ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МНОГОСЛОЙНЫХ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель относится к области мониторинга автомобильных дорог в процессе их эксплуатации, в частности к наблюдению за накоплением остаточных и обратимых деформаций в земляном полотне и конструктивных слоях дорожной одежды.
Известны аналоги, комплекс автоматизированного мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкций» (см. RU №68694 G01N 3/02 опубликовано 27.11.2007 г.).
Наиболее близким является «Устройство для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции» (см. RU №121585 G01N 3/02 опубликовано 27.10.2012 г.), включающее измерительное устройство в виде зонда с размещенными внутри датчиками и снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, при этом зонд содержит внешнюю цельную металлическую трубку и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками, в верхней части металлопластиковой трубки расположен разъем для подключения к персональному компьютеру и передачи данных, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнено кремнийорганическим компаундом.
Недостатком данного устройства является то, что количество измерительных плат должно соответствовать количеству слоев, а так как толщина слоев покрытия дорожных одежд зачастую примерно равна длине платы, то появляется необходимость расположения плат вплотную друг к другу. При этом если толщина слоя менее длины платы, есть риск не попадания чувствительных элементов в область максимального значения магнитного поля магнитной сборки. Так же недостатком является то, что большое количество плат подразумевает применение проводных соединений, не надежных в местах крепления с измерительными платами.
Кроме того по опыту эксплуатации было выявлено неудобство закладки межслойных дисков магнитными сборками вниз, что вызывает дополнительные работы по формированию углубления в месте закладки магнитной сборки.
Задачей полезной модели является, облегчение монтажа электронных компонентов измерительного устройства и повышение их надежности, оптимизация расположения измерительных плат в слоях дорожной конструкции, а так же упрощение установки межслойных дисков.
Конструкция измерительного устройства состоит из внешней цельной металлической трубки и внутренней металлопластиковой трубки, с закрепленными в ней на специальном каркасе датчиками, например, аналоговые прецизионные датчики Холла.
Электронная система для измерения накопления остаточных деформаций в слоях дорожной конструкции работает по следующему принципу: магнитная система из двух кольцевых магнитов, заключенных в герметический корпус магнитной сборки, имеет участок с линейно меняющейся вдоль оси системы индукцией магнитного поля. При перемещении магнитной сборки относительно датчиков индукция магнитного поля в точке их установки изменяется и, соответственно, изменяет напряжение на выходе датчика Холла, которое регистрируется, например, цифровым вольтметром.
Питание измерительного устройства осуществляется через верхний разъем от одной свинцовой необслуживаемой аккумуляторной батареи и от стандартного порта USB переносного компьютера.
Сущность полезной модели заключается в том, что измерительное устройство для определения остаточных деформаций многослойных дорожных конструкций, включающее внешнюю цельную металлическую трубку, с размещенными снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками и разъемом для подключения к персональному компьютеру, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнена кремнийорганическим компаундом, при этом измерительное устройство содержит единую универсальную измерительную плату для верхних слоев покрытий с расположенными на ней измерительными датчиками и магнитные сборки располагаются сверху, относительно межслойного диска.
Техническим результатом является упрощение закладки измерительного устройства в дорожную конструкцию в связи с установкой межслойных дисков обоймой для кольцевых магнитов вверх, оптимизация и повышение надежности благодаря объединению измерительных плат в единую универсальную плату, где для упрощения закладки измерительного устройства в дорожную конструкцию, особенно в монолитные слои, на основании опыта закладки было предложено магнитную сборку устанавливать поверх межслойного диска, то есть, по сути перевернуть магнитную сборку, которая скреплена с межслойным диском на 180°. Данное отличие позволяет не формировать углубление в слое для установки магнитных сборок.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 - схема комплекса мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции, фиг.2 - схема расположения основных компонентов и измерительных плат в устройстве.
Измерительное устройство для определения остаточных деформаций многослойных дорожных конструкций представляет собой помещенное в конструкцию дорожной одежды 1 измерительное устройство, состоящее из внешней цельной металлической трубки 2 и внутренней металлопластиковой трубки 3, с закрепленными в ней на специальном каркасе измерительными датчиками 4. На внешнюю металлическую трубку 2 в процессе строительства, устанавливаются магнитные сборки 5, состоящие из двух кольцевых магнитов 6 в металлической оболочке и межслойных дисков 7, нижний торец устройства имеет заостренную форму, свободно погружаемый в грунт, и плоский верхний торец, совмещенный с поверхностью дорожного покрытия 8 с завинченной пробкой 9, открывающий доступ к разъему 10 для подключения к персональному компьютеру. Внутренняя полость 11 между металлопластиковой трубкой 3 и электронными компонентами и измерительными датчиками 4 заполнена кремнийорганическим компаундом. Диаметр металлопластиковой трубки 3 меньше внутреннего диаметра металлической трубки 2 на 1 мм для свободного размещения при монтаже.
Внешняя металлическая трубка 2 может быть изготовлена из титана (нержавеющая стали, латуни). Разница между диаметрами внешней и внутренней трубок составляет 1 мм. Материал и параметры конструкции выбраны с учетом требуемой прочности (изгибной), минимального влияния на процессы деформирования дорожной конструкции, магнитной прозрачности и долговечности. Измерительные устройства устанавливаются с необходимым интервалом и остаются в дорожной конструкции.
Межслойные металлические диски 7 выполнены в единой конструкции с магнитной сборкой 5 и нанизаны на внешнюю металлическую трубу-2. Количество дисков 7 может быть различным и соответствует количеству слоев дорожной конструкции 1 (При необходимости межслойные диски 7 могут устанавливаться и внутри слоев). Зазор между поверхностью внешней металлической трубкой 2 устройства и внутренней поверхностью магнитной сборки 5 составляет 1 мм, он не может быть меньшим для обеспечения скольжения магнитной сборки 5 вдоль устройства, и не может быть большим для уменьшения влияния горизонтального смещения сборки 5 на величину магнитного поля в точке измерения. Внутри магнитной сборки 5 находятся кольцевые магниты 6 из сплава SmCo или NdFeB.
Верхние слои дорожной одежды из асфальтобетона, как правило, схожи и все имеют не большую толщину, например на автомагистрали М-4 «Дон» 3 верхних слоя составляют 5, 7 и 8 см. При размещении измерительных плат около каждого слоя возникала необходимость устанавливать платы вплотную друг с другом. В связи с этим было принято решение о создании универсальной платы, которая объединит в себе одиночные платы для верхних слоев покрытий. На универсальной плате с равным шагом будут располагаться чувствительные элементы, которые будут охватывать весь диапазон магнитного поля от магнитных сборок, установленных на 3-4 верхних слоях (зависит от конструкции). Универсальность состоит в том, что есть возможность применять данную плату в различных конструкциях дорожной одежды. Нижние слои дорожной конструкции могут иметь большой разброс по толщине, поэтому платы для нижних слоев остаются для данного измерительного устройства отдельными.
Способ измерения вертикальных перемещений состоит в замере изменения уровня магнитного поля, создаваемого магнитной сборкой 5, относительно измерительных датчиков 4 по мере перемещения диска 7.
Закладка устройства начинается с момента завершения строительства земляного полотна. Первым этапом работ является бурение скважины диаметром равным диаметру внешней металлической трубки 2 и глубиной равной длине устройства. В свою очередь длина устройства зависит от толщины дорожной одежды 1 и заглубления устройства в грунт земляного полотна. Затем в подготовленную скважину помещается внешняя металлическая трубка 2. Последующие этапы закладки совпадают с устройством слоев дорожной одежды и заключаются в поднятии устройства на высоту укладываемого слоя специальным подъемным устройством и нанизывание на внешнюю металлическую трубку 2 магнитных сборок 5 с межслойными дисками 7. Поднятие металлической трубки 2 устройства производится до поверхности дорожного покрытия 9 и затем в нее помещают металло-пластиковую трубку 3 с измерительными датчиками 4.
Для упрощения закладки измерительного устройства в дорожную конструкцию, особенно в монолитные слои, на основании опыта закладки было предложено магнитную сборку 5 устанавливать поверх межслойного диска 7, то есть, по сути перевернуть магнитную сборку 5, которая скреплена с межслойным диском 7 на 180°. Данное отличие позволяет не формировать углубление в слое для установки магнитных сборок 5.
Измерительные датчики 4 надежно защищены от воздействия влаги, что повышает их надежность и долговечность.
Устройство позволяет с высокой точностью получать сведения о перемещениях слоев дорожной конструкции и между ними в процессе эксплуатации автомобильной дороги.