土石坝坝料压实质量实时监测装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103061323A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103061323103061323A(43)申请公布日2013.04.24(21)申请号201310036698.8(22)申请日2013.01.30(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人刘东海王爱国(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人刘国威(51)Int.Cl.E02D1/00(2006.01)E02D3/046(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书8页说明书8页附图2页附图2页(54)发明名称土石坝坝料压实质量实时监测装置(57)摘要本发明涉及水利水电工程领域大坝施工质量控制领域，为提供适用于土石坝坝料的，既能实现坝料压实质量实时监测，又能将监测信息远程发送至数据库可供后续质量评估应用，并能实现工地远程监控的装置，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，土石坝坝料压实质量实时监测装置：包括碾轮加速度监测模块、GPS定位模块、数据处理模块，碾轮加速度监测模块的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；加速度频谱数据和当前采样时间传输到数据处理模块中。本发明主要应用于水利水电工程。CN103061323ACN10362ACN103061323A权利要求书1/2页1.一种土石坝坝料压实质量实时监测装置，其特征是，包括碾轮加速度监测模块、GPS定位模块、数据处理模块；碾轮加速度监测模块的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；加速度传感器采集到的碾压机碾轮加速度时域模拟信号经信号模数转换，转换成时域数字信号，进而将加速度时域数字信号进行快速傅里叶变换(FFT)，得到碾轮振动加速度的频谱数据，然后将加速度频谱数据和当前采样时间传输到数据处理模块中；GPS定位模块包括GPS接收机、GPS卫星天线和差分无线电天线，GPS卫星天线安装在碾压机上，用于接收GPS信号，以确定碾压机的位置，GPS定位模块安装在尽量靠近碾轮中心点，差分无线电天线用于接收GPS基准站的差分信号，用于GPS接收机作实时动态差分(Real-timeKinematic，RTK)，用于获得碾压机的实时位置坐标，并将当前采样时间及其相应的碾压机位置坐标传送到数据处理模块；数据处理模块根据接收到的碾轮振动加速度频谱数据及对应的采样时刻，分析计算当前采样时刻的碾轮振动的基频及压实指标值CV；并将从GPS定位模块接收到的当前采样时间及其对应的碾压机位置坐标，计算得到的基频和CV，以及由该数据处理模块的标识码ID确定的所安装碾压机的标识进行输出。2.如权利要求1所述的土石坝坝料压实质量实时监测装置，其特征是，还包括有：无线传输模块(DTU)、车载显示模块、碾压机电源模块和数据库服务器；无线传输模块(DTU)将数据处理模块发送过来的当前采集时间及其对应的碾压机位置坐标、碾压机标识、当前采样时刻的基频和CV值实时地传送到远程数据库服务器中，以备后续质量评估与控制应用；碾压机电源模块通过将碾压机自身的电源电压转化成数据处理模块所需要的电压并供给数据处理模块，数据处理模块根据GPS定位模块、车载显示模块、无线传输模块(DTU)及碾轮加速度监测模块所需的不同电压，经变压后再分别向各模块供电；车载显示模块安装在碾压机驾驶室内，实时接收从数据模块发送过来的当前采样时刻及其所对应的碾轮振动的基频及压实指标值CV，并在液晶屏上显示当前采样时刻的压实指标值CV和碾轮振动基频，供碾压机司机查看，以辅助其操作；若当CV值未达到设定的控制标准时，需进行补碾、降低碾压机行车速度或改变碾压机振动频率等措施，以确保坝料压实质量。3.如权利要求1所述的土石坝坝料压实质量实时监测装置，其特征是，数据处理模块主要由FLASH存储器、RAM存储器、CPU构成，GPS定位模块发送过来的当前采样时间及其对应的碾压机位置坐标，以及碾轮加速度监测模块发送过来的碾轮振动加速度频谱数据及当前采样时间放入FLASH存储器中进行缓存，RAM存储器用来临时存贮数据，再通过缓存，把上述数据通过“栈”的方式发送给CPU，由CPU对数据进行计算和处理，CPU的计算和处理包括：(1)根据碾轮振动加速度频谱数据及对应的采样时刻，可分析得到当前采样时刻的碾轮振动的基频及压实指标值CV，具体分析过程如下：首先，比较当前采样时刻加速度信号的各种频率及其对应的幅值，找出最大幅值所对应的频率即为碾压机振动的基频。然后，计算压实质量的表征指标CV，即：2CN103061323A权利要求书2/2页上式中，A0、A2分别为加速度频谱信号中基频和二次谐波即二倍基频对应的幅值；n为常数。CV值越大，压实质量越好。根据设计所要求的