專利名稱：瀝青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試剪切強(qiáng)度的儀器，尤其是涉及一種瀝青路面層間剪切強(qiáng)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(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度。
對瀝青路面層間剪切強(qiáng)度進(jìn)行檢測的電動剪切儀，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)有電動剪切儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分或多或少存在重量重、使用不便等缺陷，不能實現(xiàn)室內(nèi)、室外均能進(jìn)行試驗兩種功能，而其數(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剪切強(qiáng)度檢測儀，其機(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，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 一種瀝青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，包括底座、驅(qū)動電機(jī)、由驅(qū)動電機(jī)通過傳動件帶動剪切件進(jìn)行剪切試樣的推動件以及對剪切件作用在被測試試樣上的剪切力進(jìn)行實時檢測的力傳感器，所述傳動件安裝在底座上，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)采集及控制系統(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)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)。
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)行連接的水平向螺桿；力傳感器安裝在螺桿與所述推動件之間；所述推動件由水平向推動桿和通過上下滑動帶動剪切件進(jìn)行剪切試樣的滑套，推動桿一端與螺桿相接且其另一端與滑套固定連接，滑套套裝在
所述被檢測剪切件外側(cè)；所述水平向推動桿外側(cè)套裝有導(dǎo)座且導(dǎo)座安裝在底座上。
所述推動件上設(shè)置有回零機(jī)構(gòu)。
所述蝸輪蝸桿通過箱體固定在底座的上方左部，螺桿與所述蝸輪蝸桿之間通過梯形螺紋進(jìn)行連接，力傳感器和推動桿之間通過頂桿進(jìn)行連接，所述力傳感器、推動桿以及滑套從左至右依次連接固定在螺桿右端。
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)套裝在蝸輪和箱體內(nèi)部且其與箱體之間通過止推軸承進(jìn)行連接。
所述蝸輪位于箱體內(nèi)部中部，所述止推軸承的數(shù)量為兩個且其分別套裝在蝸輪和蝸輪左右兩側(cè)的箱體之間。
所述剪切件下部為半圓柱狀且其與被測試試樣相接觸，剪切件上部為圓柱狀且其套裝在滑套內(nèi)部。
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
5傳感器接所述數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)。
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、合理，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，其上部箱體即箱體和下部底座均釆用鋁合金制造，只有內(nèi)部受力部分釆用45鋼制造，因而儀器總重量小于15千克，攜帶和搬運(yùn)非常方便；③除能夠方便完成現(xiàn)場試驗外，本檢測儀在底座上安裝了室內(nèi)試驗試樣卡頭，因而能夠在室內(nèi)完成試驗，并且卡頭結(jié)構(gòu)簡單，容易操作；④剪切件的高度可以根據(jù)需要隨時調(diào)整，適用于不同高度粘結(jié)層試驗的需要；另外，剪切件結(jié)構(gòu)為半圓形構(gòu)件，試驗時受力面小，容易與試樣切緊，保證粘結(jié)層實現(xiàn)水平面剪切。2、數(shù)據(jù)釆集和分析系統(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(qiáng)大的處理能力，MSP430系列單片機(jī)是16位單片機(jī)，釆用了精簡指令集(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(yùn)行環(huán)境溫度-40 85。C，運(yùn)行穩(wěn)定且可靠性高； 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(yùn)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)對剪切力與位移等各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實時地采集分析與處理，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
6發(fā)明不僅能夠應(yīng)用于施工現(xiàn)場實時檢測，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，可以看到剪切強(qiáng)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
l一底座4一蝸桿；7—蝸輪；IO—力傳感器；13—剪切件；17—頂桿；20—零點調(diào)節(jié)螺母'
2—箱體；
5—止推軸承；
8—步進(jìn)電機(jī)；
ll一推動桿；
14一滑套；
18—位移傳感器;
3—蝸桿帶輪；
6—螺桿；
9一同步帶；
12—定位釘；
16—導(dǎo)座；
19一回零調(diào)整桿;
具體實施例方式
如圖l所示，本發(fā)明包括底座l、驅(qū)動電機(jī)、由驅(qū)動電機(jī)通過傳動件帶動剪切件13進(jìn)行剪切試樣的推動件、對剪切件13作用在被測試試樣上的剪切力進(jìn)行實時檢測的力傳感器10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18，所述傳動件安裝在底座1上；還包括對力傳感器10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IO和位移傳感器18均接所述數(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)8,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)，本實施例中，所述MSP430單片機(jī)為單片機(jī)MSP430F149。所述剪切件13下部為半圓柱狀且其與被測試試樣相接觸，剪切件13上部為圓柱狀且其套裝在滑套14內(nèi)部。本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)對力傳感器IO和位移傳感器18所測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后即可得出剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)和剪切位移數(shù)據(jù)，通過剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)和剪切位移數(shù)據(jù)即可得到被檢測瀝青路面層間的剪切剛度。
所述傳動件包括由步進(jìn)電機(jī)8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)行連接的水平向螺桿6。所述步進(jìn)電機(jī)8具體是通過同步帶9驅(qū)動蝸桿4動作，螺桿6對應(yīng)套裝在蝸輪7和箱體2內(nèi)部且其與箱體2之間通過止推軸承5進(jìn)行連接。所述蝸輪7位于箱體2內(nèi)部中部，所述止推軸承5的數(shù)量為兩個且其分別套裝在蝸輪7和蝸輪7左右兩側(cè)的箱體2之間。所述力傳感器10安裝在螺桿6與所述推動件之間；所述推動件由水平向推動桿11和通過滑動帶動剪切件13進(jìn)行剪切試樣的滑套14,推動桿11 一端與螺桿6相接且其另 一端與滑套14固定連接，滑套14套裝在所述被檢測剪切件外側(cè)；所述水平向推動桿11外側(cè)套裝有導(dǎo)座16且導(dǎo)座16安裝在底座1上。所述推動件上設(shè)置有回零機(jī)構(gòu)，本實施例中，所述回零機(jī)構(gòu)為與滑套14固定在一起的縱向回零調(diào)整桿19,所述回零調(diào)整桿19底部與安裝在位移傳感器18上的水平桿相接且二者間通過零點調(diào)節(jié)螺母20進(jìn)行連接。
本實施例中，所述蝸輪蝸桿通過箱體2固定在底座1的上方左部，螺桿6與所述蝸輪蝸桿之間通過梯形螺紋進(jìn)行連接，力傳感器10和推動桿11之間通過頂桿17進(jìn)行連接，所述力傳感器IO、推動桿11以及滑套14從左至右依次連接固定在螺桿6右端。
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
8的PI. 5/TA0、 PI. 6/TA1和PI. 7/TA2三個管腳分別與芯片D12的i5、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PI. 4/SMCLK管腳與芯片 D12的^T管腳相接。芯片D12的SMCLK和阮管腳分別經(jīng)電阻R3和R2后 接電源端；芯片D12GND、 ALE和5管腳均接地且其Vout3. 3、 VCC、 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,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^ 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與剪切件13下 部半圓形切緊，用膨脹螺栓將底座1固定后，對整個系統(tǒng)進(jìn)行上電；由步 進(jìn)電機(jī)8通過蝸輪蝸桿和螺桿6相配合驅(qū)動推動件帶動剪切件13進(jìn)行剪 切試樣，在進(jìn)行剪切試樣過程中，接在螺桿6與推動桿11之間的力傳感 器IO實時對剪切件13作用在被測試試樣上的剪切力進(jìn)行檢測，并且所述 位移傳感器18也實時對被測試試樣的位移進(jìn)行檢測，同時力傳感器10和 位移傳感器18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 理得出剪切強(qiáng)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)實時顯示不同剪切速度和 數(shù)據(jù)釆集頻率下的剪切力波形圖即剪切力變化曲線(剪切力隨剪切時間變 化)，根據(jù)剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)和位移傳感器18所測得數(shù)據(jù)即可得到剪切剛度。
其中，被檢測試樣剪切強(qiáng)度的計算公式如下T = f,式中r一一剪切 強(qiáng)度；p, — 一最大剪切力；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所輸入的剪切過程中所釆集的數(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)傳送所檢測的剪切 強(qiáng)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)8工作。剪 切試驗之前，剪切試樣的剪切速度可以通過上位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)置；剪切試 驗完成之后，由于所述推動件上設(shè)置有回零機(jī)構(gòu)，則通過上位機(jī)控制可以 將剪切件13恢復(fù)到初始位置即位移傳感器18的零位，以備下次剪切使用， 具體是先由上位機(jī)通過控制步進(jìn)電機(jī)8相應(yīng)調(diào)整回零調(diào)整桿19，通過調(diào)整 回零調(diào)整桿19將剪切件13粗調(diào)恢復(fù)到初始位置附近，之后再通過調(diào)整零 點調(diào)節(jié)螺母20將剪切件13精確調(diào)整至初始位置。
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)。
10
權(quán)利要求
1. 一種瀝青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，包括底座(1)、驅(qū)動電機(jī)、由驅(qū)動電機(jī)通過傳動件帶動剪切件(13)進(jìn)行剪切試樣的推動件以及對剪切件(13)作用在被測試試樣上的剪切力進(jìn)行實時檢測的力傳感器(10)，所述傳動件安裝在底座(1)上，其特征在于還包括對力傳感器(10)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(10)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)(8)，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剪切強(qiáng)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所述的新青路面層間剪切強(qiáng)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剪切強(qiáng)度檢測儀，其 特征在于所述傳動件包括由步進(jìn)電機(jī)(8)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)行連接的水平向螺桿(6);力傳感器(10)安 裝在螺桿(6)與所述推動件之間；所述推動件由水平向推動桿(11)和 通過滑動帶動剪切件(13)進(jìn)行剪切試樣的滑套(14),推動桿(11) 一 端與螺桿(6)相接且其另一端與滑套(14)固定連接，滑套(14)套裝 在所述被檢測剪切件外側(cè)；所述水平向推動桿(11)外側(cè)套裝有導(dǎo)座(16 ) 且導(dǎo)座(16)安裝在底座(1)上。
5. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的新青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，其 特征在于所述推動件上設(shè)置有回零機(jī)構(gòu)。
6. 按照權(quán)利要求4所述的新青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，其特征在于 所述蝸輪蝸桿通過箱體(2)固定在底座(1)的上方左部，螺桿(6)與 所述蝸輪蝸桿之間通過梯形螺紋進(jìn)行連接，力傳感器(10 )和推動桿(11 )之間通過頂桿(l7)進(jìn)行連接，所述力傳感器(10)、推動桿(11)以及 滑套(14)從左至右依次連接固定在螺桿(6)右端。
7. 按照權(quán)利要求6所述的瀝青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，其特征在于 所述步進(jìn)電機(jī)(8)通過同步帶(9)驅(qū)動蝸桿(4)動作，螺桿(6)對應(yīng) 套裝在蝸輪(7)和箱體(2)內(nèi)部且其與箱體(2)之間通過止推軸承(5) 進(jìn)行連接。
8. 按照權(quán)利要求7所述的源青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，其特征在于 所述蝸輪(7)位于箱體(2)內(nèi)部中部，所述止推軸承(5)的數(shù)量為兩 個且其分別套裝在蝸輪(7)和蝸輪(7)左右兩側(cè)的箱體(2)之間。
9. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的新青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，其 特征在于所述剪切件(13)下部為半圓柱狀且其與被測試試樣相接觸， 剪切件(13)上部為圓柱狀且其套裝在滑套(14)內(nèi)部。
10. 按照權(quán)利要求1、 2或3所述的新青路面層間剪切強(qiáng)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(18),所述位移傳感器(18)接所述數(shù)據(jù)釆集及控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種瀝青路面層間剪切強(qiáng)度檢測儀，包括底座、驅(qū)動電機(jī)、由驅(qū)動電機(jī)通過傳動件帶動剪切件剪切試樣的推動件及對剪切力進(jìn)行實時檢測的力傳感器，所述傳動件安裝在底座上，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)以及與所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)相接的上位機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，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。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，能有效對被檢測剪切件進(jìn)行實時監(jiān)測和控制且測試精度大大提高。
文檔編號G01N3/24GK101464239SQ200910020868
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)