[发明专利]基于滞后相位角的坝料压实质量实时检测装置及方法

摘要

本发明属于大坝施工质量控制领域，为提出适用土石坝或碾压混凝土坝压实质量的实时检测装置及两种检测方法，提高压实指标表征坝料压实质量的准确度，本发明，基于滞后相位角的坝料压实质量实时检测装置，包括碾振加速度传感器、霍尔传感器、GNSS定位模块、车载集成控制器模块、无线通讯模块和碾压机电源模块共6个部分，其中：碾振加速度传感器安装在碾压机振动轮上且不随振动轮转动的部位，在对坝料进行振动碾压时，实时采集碾轮竖直方向的振动加速度时域模拟信号，转换成时域数字信号，然后通过接口将一个采样周期内的加速度时域数字信号和对应的采样时间，传输到车载集成控制器模块中。本发明主要应用于大坝施工质量控制场合。

主权项

1.一种基于滞后相位角的坝料压实质量实时检测装置，其特征是，包括碾振加速度传感器、霍尔传感器、GNSS定位模块、车载集成控制器模块、无线通讯模块和碾压机电源模块共6个部分，其中：碾振加速度传感器安装在碾压机振动轮上且不随振动轮转动的部位，在对坝料进行振动碾压时，实时采集碾轮竖直方向的振动加速度时域模拟信号，转换成时域数字信号，然后通过接口将一个采样周期内的加速度时域数字信号和对应的采样时间，传输到车载集成控制器模块中；霍尔传感器安装在有振幅手轮的碾压机振动轮一侧且不随振动轮转动的部位，感应的磁铁片粘贴在振幅手轮上且与碾压机偏心块在垂直于振幅手轮的同一平面上，在对坝料进行振动碾压时，实时采集磁铁片切割磁感线时产生的电压信号，然后通过接口将一个采样周期内的电压信号和对应的采样时间，传输到车载集成控制器模块中；GNSS定位模块包括卫星信号接收机、卫星天线和差分无线电天线，卫星天线安装在碾压机车顶上，用于接收卫星信号，确定碾压机当前位置，安装部分应尽量靠近碾轮中心点，差分无线电天线用于接收基站的差分信号，接收机作实时动态差分RTK(Real‑time Kinematic)，该模块用于获得任意时刻碾压机位置的坐标，并将该位置坐标与相应的采集时间传送到车载集成控制器模块中；车载集成控制器模块安装在碾压机驾驶室内，包括计算分析子模块和车载显示子模块，在计算分析子模块中，将实时采集的碾轮振动加速度时域数字信号经过滤波处理得到加速度随时间变化的时域曲线a‑t，并计算一个采样周期内的加速度幅值的平均值am；对加速度数据作快速傅里叶变换得到碾压机实际输出的振动频率f，进而计算偏心块转动角速度ω，对加速度数据作两次频域积分处理得到碾轮振动位移数据随时间变化的时域曲线x‑t；同时，通过对霍尔传感器实时采集的电压信号V(t)分析处理可以得到偏心块实时转动位置，检测到强电压信号时，偏心块刚好运动到霍尔传感器感应的位置，进而推求碾压机激振力随时间变化的时域曲线F‑t；对比F‑t与x‑t曲线的峰值时间间隔Δt；无线通讯模块将车载集成控制器模块发送过来的当前碾压机标识、当前采样时刻、当前位置，以及相应的压实质量、和F_s等数据经3G/4G移动通讯网络，传送到远程数据库服务器中保存，以供后续应用；碾压机电源模块将碾压机自身的电源电压转化成车载集成控制器模块所需要的电压，并根据GNSS定位模块、无线通讯模块、碾振加速度传感器及霍尔传感器所需的不同电压，经电源转化变压后再分别向各模块供电。