【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于沥青路面监测，涉及一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料及检测方法。
技术介绍
1、高等级公路建设中，沥青路面已成为最主要的一种路面类型，但是随着交通量的增加，以及在环境荷载与车辆荷载的共同作用下，沥青路面的耐久性受到严重影响，因此疲劳破坏已成为沥青路面破坏的主要方式。沥青路面在经受长期的重复荷载后，路面结构内部出现不同程度的损伤并逐渐累积，最终反映到路表，主要表现形式为裂缝、掉粒等破坏形式。然而，就目前而言，研究者们对沥青路面的疲劳破坏研究大多局限于室内，主要集中于从材料自身出发提高其疲劳寿命。而在沥青路面实际服役的过程中，沥青路面的实际使用寿命因在车辆和环境等多重荷载因素作用下而远低于沥青路面的设计使用寿命，并且公路工作者无法对沥青路面在车辆荷载作用下所产生疲劳破坏进行实时检测和精准预判，往往需要疲劳破坏反映到路面表面之后才能得知其发生，从而错过了最佳的养护维修时间，且在一定程度上增加了行车的危险性。
2、现有技术中的智能骨料多通过压电材料的变形和压电感应现象，实现单一轴向道路路面后期下沉变形和受力的监测，不能做到在动态条件下，对沥青路面环境因素及结构状态的监测。路面内部埋置线路的方式对路面进行监测和数据传输的方法，则增加了线路损坏、数据传输障碍的风险，并且影响了路面结构的整体性和稳定性，不能在动态复杂条件下的有效运行。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中不能做到在动态条件下，对沥青路面环境因素及结构状态的监测的问题，提供一种沥青路面结
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术提出的一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料，包括空心结构的骨料外壳；在所述骨料外壳的内部设有处理沥青路面数据的控制器；在所述控制器的第一端口连接有供电模块，第二端口连接有通信模块，第三端口连接有温湿度检测装置，第四端口连接有姿态采集装置，所述供电模块、所述通信模块、所述温湿度检测装置和所述姿态采集装置均安装在骨料外壳内部。
4、优选地，位于所述骨料外壳的内部在所述控制器、所述供电模块、所述通信模块、所述温湿度检测装置和所述姿态采集装置的之间设有填充材料。
5、优选地，所述填充材料为环氧材料。
6、优选地，所述姿态采集装置包括三轴自由加速器和角度传感器，所述三轴自由加速度和角度传感器均与所述处理器相连。
7、优选地，在所述骨料外壳上开设有用于检测路面温湿度的检测口。
8、优选地，所述骨料外壳为尼龙材质。
9、优选地，将天然骨料依次进行冲洗、烘干，基于天然骨料的三维模型进行3d打印，得到3d打印聚合物骨料，即为所述骨料外壳。
10、本专利技术提出的一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料的检测方法，包括如下步骤：
11、将处理器、供电模块、通信模块、温湿度检测装置及姿态采集装置安装在骨料外壳的内部；
12、采用供电模块为处理器供电，获取温湿度检测装置的温湿度数据及姿态采集装置的角度变化和加速度数据；
13、处理器接收温湿度检测装置及姿态采集装置的数据进行处理，采用通信模块将采集的数据传输至上位机，实现对智能骨料的检测。
14、优选地，所述骨料外壳采用在130℃至160℃的温度下采用尼龙材质制成。
15、优选地，在采集的角度变化和加速度数据前对姿态采集装置进行校准。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、本专利技术提出的一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料，将处理器、供电模块、通信模块、温湿度检测装置和姿态传感器均安装在空心结构的骨料外壳中，骨料外壳将其与沥青混合料分离，用于保护内部电子器件。采用骨料外壳模量与真实集料相近，能够很好得融于沥青混合料中，壳体材料具有类天然骨料的表面纹理且能够与沥青材料形成满足要求的粘附性。供电模块为控制器供电，采用控制器控制整个装置稳定工作，采用姿态采集装置感知骨料的加速度和角度的信息，采用温湿度检测装置用于感知沥青路面内部温度和湿度，采用通信模块将骨料收集到的数据传输到外接的上位机上。因此，将智能骨料加入沥青混合料中，完成沥青路面铺筑后，在车辆行驶过程中，姿态采集装置感应智能骨料的角度变化和加速度信息，通过控制器处理得到具体姿态信息，温湿度检测装置检测温度和湿度等环境信息，并通过通信模块将其检测到的信息传输到上位机进行数据分析，根据分析结果得到路面实际环境状况和骨料在荷载作用下的响应特征。该骨料能够与沥青混合料良好融合，并实时监测沥青混合料中骨料的运动状态、姿态以及服役环境温湿度，有利于监测和评估沥青路面的实时服役状态，能够解决现有技术存在的问题。
18、进一步地，所有元器件由填充材料包裹，然后包裹在骨料外壳内，不易损坏，沥青混合料拌和铺筑时成活率高。
19、进一步地，在骨料外壳上开设有用于检测路面温湿度的检测口，便于温湿度传感器检测路面结构内部的温湿度，能够与外界有更充分的接触，测量的温湿度更加准确，减小检测误差。
20、进一步地，尼龙作为3d打印骨料的打印材料的性能最为优异。随着温度的升高，三种3d打印骨料的可承受最大荷载逐渐降低，同时，尼龙作为3d打印骨料的打印材料在三种聚合物材料中可承受最大荷载最高。
21、本专利技术提出的一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料的检测方法，在拌和过程中，姿态采集装置感应智能骨料的角度变化和加速度信息，通过控制器处理得到具体姿态信息，温湿度检测装置感应温度和湿度信息，通过通信模块将信息发送给上位机进行分析沥青混合料拌和过程骨料变化情况，最终得到沥青路面的状况信息。
22、进一步地，校准完成后，加速器校准成功后，无论模块如何放置，静止时，含重力加速度的模值应接近9.8m/s2。磁场校准成功后，无论模块如何放置或转动，磁场的模值应始终为25到55之间的一个稳定数值。
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1.一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，包括空心结构的骨料外壳(1)；在所述骨料外壳(1)的内部设有处理沥青路面数据的控制器(3)；在所述控制器(3)的第一端口连接有供电模块(4)，第二端口连接有通信模块(5)，第三端口连接有温湿度检测装置(6)，第四端口连接有姿态采集装置(7)，所述供电模块(4)、所述通信模块(5)、所述温湿度检测装置(6)和所述姿态采集装置(7)均安装在骨料外壳(1)内部。
2.根据权利要求1所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，位于所述骨料外壳(1)的内部，在所述控制器(3)、所述供电模块(4)、所述通信模块(5)、所述温湿度检测装置(6)和所述姿态采集装置(7)的之间设有填充材料(2)。
3.根据权利要求2所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，所述填充材料(2)为环氧材料。
4.根据权利要求1所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，所述姿态采集装置(7)包括三轴自由加速器和角度传感器，所述三轴自由加速度和角度传感器均与所述处理器(3)相连。
5.根据权利
6.根据权利要求1所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，所述骨料外壳(1)为尼龙材质。
7.根据权利要求6所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，将天然骨料依次进行冲洗、烘干，基于天然骨料的三维模型进行3D打印，得到3D打印聚合物骨料，即为所述骨料外壳(1)。
8.一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料的检测方法，其特征在于，采用权利要求1～7中任意一项所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料的检测方法，其特征在于，所述骨料外壳(1)采用在130℃至160℃的温度下采用尼龙材质制成。
10.根据权利要求8所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料的检测方法，其特征在于，在采集的角度变化和加速度数据前对姿态采集装置(7)进行校准。
...【技术特征摘要】
1.一种沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，包括空心结构的骨料外壳(1)；在所述骨料外壳(1)的内部设有处理沥青路面数据的控制器(3)；在所述控制器(3)的第一端口连接有供电模块(4)，第二端口连接有通信模块(5)，第三端口连接有温湿度检测装置(6)，第四端口连接有姿态采集装置(7)，所述供电模块(4)、所述通信模块(5)、所述温湿度检测装置(6)和所述姿态采集装置(7)均安装在骨料外壳(1)内部。
2.根据权利要求1所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，位于所述骨料外壳(1)的内部，在所述控制器(3)、所述供电模块(4)、所述通信模块(5)、所述温湿度检测装置(6)和所述姿态采集装置(7)的之间设有填充材料(2)。
3.根据权利要求2所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，所述填充材料(2)为环氧材料。
4.根据权利要求1所述的沥青路面结构内部状态监测智能骨料，其特征在于，所述姿态采集装置(7)包括三轴自由加速器和角度传感器，所述三轴自由加速度和角度传感器均与所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶治军，黄哲骁，何书进，陶毅荣，蔡平，董冠男，肖月，王凤，夏建龙，吴迪，陈立，
申请(专利权)人：葛洲坝湖北襄荆高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：
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