一螺母用于将所述绝缘垫片固定于所述滚轮内表面，所述第二螺母则用于将接线端子固定于所述探针上，所述接线端子用于和所述数据集成装置连接。

8.根据权利要求7所述的测试***，其特征在于，在所述深孔中，所述探针和所述深孔的内壁之间设有硬质绝缘材料。

9.根据权利要求8所述的测试***，其特征在于，所述硬质绝缘材料为铁氟龙。

10.根据权利要求9所述的测试***，其特征在于，所述滚轮上，所述探针周围的至少一部分表面覆盖有绝缘层，以排除所述滚轮表面对测试的电势影响。

11.根据权利要求1或2所述的测试***，其特征在于，所述数据集成装置为集成电路，用于精确计算电阻率，并根据标定好的土体电阻率与含水率关系得到路基含水率。

12.根据权利要求1或2所述的测试***，其特征在于，所述数据集成装置具有计算功能、无线传输功能，以通过移动设备实现含水率可视化，且与智能压实云平台建立无线连接，将含水率上传至云平台上。

13.根据权利要求1或2所述的测试***，其特征在于，所述电源为镍氢可充电电池组，为整个***提供恒流源。

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