[实用新型]一种自供能的高速公路路基应力动态监测系统

说明书

本实用新型涉及高速公路路基应力动态监测领域，特指一种自供能的高速公路路基应力动态监测系统，包括环形压电传感器、附属单元和计算机终端；环形压电传感器沿高速公路水平布置在路面层下方路基中，用于获取汽车经过时路基的振动并产生电信号；附属单元布置于高速公路一侧，附属单元包括数据分析单元、GPS定位单元、无线传输单元和储能单元；其中数据分析单元将压电电压标定出应力，并对比分析阈值和应力，将超过阈值的信号传输至GPS定位单元，GPS定位单元用于定位当前路基内应力异常的位置，无线传输单元用于将路基应力异常数据及GPS定位坐标传输至计算机终端；储能单元用于供能。在实时监测路基动应力的同时，还能保证系统的自我供能。

技术领域

本实用新型涉及高速公路路基应力动态监测领域，特指一种自供能的高速公路路基应力动态监测系统。

背景技术

路基内动应力由道路上移动车辆产生，其大小和变化趋势可以反映道路安全状态，因此对高速公路内路基动应力进行实时监测可以反映出路基的安全状况。

专利CN201710444838公开了一种高速公路路基监测器，通过将路基监测探头埋入高速公路路基中，监测路基内压力的变化，以此判断路基是否塌陷。但该装置不能同时监测多个方向的路基应力，且需要外部电源设备，其灵敏度也不够高。

因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种自供能的高速公路路基应力动态监测系统，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自供能的高速公路路基应力动态监测系统，在实时监测路基动应力的同时，还能保证系统的自我供能。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种自供能的高速公路路基应力动态监测系统，包括环形压电传感器、附属单元和计算机终端；环形压电传感器沿高速公路水平布置在路面层下方路基中，用于获取汽车经过时路基的振动并产生电信号；附属单元布置于高速公路一侧，附属单元包括数据分析单元、GPS定位单元、无线传输单元和储能单元；其中数据分析单元将压电电压标定出应力，并对比分析阈值和应力，将超过阈值的信号传输至GPS定位单元，GPS定位单元用于定位当前路基内应力异常的位置，无线传输单元用于将路基应力异常数据及GPS定位坐标传输至计算机终端；储能单元用于存储环形压电传感器产生的电能并为附属单元供能。

车辆经过时，产生的振动使水平方向的地基动应力使压电材料径向受压，在内环和外环产生电荷形成电压；竖直方向的地基动应力使压电材料沿轴向方向受压，在上下表面产生电荷形成电压；因此内外环的电压差可以计算水平动应力，上下表面电压差可以计算竖向动应力，且电压和应力的关系通过试验测得，最终可以精准的分析出异常路段并将其准确定位，且同时能实现自我供能。

进一步，环形压电传感器包括外层的环形橡胶封装、中部的环形压电材料层和内部的橡胶圆柱。

可以同时检测环形压电传感器在径向和轴向上的电压，从而使监测更为准确。

进一步，环形压电材料层为压电陶瓷。

进一步，若干环形压电传感器布置在路基中的深度为20-80cm。

环形压电传感器布置太深，传感器输出电压过低造成监测敏感性降低，若埋置过浅则传感器易受损坏。

采用上述方案后，本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1.本实用新型可以同时监测高速公路路基中水平和竖向动应力，保证路基安全；

2.本实用新型可以长期实时监测路基动应力，无需钻孔破坏；

3.本实用新型采用自供能传感器，解决了其他传感器排线复杂的问题；

4.本实用新型结合了GPS定位单元和无线传输单元，可以便捷快速地定位路基动应力异常区域并进行维护。