專利名稱：瀝青路面層間抗拉強度檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗拉強度檢測裝置，尤其是涉及一種新青路面層間抗 拉強度檢測儀。
背景技術(shù)：
根據(jù)瀝青路面的施工特點，首先施工完成碎石層，接著再在所形成碎 石層上撒乳化瀝青后鋪設(shè)瀝青基層，之后在所鋪設(shè)瀝青基層上撒乳化瀝青 后鋪設(shè)瀝青面層，因此，在碎石層與瀝青基層之間便會形成游歷粘結(jié)層， 并且在瀝青基層與瀝青面層之間也會形成面層粘結(jié)層。據(jù)資料統(tǒng)計分析， 上述兩個粘結(jié)層對路面的使用性能影響很大。因此，控制施工過程中粘結(jié) 層的施工質(zhì)量具有重要的意義。實踐中，評定粘結(jié)層質(zhì)量的指標(biāo)大多釆用 的是粘結(jié)層的抗剪強度、粘結(jié)強度和抗拉強度。
對瀝青路面層間抗拉強度進(jìn)行檢測的抗拉強度檢測儀，主要由機(jī)械機(jī) 構(gòu)以及與該機(jī)械結(jié)構(gòu)配套使用的數(shù)據(jù)釆集和分析系統(tǒng)組成，但現(xiàn)有檢測儀 的機(jī)械部分沒有夾持被檢測件的夾緊機(jī)構(gòu)，而是將一個拉盤通過環(huán)氧樹脂 粘在被測試件上表面，這樣不僅時間很長，而且受室外環(huán)境溫度影響很大， 另外，每做完一個試樣，要將拉盤與試樣分離及清理拉盤表面殘留物也相 當(dāng)費工費時，使用很不方便，且不具備室內(nèi)、室外均能試驗兩種功能，其 數(shù)據(jù)釆集和分析系統(tǒng)也不同程度地存在測試精度較低且自動化程度不高 等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一 種瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，其機(jī)械結(jié)構(gòu)合理、體積小、重量輕且自
4動化程度高、使用操作簡便，能有效對被檢測件進(jìn)行實時監(jiān)測和控制且測 試精度大大提高，同時在室內(nèi)室外均能進(jìn)行試驗。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種新青路面層間抗 拉強度檢測儀，包括機(jī)架、驅(qū)動電機(jī)、固定在機(jī)架內(nèi)側(cè)底部的用于夾持被 檢測件的夾緊機(jī)構(gòu)、位于所述夾緊機(jī)構(gòu)上方且由驅(qū)動電機(jī)通過傳動件向上 拉拔被檢測件的拉拔機(jī)構(gòu)以及對作用在被檢測件上的拉拔力進(jìn)行實時檢
測的力傳感器，其特征在于還包括對力傳感器所檢測信號進(jìn)行分析處理 并根據(jù)處理結(jié)果相應(yīng)對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)，以及與 所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)相接的上位機(jī)；力傳感器接所述數(shù)據(jù)釆集及控制 系統(tǒng)，所述驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，所述數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)為MSP430單 片機(jī)且其與所述上位機(jī)之間通過USB接口進(jìn)行雙向通信。
所述MSP430單片機(jī)為MSP430F14x系列單片機(jī)。
所述MSP430單片機(jī)為單片機(jī)MSP430F149。
所述傳動件包括由步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的蝸輪蝸桿以及與所述蝸輪蝸 桿通過螺紋進(jìn)行連接的豎向螺桿組成；力傳感器安裝在螺桿與所述拉拔機(jī) 構(gòu)之間；所述拉拔機(jī)構(gòu)由固定在力傳感器下方的豎向拉桿和對被檢測件進(jìn) 行拉拔的拉拔卡盤，拉拔卡盤固定在拉桿下方。
還包括固定在所述機(jī)架內(nèi)側(cè)上部且對螺桿上端部位置進(jìn)行實時檢測 的限位開關(guān)，所述限位開關(guān)接所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。
所述機(jī)架由位于底部的下底座以及從下至上依次安裝在下底座上的 上底座、中機(jī)架、隔板和頂蓋；所述步進(jìn)電機(jī)通過同步帶驅(qū)動蝸桿動作， 螺桿對應(yīng)從上至下依次套裝在隔板、蝸輪和中機(jī)架內(nèi)部中部，螺桿與隔板 和中機(jī)架之間均通過止推軸承進(jìn)行連接；豎向拉桿和拉拔卡盤均位于上底 座內(nèi)部。
所述拉拔卡盤與拉桿之間通過聯(lián)結(jié)螺母進(jìn)行連接。 所述夾緊裝置為從四周對被檢測件進(jìn)行夾緊的夾片。 所述夾片的數(shù)量為三個且三個夾片呈均勻布設(shè)。還包括對所述被測試試樣位移進(jìn)行實時檢測的位移傳感器，所述位移 傳感器接所述數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)；所述傳動件上設(shè)置有回零機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點，1、主要由機(jī)械機(jī)構(gòu)以及與該 機(jī)械結(jié)構(gòu)配套使用的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)組成，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單合理且各 部分連接緊湊，主要存在以下優(yōu)點①結(jié)構(gòu)簡單，主要釆用傳遞力矩大的 蝸輪蝸桿傳動副和絲杠螺母傳動副。②重量輕，上部箱體釆用鋁合金制造,
下部受力部分采用成型鋼材制造；儀器總重量小于15千克，攜帶和搬運
方便。③拉拔卡盤采用獨特式的三卡片結(jié)構(gòu)，容易卡緊試樣不易脫落和滑 移，越拉越緊，同時安裝和拆卸方便，能夠快速完成瀝青路面層間抗拉強 度檢測。④安裝了室內(nèi)底座，可以完成實驗室內(nèi)部的試驗，實現(xiàn)了檢測儀
在現(xiàn)場和室內(nèi)都能完成試驗的功能要求。2、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)具體釆 用MSP430單片機(jī)，它是一種16位超低功耗的混合信號處理器(Mixed Signel Processor)，其將許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一 個芯片上，以提供"單片"解決方案，其主要特點有①超低功耗，MSP430 系列單片機(jī)堪稱目前世界上功耗最低的單片機(jī)，其應(yīng)用系統(tǒng)可以做到用一 枚電池使用10年；②強大的處理能力，MSP430系列單片機(jī)是16位單片機(jī)， 采用了精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)；③高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模 塊；④系統(tǒng)工作穩(wěn)定，MSP430單片機(jī)均為工業(yè)級器件，運行環(huán)境溫度_40~ 85°C,運行穩(wěn)定且可靠性高；⑤方便且高效的開發(fā)環(huán)境，目前應(yīng)用較為廣 泛的是FLASH型，器件內(nèi)部有JTAG調(diào)試接口 ，還有可電擦寫的FLASH存 儲器，可以通過JTAG接口將程序下載到FLASH內(nèi)，同時也可以JTAG接口 控制程序運行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài)，整個開發(fā)過程可在同一個軟件集成環(huán) 境中進(jìn)行。3、數(shù)據(jù)釆集和分析系統(tǒng)與上位機(jī)之間通過USB接口進(jìn)行雙向 通信，總之，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對拉拔力與位移等各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實時地釆集 分析與處理，其數(shù)據(jù)檢測部分主要利用USB軟、硬接口技術(shù)，實現(xiàn)了計算 機(jī)即上位機(jī)的實時檢測和控制功能，同時開發(fā)相應(yīng)的計算機(jī)應(yīng)用程序，實 現(xiàn)了測試儀的自動化程度；另外，本發(fā)明不僅能夠應(yīng)用于施工現(xiàn)場實時檢
6測，而且還可以應(yīng)用于實驗室室內(nèi)試驗，不僅能夠完成釆集數(shù)據(jù)而且還具 備實時顯示的功能，可以看到拉拔強度隨位移變化的曲線，提高了測試的 精度和自動化程度。
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)的電路原理圖。 附圖標(biāo)記說明
1—-下底座；2 —-夾片；3—-上底座；
4—-拉拔卡盤；5 —-聯(lián)結(jié)螺母；6 —-拉桿；
7 —-力傳感器；8 —-螺桿；9 —-步進(jìn)電機(jī)；
10-一帶輪；11-一頂蓋；12-—提手；
13-一限位開關(guān)；14-一隔板；15-一止推軸承；
16-_蝸輪；17-一蝸桿；18-一內(nèi)六角圓柱頭螺栓;
19-一同步帶；20-_中機(jī)架。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括機(jī)架、驅(qū)動電機(jī)、固定在機(jī)架內(nèi)側(cè)底部的用 于夾持被檢測件的夾緊機(jī)構(gòu)、位于所述夾緊機(jī)構(gòu)上方且由驅(qū)動電機(jī)通過傳 動件向上拉拔被檢測件的拉拔機(jī)構(gòu)、對作用在被檢測件上的拉拔力進(jìn)行實
時檢測的力傳感器7以及對所述被測試試樣位移進(jìn)行實時檢測的位移傳感 器，還包括對力傳感器7所檢測信號進(jìn)行分析處理并根據(jù)處理結(jié)果相應(yīng)對 驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)，以及與所述數(shù)據(jù)釆集及控制系 統(tǒng)相接的上位機(jī)；力傳感器7與所述位移傳感器均接所述數(shù)據(jù)采集及控制 系統(tǒng)，所述驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)9,所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)為MSP430 單片機(jī)且其與所述上位機(jī)之間通過USB接口進(jìn)行雙向通信。所述MSP430單片機(jī)為MSP430F14x系列單片機(jī)。本實施例中，所述MSP430單片機(jī)為單片機(jī)MSP430F149。
所述傳動件包括由步進(jìn)電機(jī)9進(jìn)行驅(qū)動的蝸輪蝸桿以及與所述蝸輪蝸桿通過螺紋進(jìn)行連接的豎向螺桿8;力傳感器7安裝在螺桿8與所述拉拔機(jī)構(gòu)之間；所述拉拔機(jī)構(gòu)由固定在力傳感器7下方的豎向拉桿6和對被檢測件進(jìn)行拉拔的拉拔卡盤4組成，拉拔卡盤4固定在拉桿6下方。另外，本發(fā)明還包括固定在所述機(jī)架內(nèi)側(cè)上部且對螺桿8上端部位置進(jìn)行實時檢測的限位開關(guān)13,所述限位開關(guān)13接所述數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)。
本實施例中，所述機(jī)架由位于底部的下底座1以及從下至上依次安裝在下底座1上的上底座3、中機(jī)架20、隔板14和頂蓋11;所述步進(jìn)電機(jī)9通過同步帶19驅(qū)動蝸桿17動作，螺桿8對應(yīng)從上至下依次套裝在隔板14、蝸輪16和中機(jī)架20內(nèi)部中部，螺桿8與隔板14和中機(jī)架20之間均通過止推軸承15進(jìn)行連接；豎向拉桿6和拉拔卡盤4均位于上底座3內(nèi)部。所述中機(jī)架20通過內(nèi)六角圓柱頭螺栓18安裝在上底座3上方，并且頂蓋11的上方中部安裝有提手12，所述步進(jìn)電機(jī)9上安裝有帶輪10。所述拉拔卡盤4與拉桿6之間通過聯(lián)結(jié)螺母5進(jìn)行連接。
所述夾緊裝置為從四周對被檢測件進(jìn)行夾緊的夾片2。本實施例中，所述夾片2的數(shù)量為三個且三個夾片2呈均勻布設(shè)。
結(jié)合圖2,所述單片機(jī)MSP430F149通過USB接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，所述USB接口芯片為芯片D12，單片機(jī)MSP430F149的P5. 0、 P5. 1、 P5. 2、P5. 3、 P5. 4/MCLK、 P5. 5/SMCLK、 P5. 6/ACLK與P5. 7/TboutH八個數(shù)據(jù)輸出端分別對應(yīng)與芯片D12的D0-D7八個數(shù)據(jù)輸入端相接；單片機(jī)MSP430F149的PI. 5/TA0、 PI. 6/TA1和PI. 7/TA2三個管腳分別與芯片D12的^5、麗和AO三個管腳相接；單片機(jī)MSP430F149的PI. 3/TA2管腳經(jīng)電阻R4后接芯片D12的SUSPEND管腳;單片機(jī)MSP430F149的Pl. 4/SMCLK管腳與芯片D12的,管腳相接。芯片D12的SMCLK和麗管腳分別經(jīng)電阻R3和R2后接電源端；芯片D12GND、 ALE和^管腳均接地且其Vout3. 3、 VCC、
8和DMACK管腳均接電源端。芯片D12的D+管腳經(jīng)電阻R5和R8后以及其D-管腳經(jīng)電阻R10和R9后均接地且D+和D-管腳分別經(jīng)電阻R5和R10后接芯片Jl的第3和第2管腳，所述芯片Jl的第4管腳接地。芯片D12的XTAL2和XTAL1管腳接晶振Y3且二者分別經(jīng)電容C7和C6后接地，芯片D12的i5T管腳經(jīng)電阻R6后接電源端且其經(jīng)電阻R7后接地，芯片D12的^E管腳經(jīng)發(fā)光二極管LED1和電阻R20后與電源端相接。
本發(fā)明的工作過程是首先將被測試試樣即被檢測件通過夾片2即卡頭緊緊抓緊并固定在下底座1的底部中部，并使得拉拔卡盤4與被測試試樣對準(zhǔn)，以減小誤差；并且試驗過程中，整個儀器應(yīng)該盡量保持水平，不能晃動。同時，在對被測試試樣進(jìn)行裝夾時，應(yīng)保證一定的預(yù)緊力，以防止在拉拔的過程中被測試試樣脫落。然后，對整個系統(tǒng)進(jìn)行上電；由步進(jìn)電機(jī)9通過同步帶19驅(qū)動蝸桿渦輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，從而帶動螺桿8、拉桿6、聯(lián)結(jié)螺母5、拉拔卡盤4等實現(xiàn)拉拔功能；在拉拔過程中，安裝在螺桿8與所述拉拔機(jī)構(gòu)之間的力傳感器7實時對所述拉拔機(jī)構(gòu)作用在被檢測件上的拉拔力進(jìn)行檢測，并且所述位移傳感器也實時對被測試試樣的位移進(jìn)行檢測，同時力傳感器7和位移傳感器同步將其所檢測數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)MSP430F149進(jìn)行分析處理得出拉拔強度數(shù)據(jù)，單片機(jī)MSP430F149同步將其處理結(jié)果通過USB接口具體是D12芯片傳送至上位機(jī)，由上位機(jī)相應(yīng)實時顯示不同拉拔速度和數(shù)據(jù)釆集頻率下的拉拔力波形圖即拉拔力變化曲線(拉拔力隨剪切時間變化)。其中，被檢測試樣拉拔強度的計算公式如
j — max
下—了，式中CT — 一拉拔強度；一 —最大拉拔力；A—一被檢測試樣截面積。上位機(jī)的主要作用是將單片機(jī)MSP430F149所輸入的拉拔過程中所釆集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解封裝、實時波形顯示、對整個數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)開始、停止進(jìn)行控制，同時還設(shè)置一些相應(yīng)的控制參數(shù)以及最終的數(shù)據(jù)分析處理工作。
實際應(yīng)用過程中，在單片機(jī)MSP430F149向上位機(jī)傳送所檢測的拉拔
9強度數(shù)據(jù)前，先要對USB設(shè)備即USB接口進(jìn)行初始化，完成上位機(jī)的枚舉過程；之后，單片機(jī)MSP430F149再向上位機(jī)發(fā)送釆集到的數(shù)據(jù)；另外，單片機(jī)MSP430F149根據(jù)上位機(jī)的要求(命令)控制步進(jìn)電機(jī)9工作。拉拔試驗之前，拉拔速度可以通過上位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)置；拉拔試驗完成之后，由于所述傳動件上設(shè)置有回零機(jī)構(gòu)，則通過上位機(jī)控制可以將拉拔卡盤4恢復(fù)到初始位置，以備下次拉拔使用。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，包括機(jī)架、驅(qū)動電機(jī)、固定在機(jī)架內(nèi)側(cè)底部的用于夾持被檢測件的夾緊機(jī)構(gòu)、位于所述夾緊機(jī)構(gòu)上方且由驅(qū)動電機(jī)通過傳動件向上拉拔被檢測件的拉拔機(jī)構(gòu)以及對作用在被檢測件上的拉拔力進(jìn)行實時檢測的力傳感器(7)，其特征在于還包括對力傳感器(7)所檢測信號進(jìn)行分析處理并根據(jù)處理結(jié)果相應(yīng)對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，以及與所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)相接的上位機(jī)；力傳感器(7)接所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)(9)，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)為MSP430單片機(jī)且其與所述上位機(jī)之間通過USB接口進(jìn)行雙向通信。
2. 按照權(quán)利要求1所述的瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，其特征在于 所述MSP430單片機(jī)為MSP430F14x系列單片機(jī)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，其特征在于 所述MSP430單片機(jī)為單片機(jī)MSP430F149。
4. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，其 特征在于所述傳動件包括由步進(jìn)電機(jī)(9)進(jìn)行驅(qū)動的蝸輪蝸桿以及與 所述蝸輪蝸桿通過螺紋進(jìn)行連接的豎向螺桿(8)組成；力傳感器(7)安 裝在螺桿(8)與所述拉拔機(jī)構(gòu)之間；所述拉拔機(jī)構(gòu)由固定在力傳感器(7) 下方的豎向拉桿(6)和對被檢測件進(jìn)行拉拔的拉拔卡盤(4),拉拔卡盤(4)固定在拉桿(6)下方。
5. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，其 特征在于還包括固定在所述機(jī)架內(nèi)側(cè)上部且對螺桿(8)上端部位置進(jìn) 行實時檢測的限位開關(guān)(13),所述限位開關(guān)(13)接所述數(shù)據(jù)釆集及控 制系統(tǒng)。
6. 按照權(quán)利要求4所述的瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，其特征在于所述機(jī)架由位于底部的下底座(1)以及從下至上依次安裝在下底座(1) 上的上底座(3)、中機(jī)架(20)、隔板(14)和頂蓋(11);所述步進(jìn)電機(jī)(9)通過同步帶(19)驅(qū)動蝸桿(l7)動作，螺桿(8)對應(yīng)從上至下依次套裝在隔板(14)、蝸輪(16)和中機(jī)架(20)內(nèi)部中部，螺桿(8) 與隔板(l4)和中機(jī)架(20)之間均通過止推軸承(15)進(jìn)行連接；豎向 拉桿(6)和拉拔卡盤(4)均位于上底座(3)內(nèi)部。
7. 按照權(quán)利要求4所述的瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，其特征在于 所述拉拔卡盤(4)與拉桿(6)之間通過聯(lián)結(jié)螺母(5)進(jìn)行連接。
8. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的莉青路面層間抗拉強度檢測儀，其 特征在于所述夾緊裝置為從四周對被檢測件進(jìn)行夾緊的夾片(2)。
9. 按照權(quán)利要求8所述的新青路面層間抗拉強度檢測儀，其特征在于 所述夾片(2)的數(shù)量為三個且三個夾片(2)呈均勻布設(shè)。
10. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的幼青路面層間抗拉強度檢測儀，其 特征在于還包括對所述被測試試樣位移進(jìn)行實時檢測的位移傳感器，所 述位移傳感器接所述數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)；所述傳動件上設(shè)置有回零機(jī) 構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種瀝青路面層間抗拉強度檢測儀，包括機(jī)架、驅(qū)動電機(jī)、夾緊機(jī)構(gòu)、位于夾緊機(jī)構(gòu)上方且由驅(qū)動電機(jī)通過傳動件向上拉拔被檢測件的拉拔機(jī)構(gòu)及對作用在被檢測件上的拉拔力進(jìn)行實時檢測的力傳感器，還包括對力傳感器所檢測信號進(jìn)行分析處理并根據(jù)處理結(jié)果相應(yīng)對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，以及與數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)相接的上位機(jī)；力傳感器接數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)為MSP430單片機(jī)且其與上位機(jī)之間通過USB接口進(jìn)行雙向通信。本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)合理、體積小、重量輕且自動化程度高、使用操作簡便，能有效對被檢測件進(jìn)行實時監(jiān)測和控制且測試精度大大提高。
文檔編號G01N19/00GK101464249SQ20091002086
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者呂彭民, 浩 吳, 宋緒丁 申請人:長安大學(xué)