емкостный способ определения толщины асфальтобетонного покрытия

Формула изобретения

Емкостный способ определения толщины покрытия, преимущественно асфальтобетонного, на проводящем основании, заключающийся в измерении емкости между электродом, расположенным над поверхностью покрытия, и проводящим основанием, причем электрод перемещают над поверхностью покрытия и измеряют текущие значения емкости при заданных расстояниях между электродом и поверхностью покрытия, полученную зависимость значений емкости от расстояния между электродом и поверхностью покрытия сравнивают с расчетными, взятыми из базы предварительно рассчитанных зависимостей емкости от расстояния между электродом и поверхностью покрытия для любых допустимых значений толщины Н_р покрытия и допустимых значений диэлектрической проницаемости покрытия, а в качестве определяемого значения толщины покрытия выбирают такое значение Н_р, при котором удовлетворяется условие < _o,

где - среднеквадратичное отклонение измеренной зависимости от расчетной;

_o - заданное среднеквадратичное отклонение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения толщины непроводящего или плохо проводящего покрытия на проводящем основании, и может быть использовано, преимущественно для определения толщины асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог.

Известен радиолокационный метод определения толщины дорожного покрытия с помощью георадара "ГРОТ" (разработка ОАО "МКНТ", г.Троицк, Моск. обл.).

Недостатком указанного способа являются высокие материальные затраты по изготовлению сложного оборудования и сложность обработки отраженного сигнала. По этим причинам исследования в этом направлении не вышли из стадии лабораторных проработок.

Известен способ определения толщины асфальтобетонного покрытия (см. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989, с.57, п.10.40). Недостатком способа является необходимость повреждения асфальтобетонного покрытия, так как предусматривается взятие пробы в виде керна посредством бурения и последующего измерения толщины слоя взятой пробы.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, взятого за прототип, является емкостный способ определения толщины покрытий на проводящем основании, заключающийся в том, что измеряют емкость между проводящим основанием и электродом измерительного устройства (авторское свидетельство СССР №1634988, G 01 В 7/06, 1991 г.). Недостатком данного способа является высокая трудоемкость. В данном случае не применимы классические формулы для расчета емкости. Математическая зависимость емкости от всевозможных параметров неизвестна, поэтому для ее расчета используются несколько постоянных величин, полученных эмпирическим путем, что требует значительного количества экспериментов.

Задачей, решаемой изобретением, является уменьшение трудоемкости определения толщины асфальтобетонного покрытия емкостным способом.

Сущность изобретения состоит в следующем. Предлагается емкостный способ определения толщины покрытия, преимущественно асфальтобетонного, на проводящем основании, заключающийся в измерении емкости между электродом, расположенным над поверхностью покрытия, и проводящим основанием, причем, электрод перемещают над поверхностью покрытия и измеряют текущие значения емкости при заданных расстояниях между электродом и поверхностью покрытия, полученную зависимость значений емкости от расстояния между электродом и поверхностью покрытия сравнивают с расчетными, взятыми из базы предварительно рассчитанных зависимостей емкости от расстояния между электродом и поверхностью покрытия для любых допустимых значений толщины Н_р покрытия и допустимых значений диэлектрической проницаемости покрытия, а в качестве определяемого значения толщины покрытия выбирают такое значение Н_р, при котором удовлетворяются условия ₀, где

- среднеквадратичное отклонение измеренной зависимости от расчетной,

_o - заданное среднеквадратичное отклонение.

Наличие отличительных признаков предлагаемого способа относительно прототипа позволяет считать его новым.

Изобретательский уровень предлагаемого решения состоит в том, что определение толщины асфальтобетонного покрытия осуществляется без предварительного осуществления множества экспериментов. Впервые удалось измерение толщины асфальтобетонного покрытия произвести без его повреждения. При этом одновременно способ выполняет еще одну функцию - определяет диэлектрическую проницаемость асфальтобетонного покрытия в точке зондирования.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ.

На фиг.2 показаны кривые зависимости емкости от расстояния между электродом измерительного устройства и поверхностью асфальтобетонного покрытия.

Физическая основа способа заключается в измерении на низкой частоте, примерно 1000 Гц электрической емкости между электродом 1 и электродом 2 (см. фиг.1). Электрод 1 заземлен на обочине дороги 3 за пределами слоя асфальтобетонного покрытия 4. С помощью специального механизма 5 позиционирования электрод 2 перемещается, например, перпендикулярно поверхности покрытия 4. При этом, на наперед заданных расстояниях h производят измерения текущих значений емкости конденсатора между электродами 1 и 2 с помощью измерительного устройства 6. Электрод 1 представляет собой металлический стержень. Электрод 2 представляет собой металлический диск.

Результатом такого точечного зондирования является кривая зондирования - зависимость значений емкости от расстояния между электродом 2 и поверхностью асфальтобетонного покрытия (см. фиг.2). Измеряемая емкость зависит только от трех параметров - известного расстояния h между электродом 2 и поверхностью асфальтобетонного покрытия 4, неизвестного значения толщины Н асфальтобетонного покрытия 4, неизвестного значения диэлектрической проницаемости асфальтобетонного покрытия 4. Все конструктивные слои дорожной одежды, залегающие под покрытием 4, не оказывают никакого влияния на значение измеряемой емкости конденсатора. Зафиксированные значения измеряемой емкости связаны функциональной зависимостью

C_иi=F[(H+h_i), ],

где h_i - значения заданных расстояний между электродом измерительного устройства и поверхностью асфальтобетонного покрытия,

С_иi - текущее значение емкости между проводящим основанием и электродом измерительного устройства, соответствующее значению h _i,

Н - толщина асфальтобетонного покрытия,

- диэлектрическая проницаемость асфальтобетонного покрытия.

Далее сравнивают функциональную зависимость С _иi=F[(Н+h_i), ] с расчетными, взятыми из базы предварительно рассчитанных функциональных зависимостей C_pi=F[(H _p+h_i), _р], где

C_pi - расчетное значение емкости между проводящим основанием и электродом измерительного устройства, соответствующее значению h _i,

Н_р - допустимые значения толщины асфальтобетонного покрытия,

_р - допустимые значения диэлектрической проницаемости исследуемого асфальтобетонного покрытия.

В предлагаемом способе используется подход, основанный на решении обратной задачи.

С помощью разработанных специальных средств математического моделирования рассчитывается теоретическое значение емкости C_pi для любых значений Н _р, h_i и _р, от которых она зависит. Программа позволяет в режиме реального времени осуществлять перебор и сравнение теоретической и экспериментальной кривой зондирования. Те значения неизвестных параметров слоя асфальтобетона, при которых кривые совпадают наилучшим образом, и является решением поставленной задачи.

Таким образом, в качестве определяемого значения толщины асфальтобетонного покрытия выбирают значение Н _р, при условии _o, где

- среднеквадратичное отклонение функциональной зависимости C_иi=F[(H+h_i), ] от расчетной функциональной зависимости C _pi=F[(H_p+h_i ), _р],

_o - заданное среднеквадратичное отклонение.

При этом автоматически определяется и значение асфальтобетонного покрытия.

Предлагаемый способ был использован при определении толщины асфальтобетонного покрытия реальной автодороги. Результаты приведены на фиг.2. Здесь представлены и экспериментальная и теоретические кривые зондирования. Наилучшее совпадение измеренных и рассчитанных сигналов достигается при толщине покрытия 6,5 см и диэлектрической проницаемости 7,9. Эти значения и являются решением обратной задачи. Следует отметить, что подбор значений параметров выполнен с хорошей точностью. Среднеквадратичное отклонение экспериментальной кривой от ближайшей теоретической составляет 3,5%. Отбор керна позволил установить, что фактическая толщина покрытия равна 6,5-7 см, что подтверждает правильность результатов зондирования.

Теоретические оценки, подтвержденные данными натурных экспериментов, показали, что разрешающая способность способа в горизонтальном направлении не превышает 0,5 м. Это означает, что если для какой-то точки автодороги определены толщина асфальтобетонного покрытия и диэлектрическая проницаемость материала покрытия, то значения этих параметров действительны на расстоянии 0,5 м. Таким образом, независимое определение толщины и диэлектрической проницаемости можно проводить с шагом 0,5 м.

Передвигая электрод 2 измерительного устройства параллельно поверхности асфальтобетонного покрытия, можно определять его толщину в динамике, что повышает производительность способа.