申请/专利权人：同济大学;上海同科交通科技有限公司

申请日：2019-02-20

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109900233B

主分类号：G01B21/08

分类号：G01B21/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.07.12#实质审查的生效;2019.06.18#公开

摘要：本发明提供水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，包括底座、加强杆、定位杆和水膜厚度测量设备，底座上设有连接孔；加强杆固接在底座的外壁上；定位杆，固接在底座的底面上；水膜厚度测量设备，包括壳体和光纤电缆，壳体的下端与连接孔螺纹连接，上端设有过滤腔，过滤腔内置有透水石，过滤腔的上端设有进水口；壳体内还设有用于测量过滤腔内水压力的压敏传感器，光纤电缆的一端与压敏传感器连接，另一端从连接孔中引出。本发明还提供一种水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置的安装方法。本发明结构形式简单，与铺面固定紧密，无产生FOD风险，且强度达标，无需供电，可用于实时、精确地监测水泥混凝土铺面表面的水膜厚度状况。

主权项：1.一种水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于，包括：底座1，所述底座1上沿轴向设有连接孔11；加强杆2，所述加强杆2设有若干根，固接在所述底座1的外壁上并沿周向均匀布置；所述加强杆2预埋在水泥混凝土中；定位杆3，所述定位杆3设有若干根，连接在所述底座1的底部；水膜厚度测量设备4，包括壳体41和光纤电缆42，所述壳体41的下端与所述连接孔11螺纹连接，上端设有过滤腔43，所述过滤腔43内置有透水石，所述过滤腔43的上端设有若干个进水口431；所述壳体41内还设有用于测量过滤腔43内水压力的压敏传感器；所述光纤电缆42的一端与压敏传感器连接，另一端从所述连接孔11中引出。

全文数据：水泥混凝土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道路新建水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置及安装方法，用于实时监测水泥混凝土铺面表面的水膜厚度状况。背景技术降雨在铺面表面形成的水膜可显著降铺面的抗滑能力，这使得车辆或飞机的制动距离更长，更容易发生侧滑与水漂等危险状况，极大地威胁了车辆与飞机的行驶安全性。目前，我国的道路及机场会定期采用连续式或定点式测试设备对铺面的摩擦系数和构造深度进行检测，以保障铺面的行驶安全性。但由于测试仪器本身的限制，检测值与铺面在实际使用过程中提供的抗滑能力仍然有一定差异。为弥补这种差异，进一步提高车辆或飞机的行驶安全性，有必要对铺面上水膜厚度进行实时监测，辅助道路管理者进行决策，并为道路使用者提供预警。新建水泥混凝土铺面表面水膜厚度监测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。其中光纤压敏水膜厚度传感器通过将水压力的变化量转化为光波长的变化量，并利用解调技术将其转化为可识别的数字信号，在此基础上经过温度和气压修正以及精确标定，即可实现对水膜厚度的高精度测量。此传感器具有尺寸小、抗干扰、传输距离远、无需供电、实时快速、测量精度高的特点。光纤压敏传感器特别脆弱、抗剪能力差、存活率低，无法布设在铺面表面直接使用，需要进行封装使其满足新建水泥混凝土铺面的需要。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。因此，根据铺面水膜厚度监测的需求，本发明对光纤压敏传感器和温度传感器进行了封装设计，提供了一种预埋于新建水泥混凝土铺面中，不会产生FOD风险，可实时精确地监测路面湿滑状态的水膜厚度单点监测装置。发明内容本发明要解决的第一个技术问题是提供一种水泥混凝土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，本发明提供一种水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，包括：底座，所述底座上沿轴向设有连接孔；加强杆，所述加强杆设有若干根，固接在所述底座的外壁上并沿周向均匀布置；定位杆，所述定位杆设有若干根，连接在所述底座的底部；水膜厚度测量设备，包括壳体和光纤电缆，所述壳体的下端与所述连接孔螺纹连接，上端设有过滤腔，所述过滤腔内置有透水石，所述过滤腔的上端设有若干个进水口；所述壳体内还设有用于测量过滤腔内水压力的压敏传感器，所述光纤电缆的一端与压敏传感器连接，另一端从所述连接孔中引出。优选地，还包括工装件，所述工装件的顶端设有内六角凹槽，底端设有与所述连接孔螺纹配合的连接部。优选地，所述工装件的形状呈圆台形或棱台形，且上端面面积大于下端面面积。优选地，所述底座的形状呈圆柱形或棱柱形。优选地，所述连接孔内设有内螺纹，其规格为M14～M24，深35～50mm。优选地，所述定位杆的由螺纹钢筋制成，长度8～20cm，直径10～20mm。优选地，所述加强杆由螺纹钢筋制成，长度8～20cm，直径10～20mm。优选地，所述壳体内设有温度计，所述温度计与所述光纤电缆连接。本发明要解决的第二个技术问题是提供一种水泥混凝土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、在水泥碎石基层中植入若干根定位杆，将底座固定在定位杆的顶端；S2、在工装件表面涂抹脱模剂，将工装件固定安装在底座上，工装件的连接部与底座的连接孔螺纹连接；S3、浇筑水泥混凝土，待水泥混凝土初凝后，将预埋工装件拆除，留下水膜厚度测量设备的安装空间；S4、调试水膜厚度测量设备，确保其在正常工作状态；S5、将水膜厚度测量设备安装在底座上，旋转调节水膜厚度测量设备的高度位置，使其顶端与铺面表面的距离≤1mm；S6、在安装空间的底部填充胶粘剂；S7、待胶粘剂固化后，在安装空间的剩余部分填充水泥砂浆。优选地，在步骤S4中，水膜厚度测量设备调试完成后，在其顶部粘贴保护胶带；在步骤S7中，待水泥砂浆充分硬化后，去除保护胶带。如上所述，本发明涉及的水泥混凝土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：本发明精确地获取了水泥混凝土铺面表面的水膜厚度，实时地感知了路面的湿滑状态并可据此对道路表面抗滑能力进行评估，进而辅助道路管理者进行决策，为道路使用者提供预警。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为工装件安装在底座上的状态示意图。图3为底座的结构示意图。图4为图3的主视图。图5为图4的俯视图。图6为工装件的结构示意图。图7为图6的主视图。图8为图6的俯视图。图9为水膜厚度测量设备的结构示意图。图10为图9的主视图。图11为图9的俯视图。元件标号说明1底座11连接孔2加强杆3定位杆4水膜厚度测量设备41壳体411第一外螺纹42光纤电缆43过滤腔431进水口5工装件51内六角凹槽52连接部521第二外螺纹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11所示，本发明提供一种水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，包括底座1、加强杆2、定位杆3和工装件5。如图1至图5所示，所述底座1由金属制成，形状呈圆柱形或棱柱形，所述底座1的内部沿轴向开设有连接孔11，所述连接孔11内设有内螺纹，其规格为M14～M24，深度为35～50mm。如图1至图5所示，所述加强杆2设有若干根，固接在所述底座1的外壁上并沿周向均匀布置，所述加强杆2预埋在水泥混凝土中，确保在浇筑水泥混凝土后，底座1不会移动。所述加强杆2由螺纹钢筋制成，长度8～20cm，直径10～20mm。在一种实施方式中，所述加强杆2设有四根，焊接在所述底座1的外壁上。如图1和图2所示，所述定位杆3设有若干根，定位杆3的底端植入在水泥碎石基层内，顶端连接在所述底座1的底部，并且均匀布置，用于固定底座1的标高。优选地，所述定位杆3的由螺纹钢筋制成，长度8～20cm，直径10～20mm。在一种实施方式中，所述定位杆3设有四根，将所述底座1焊接或者绑扎在所述定位杆3上。如图1、图2、图9至图11所示，所述水膜厚度测量设备4包括壳体41和光纤电缆42，所述壳体41由金属制成，所述壳体41的下端设有第一外螺纹411，第一外螺纹411与所述连接孔11螺纹连接，第一外螺纹411长度为30～40mm，所述水膜厚度测量设备4的长8～15cm，底面为直径1.5～3cm的圆形，或边长为1.5～3cm的正方形。所述壳体41的上端设有过滤腔43，过滤腔43可通过环氧树脂等粘接材料与壳体41的端部粘接固定，所述过滤腔43内置有透水石，所述过滤腔43的上端设有若干个进水口431，进水口431的直径为2～5mm，铺面上的水从进水口431进入过滤腔43内，经透水石过滤掉泥沙。所述壳体41内设有容腔，在容腔内安装有压敏传感器，所述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，压敏传感器抵接在所述过滤腔43内，压敏传感器用于测量过滤腔43内水压力从而可以计算出铺面表面厚度，所述光纤电缆42的一端与压敏传感器连接，另一端从所述连接孔11中引出，所述光纤电缆42的类型包括但不限于铠装光纤、护套光纤。所述壳体41内还设有温度计，所述温度计与所述光纤电缆42连接，由于水压进入壳体41内会改变频率，温度发生变化，因此设置温度计测量壳体41的实时温度，从而进行温度补偿，得到准确的压力数值。如图1、图2、图6至图8所示，由于水泥混凝土浇筑时用量较大，直接将所述水膜厚度测量设备4安装在底座1上，容易损坏工装件5，因此本发明还设置了工装件5，所述工装件5与所述底座1配合使用，所述工装件5的顶端设有内六角凹槽51，底端设有凸起的连接部52，所述连接部52设有第二外螺纹521，并与所述连接孔11的内螺纹连接，内六角凹槽51的规格为M20～M30，深15～25mm。将工装件5安装在所述底座1上，浇筑水泥混凝土，在水泥混凝土初凝后通过六角扳手通过内六角凹槽51中将工装件5旋转拆除。为了便于拆除工装件5，将所述工装件5的形状设置成圆台形或棱台形，且上端面面积大于下端面面积。本发明还提供一种水泥混凝土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、在水泥混凝土浇筑前，在水泥碎石基层中植入若干根定位杆3，采用焊接或绑扎的方式将底座1固定在定位杆3的顶端。S2、在工装件5表面涂抹脱模剂，将工装件5固定安装在底座1上，工装件5的连接部52旋入底座1的内螺孔连接孔11中，使工装件5紧密固定在底座1上。S3、浇筑水泥混凝土，待水泥混凝土初凝后，使用内六角扳手通过预埋工装件5顶部的内六角凹槽51将工装件5拆除，留下水膜厚度测量设备4的安装空间。S4、清除安装空间内的污水和杂物，疏通底座1的内螺纹连接孔11，然后调试水膜厚度测量设备4，确保其在正常工作状态，并在其顶部粘贴保护胶带。S5、将水膜厚度测量设备4安装在底座1上，使壳体41的下端与连接孔11螺纹连接，旋转调节水膜厚度测量设备4的高度位置，使其顶端与铺面表面的距离≤1mm，即水膜厚度测量设备4与铺面表面齐平或者比铺面低1mm以内。S6、在安装空间的底部填充胶粘剂，胶粘剂选用环氧树脂，高度可为3cm。S7、待胶粘剂固化后，在安装空间的剩余部分填充搅拌均匀的标号525的硅酸盐膨胀水泥砂浆，水泥砂浆由水泥、中砂、水混合而成，其比例为1：1：0.3，待水泥砂浆充分硬化后，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。

权利要求：1.一种水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于，包括：底座1，所述底座1上沿轴向设有连接孔11；加强杆2，所述加强杆2设有若干根，固接在所述底座1的外壁上并沿周向均匀布置；定位杆3，所述定位杆3设有若干根，连接在所述底座1的底部；水膜厚度测量设备4，包括壳体41和光纤电缆42，所述壳体41的下端与所述连接孔11螺纹连接，上端设有过滤腔43，所述过滤腔43内置有透水石，所述过滤腔43的上端设有若干个进水口431；所述壳体41内还设有用于测量过滤腔43内水压力的压敏传感器，所述光纤电缆42的一端与压敏传感器连接，另一端从所述连接孔11中引出。2.根据权利要求1所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：还包括工装件5，所述工装件5的顶端设有内六角凹槽51，底端设有与所述连接孔11螺纹配合的连接部52。3.根据权利要求2所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述工装件5的形状呈圆台形或棱台形，且上端面面积大于下端面面积。4.根据权利要求1所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述底座1的形状呈圆柱形或棱柱形。5.根据权利要求1所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述连接孔11内设有内螺纹，其规格为M14～M24，深35～50mm。6.根据权利要求1所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述定位杆3的由螺纹钢筋制成，长度8～20cm，直径10～20mm。7.根据权利要求1所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述加强杆2由螺纹钢筋制成，长度8～20cm，直径10～20mm。8.根据权利要求1所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置，其特征在于：所述壳体41内设有温度计，所述温度计与所述光纤电缆42连接。9.一种权利要求1至8中任一项所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在水泥碎石基层中植入若干根定位杆3，将底座1固定在定位杆3的顶端；S2、在工装件5表面涂抹脱模剂，将工装件5固定安装在底座1上，工装件5的连接部52与底座1的连接孔11螺纹连接；S3、浇筑水泥混凝土，待水泥混凝土初凝后，将预埋工装件5拆除，留下水膜厚度测量设备4的安装空间；S4、调试水膜厚度测量设备4，确保其在正常工作状态；S5、将水膜厚度测量设备4安装在底座1上，旋转调节水膜厚度测量设备4的高度位置，使其顶端与铺面表面的距离≤1mm；S6、在安装空间的底部填充胶粘剂；S7、待胶粘剂固化后，在安装空间的剩余部分填充水泥砂浆。10.根据权利要求9所述的水泥混凝土铺面表面水膜厚度单点监测装置的安装方法，其特征在于：在步骤S4中，水膜厚度测量设备4调试完成后，在其顶部粘贴保护胶带；在步骤S7中，待水泥砂浆充分硬化后，去除保护胶带。

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