一种路面压力检测装置

技术领域

本公开涉及土木工程道路监测技术领域，尤其涉及路面压力检测装置。

背景技术

沥青路面是应用最广泛的一种路面结构型式，在道路车辆荷载的反复作用下沥青路面材料内部会出现应力损伤并不断积累导致沥青路面材料损伤，从而导致沥青路面的破坏。目前的沥青路面状况监测往往通过路面大型车辆通过来进行监测，监测频率低，很难实时感知路面状况的变化，因此只能监测到已经发生的病害，而对病害发生的过程无法监测。因此准确的监测沥青路面内部所受的应力状态可更好的研究沥青路面的力学行为，进而监测沥青路面的健康状态，为沥青路面的维修养护提供科学依据。

目前监测沥青路面内部的应力状态主要采用在沥青路面内部埋设应力应变片的方式，但这类应力应变片体积大并且安装施工困难易损坏，此外，由于长期的车辆行驶挤压，导致埋设于路面以下的应变片极易发生损伤，因而信号的准确度以及传输不可靠。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种路面压力检测装置。所述路面压力检测装置设置于待检测路面的内部，包括：壳体，所述壳体底部固定设置有电路板，所述电路板上设置有微型压力传感器、控制模块和无线通讯模块，其中，

所述微型压力传感器，用于检测作用在其上的压力信号；

所述控制模块分别与所述微型压力传感器和所述无线通讯模块电性连接，用于将检测到的压力信号转换成无线通讯信号；

所述无线通讯模块，用于发送所述无线通讯信号。

在一种可能的实现方式中，所述微型压力传感器包括硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器。

在一种可能的实现方式中，所述电路板上还设置有微型角度传感器，所述微型角度传感器与所述控制模块电性连接，所述微型角度传感器用于检测所述路面压力检测装置的倾斜角度。

在一种可能的实现方式中，所述微型角度传感器包括固体摆式角度传感器。

在一种可能的实现方式中，所述壳体的至少一个方向面由弹性材料制成，所述弹性材料的弹性模量小于预设值。

在一种可能的实现方式中，所述壳体的顶部和周围侧面部由弹性材料制成。

在一种可能的实现方式中，所述壳体的底部由刚性材料制成，所述刚性材料包括环氧玻璃布板和ABS树脂

在一种可能的实现方式中，所述壳体与所述电路板之间填充有介质。

在一种可能的实现方式中，所述介质包括硅胶或硅油。

在一种可能的实现方式中，所述壳体的外部还设有保护外壳，所述保护外壳由弹性材料制成。

在一种可能的实现方式中，所述弹性材料包括环氧树脂胶质以及石英砂材料，所述环氧树脂胶质与所述石英砂的质量比为2:1～3:1。

在一种可能的实现方式中，所述弹性材料的弹性模量包括2～3GPa。

在一种可能的实现方式中，所述保护外壳的内表面与所述壳体的形状相同，所述保护壳体的外表面呈不规则形状。

在一种可能的实现方式中，所述电路板包括刚性电路板。

在一种可能的实现方式中，所述保护外壳的外表面设置有电池安装槽，所述电池安装槽内设置有电源导线，所述电源导线与所述电路板电性连接。

在一种可能的实现方式中，所述保护外壳的不规则形状通过3D打印生成。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：路面压力检测装置体积小，且具有较高的承重性，能经受长时间的碾压，不容易发生损坏，可以将路面压力检测装置长期安装于待检测路面的内部，实时的检测路面承受的压力状况，因此可以用来更好的获取路面所受的应力状态，研究路面的力学行为。本公开实施例中，所述路面压力检测装置相较于传统的应力应变片，更容易安装于路面的内部，而不破坏路面的结构。此外，所述路面压力检测装置采用无线通讯的方式与外界联络，相较于传统的有线通讯方式，有线传输在路面内部很容易损坏，信号传输更加稳定有保障。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种路面压力检测装置的框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种路面压力检测装置的框图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种路面压力检测装置的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种路面压力检测装置的框图。参考图1所示，一种路面压力检测装置100，所述路面压力检测装置100设置于待检测路面的内部，包括：壳体，所述壳体底部固定设置有电路板104，所述电路板104上设置有微型压力传感器101、控制模块105和无线通讯模块103，其中，

所述微型压力传感器101，用于检测作用在其上的压力信号；

所述控制模块105分别与所述微型压力传感器101和所述无线通讯模块103电性连接，用于将检测到的压力信号转换成无线通讯信号；

所述无线通讯模块103，用于发送所述无线通讯信号。

本公开实施例中，所述微型压力传感器可以包括利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成的硅基MEMS(Microelectromechanical Systems，微机电系统)器件，还可以包括利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成型的方法制作完成的微型压力传感器。在一个示例中，所述微型压力传感器包括硅压阻式压力传感器，采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路，具有较高的测量精度。在另一个示例中，所述微型压力传感器包括硅电容式压力传感器，在硅片上制造出横隔栅状，上下二根横隔栅称为一组电容式压力传感器，上横隔栅受压力作用向下位移，改变了上下两根横隔栅的间距，以此改变板间电容量的大小。所述微型压力传感器在尺寸上远小于传统的应力应变片。在一个示例中，所述微型压力传感器的压力量程为100-2000kPa，测量精度为0.5％FS。

本公开实施例中，所述无线通讯模块可以包括红外线通讯、蓝牙通讯、wifi通信、ZigBee通讯以及NFC通讯中的至少一种。在一个示例中，所述无线通讯模块采用蓝牙无线信号传输装置，规格为4.0BLE,频段2.379～2.496GHz。本公开实施例中，所述待检测路面可以包括沥青路面、水泥混凝土路面和砌块路面。本公开实施例中，所述控制模块可以包括微控制单元(MCU)或其他转换电路，能够将检测到的压力信号转换成无线通讯信号。

本公开实施例中，所述微型压力传感器101、控制模块105、无线通讯模块103可以通过COB(Chip On Board)绑定的工艺固定在电路板上，实现电性连接。所述COB绑定工艺的流程是将已经测试好的晶圆植入到特制的电路板上，然后用金线将晶圆电路连接到电路板上，再将融化后具有特殊保护功能的有机材料覆盖到晶圆上来完成芯片的后期封装。在一个示例中，所述微型压力传感器101、控制模块105、无线通讯模块103可以通过AB胶固定在电路板上，实现更稳定的连接。在一种可能的实现方式中，所述电路板包括刚性电路板。

本公开实施例在工作的过程中，车辆在路面行驶时，给路面施加压力，该压力由路面传输至路面内部的路面压力检测装置的壳体上，壳体发生变形，将压力传输给微型压力传感器，由微型压力传感器检测作用在其上的压力信号。

本公开实施例中，路面压力检测装置体积小，且具有较高的承重性，能经受长时间的碾压，不容易发生损坏，可以将路面压力检测装置长期安装于待检测路面的内部，实时的检测路面承受的压力状况，因此可以用来获取路面所受的应力状态，更好的研究路面的力学行为。本公开实施例中，所述路面压力检测装置相较于传统的应力应变片，更容易安装于路面的内部，而不破坏路面的结构。此外，所述路面压力检测装置采用无线通讯的方式与外界联络，相较于传统的有线通讯方式，有线传输在路面内部很容易损坏，信号传输更加稳定有保障。

在一种可能的实现方式中，参考图1所示，所述电路板104上还设置有微型角度传感器102，所述微型角度传感器102与所述控制模块电性连接，所述微型角度传感器用于检测所述路面压力检测装置的倾斜角度。在一种可能的实现方式中，所述微型角度传感器包括固体摆式角度传感器。

本公开实施例中，所述微型角度传感器用于检测所述路面压力检测装置的倾斜角度，了解路面压力检测装置的安装角度，从而确定压力承重的方向，有利于更准确的获知压力的大小和方向等数据。

在一种可能的实现方式中，所述壳体呈密闭空腔结构，且所述壳体的至少一个方向面由弹性材料制成，所述弹性材料的弹性模量小于预设值。

图2是根据一示例性实施例示出的一种路面压力检测装置的框图。参考图2所示，所述壳体200呈密闭空腔结构，且所述壳体的至少一个方向面由弹性材料制成，所述弹性材料的弹性模量小于预设值。

本公开实施例中，所述壳体200呈密闭空腔结构，有利于将壳体受压产生的形变转换传输到微型压力传感器101上。在一种可能的实现方式中，所述密闭空腔结构为真空结构。在另一种可能的实现方式中，所述壳体200和电路板104之间填充有介质。在一个示例中，所述介质可以包括硅胶或硅油等。外界产生的压力作用于所述的传感器封装容器上引起封装容器的变形，压缩密闭容腔内的封装硅胶进而引起微型压力传感器的感应。

本公开实施例中，承载微型压力传感器101、控制模块105、无线通讯模块103的电路板104设置于壳体200的底部201。所述壳体200的至少一个方向面由弹性材料制成，具体包括：所述壳体200的四个侧面中的至少一个侧面或所述壳体200的顶面由弹性材料制成。在一个示例中，所述弹性材料包括低弹性模量的材料，包括但不限于硅胶材料、柔性塑料等。在另一个示例中，所述电路板104通过黏结材料固定于壳体200的底部201，所述黏结材料包括但不限于硅胶或树脂材料等。

在一种可能的实现方式中，所述壳体的顶部和周围侧面部由弹性材料制成。在壳体的顶部和周围侧面部均由弹性材料制成的情况下，路面压力检测装置能够更有效的检测外部的压力信号，将其传输至微型压力传感器。

在一种可能的实现方式中，所述壳体的底部由刚性材料制成，所述刚性材料包括环氧玻璃布板和ABS树脂。壳体底部采用刚性材料制成，相较于弹性材料，有利于保护底部承载的电路板，使得路面压力检测装置的结构更加的稳定。

图3是根据一示例性实施例示出的一种路面压力检测装置的框图，参考图3所示，所述壳体的外部还设有保护外壳300，所述保护外壳300由弹性材料制成。所述保护外壳300能够进一步的对其内部的微型压力传感器起保护作用。所述弹性材料可以包括环氧树脂胶质以及石英砂材料，所述环氧树脂胶与所述石英砂的质量比为2:1～3:1。固化后其弹性模量为2～3GPa。所述环氧树脂胶可以包括单组份耐高温环氧树脂胶，如型号为6103的耐高温环氧树脂胶。

在一种可能的实现方式中，所述保护外壳的内表面与所述壳体的形状相同，所述保护壳体300的外表面呈不规则形状。所述不规则的形状可以如石子、砂石等形状。在一种可能的实现方式中，可以采用三维扫描仪对真实集料如石子、砂石等和壳体200进行扫描，将获取的三维模型导入三维打印设备，打印出与集料相同的形状。在一个示例中，打印粒径尺寸为10mm～20mm。所述保护外壳300也可以呈规则的形状，如正方体、立方体等。

在一种可能的实现方式中，所述保护壳体300的外表面设置有电池安装槽302，所述电池安装槽302内设置有电源导线301，所述电源导线301与所述电路板通过金属化孔203电性连接。所述电池安装槽302内设有电源电池303。所述电源电池303可以包括磷酸铁锂电池，规格参数为3V@400mAh。

本公开实施例，采用真实集料的三维打印环氧树脂材料封装传感器，与路面的耦合性能良好且对路面的路面性能不产生影响，保证了测量结果的准确性，能够实时监测路面结构的受力状态。

本公开实施例能够检测路面结构受力状态，克服路面应力应变监测现有技术中压力传感器体积大、安装施工困难易损坏等技术问题。

本公开实施例采用无线蓝牙信号传输代替有线数据传输，克服沥青路面应力应变片类传感器有线数据传输线路损坏、数据传输障碍的风险。

本公开实施例采用真实集料的3D打印环氧树脂材料封装传感器，对路面结构的影响小，保证了测量结果的准确性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。