一种无损检测透水路面透水系数的设备及方法

技术领域

本发明属于透水路面领域，具体涉及一种无损检测透水路面透水系数的设备及方法。

背景技术

透水系数是评价透水路面透水能力的重要指标，在透水砖路面铺设完成后对透水系数按期测量是保障透水系统正常运行的前提。而针对透水路面透水系数的指标，目前测试透水砖路面透水系数的方法主要是通过取芯法，一般取直径75mm的芯柱进行测试，这种方法取芯过程中容易扰动芯体中的实际被堵塞的杂质，且芯体体积较小，所取芯体不能代表整体路面的透水性能；取芯后的修复也带来诸多问题，如：耗费大量人力物力，路面美观度也难以保障；与此同时测试环境会带来误差，不同的测试环境温度湿度都会对测试带来误差，导致实验数据的不稳定。因此需要开发一种无需取芯，测试准确且自动化程度高，消除环境影响因素，现场操作简单的装置及方法，完成透水路面透水系数的测试。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无损检测透水路面透水系数的设备及方法，实现对铺设完成后的透水路面进行无损透水系数检测，有效解决取芯法取样麻烦，代表性不足，以及耗费人力成本，存在环境误差，后期修复麻烦且缺乏美观等问题，有助于提升检测效率，消除环境误差得出准确的结果，以及减少材料损耗和人力支出。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种无损检测透水路面透水系数的设备，该设备包括外壳移动结构、内部测试结构、排风散热系统和通水系统；其中：

外壳移动结构包括外壳；

内部测试结构包括测试样品室和对照样品室；测试样品室底部设有测试口直接连通待测透水路面，测试口设有密封圈；对照样品室底部设有空白样台，用于架空对照样品；测试样品室和对照样品室内还均设有加热装置和红外摄像头；

排风散热系统连通测试样品室和对照样品室，用于干燥待测透水路面和对照样品；

通水系统，用于向待测透水路面和对照样品喷淋水。

进一步的，外壳为透明外壳，加热装置为红外卤素灯管。

进一步的，外壳移动结构还包括滚轮，滚轮为四组且位于外壳底部；四组滚轮均可收起，以使测试口的密封圈紧紧贴合待测透水路面。

进一步的，对照样品室设有换样口，换样口在换样时打开，在换样结束后关闭；对照样品室底部还设有出水口，用于排出穿过对照样品的水。

进一步的，测试样品室和对照样品室由隔板隔开外壳内部空间形成，隔板上方设有若干空洞以连通测试样品室和对照样品室，测试样品室和对照样品室中的一个样品室设有进风口，另一个样品室设有排风扇，以此干燥待测透水路面和对照样品。

进一步的，通水系统包括连通的进水口和喷淋管，进水口与外部水源相接，喷淋管设有喷淋头和喷淋头的控制开关。

进一步的，该设备还包括操作电脑，操作电脑与排风散热系统、通水系统、加热装置和红外摄像头相连，用于自动控制排风散热系统、通水系统和加热装置，以及接收红外摄像头采集的数据并计算待测透水路面透水系数。

进一步的，对照样品厚度与待测透水路面厚度一致。

一种利用上述的无损检测透水路面透水系数的设备实现的无损检测透水路面透水系数的方法，包括以下步骤：

使测试样品室的测试口密封圈紧紧贴合待测透水路面，并将对照样品置于对照样品室内的空白样台上；

打开测试样品室和对照样品室内的加热装置和排风散热系统，干燥待测透水路面和对照样品；当待测透水路面和对照样品的温度保持一致后，关闭加热装置和排风散热系统；

打开通水系统，向待测透水路面和对照样品喷淋水，使待测透水路面和对照样品饱水；

待测透水路面和对照样品饱水后，向待测透水路面和对照样品喷淋热水，并控制水流速以时间为梯度增加，红外摄像头制作待测透水路面和对照样品温度随时间变化的曲线；

对待测透水路面和对照样品温度随时间变化的曲线进行三阶多项式拟合，结合经验公式计算待测透水路面透水系数：

式中，A待为待测透水路面的透水系数，A对为对照样品的透水系数，T待为待测透水路面的曲线最高温度，T对为对照样品的曲线最高温度，B1、B2、B3为三阶多项式系数，阶数由低到高。

进一步的，红外摄像头为四个，分布于四个方向，四个红外摄像头对图像进行叠加，取温度平均值制作温度随时间变化的曲线；当变化曲线保持不变后停止测试。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

第一、设计了一种自动无损检测透水路面透水系数的设备，该设备通过试验前统一的处理流程以及测试环境稳定一致的测试样品室和对照样品室，有效避免了外界因素对透水率测试带来的影响；设备根据经验公式对透水系数进行运算，并自动生成预测的透水系数和预测准确率；

第二、采用无损的方式进行测试，无需取样和后期修复；

第三、可移动的设备方便大范围、高频次取样，提高数据精确性；

第四、自动化程度高，操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明的无损检测透水路面透水系数的设备外观正视图；

图2为本发明的无损检测透水路面透水系数的设备内部构造图；

图3为本发明的无损检测透水路面透水系数的方法流程图；

图4为本发明的水管流量随时间变化图；

图5为本发明的输出的对照组和待测表面红外温度平均值随时间变化曲线以及拟合线图；

图6为本发明的透水系数预测值与误差率的关系规律图。

图中：1-密封圈，2-测试口，3-喷淋头，4-喷淋管，5-红外摄像头，6-空白样台，7-换样口，8-出水口，9-进水口，10-对照样品，11-隔板，12-红外卤素灯管，13-控制开关，14-滚轮，15-提竿，16-进风口，17-操作电脑，18-显示屏，19-排风扇，20-锂电池。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明公开了一种自动无损检测透水路面透水系数的设备及方法，其原理为：通过测试和记录实验准备过程，饱水过程，测试过程的待测表面的红外热成像温度，绘制平均温度变化曲线，并与对照组变化曲线对比，根据经验公式算法，自动记录和生成透水系数数值。本发明可以实现无损的方式测试透水路面透水系数，方便大范围、高频次取样，与此同时消除环境因素影响提高数据精确性，从而有效减少透水路面维护过程中透水系数的测试难度与成本，提升数据全面性和准确性。

本发明的无损检测透水路面透水系数的设备，包含外壳移动结构、供电系统、排风散热系统、通水系统和内部测试结构。外壳移动结构包含结构透明外壳和底部四组滚轮14，四组滚轮起到移动设备的作用，当测试口2移动到待测位置后通过提竿15收起滚轮14，使测试口2周围密封圈1紧紧贴合附近区域，如图1所示；供电系统包括锂电池20；排风散热系统包括一侧的进风口16和另一侧的排风扇19；通水系统包括进水口9和分布在设备内上方的喷淋管4，喷淋管4上设有喷淋头3和控制开关13；内部测试结构包括测试样品室和对照样品室，由隔板11隔开，如图2所示。

测试样品室正上方设置一个均匀喷淋头3对下方进行水喷淋，样品室中部恰当位置水平面均匀设置四个红外摄像头5，红外摄像头5下对应设置四个红外卤素灯管12，底部有测试口2直接连通外界，为测试提供窗口，测试口2四周有突出的密封条或密封圈，避免水测漏排出或外界引入，影响实验结果。

对照样品室正上方设置一个与测试样品室一致的均匀喷淋头3，中部略高于样品室摄像头平面同样状态设置红外摄像头5，红外摄像头5下对应设置四个红外卤素灯管12，对照样品室下端设有空白样台6，将参照的对照试样10架空，试样与装置外壳之间有可以关闭的换样口7，该换样口7在换样时打开，在换样结束后关闭；最下面中心设置出水口8，用于排出穿过对照样品的水分。

设备主机，如操作电脑17，根据经验公式对透水系数进行运算，并自动生成预测的透水系数和预测准确率，在显示屏18上显示。

实施例：

在测试时，选定待测透水砖尺寸(本实施例为200mm×100mm×60mm厚)作为待测样品。通过移动密封圈，将透水砖表面密封于中心，并将对照样品从换样口放入对照样品室，对照样品的选定应根据该路面设计的透水砖厚度，误差范围在±2mm。对照样品应为已知透水系数的样品(本实施例中为2.1×10

然后，将设备移动至待测透水路面处，提动提竿，升起滚轮，让设备紧贴地面，测试口与外界想通，且密封圈可以固定水分不侧漏也可保证外界水分不进入干扰实验。

之后根据实际情况设定测试参数，参数包括红外摄像头有效区域为190mm*95mm(为了减小误差设置应略小于待测区域面积)，对照样品透水系数为2.1×10

最后开启测试设备，设备会自动运行，在运行结束后会出现透水系数值，该区域测试完毕，落下滚轮，移动设备进行下一区域重复前步骤(如区域透水路面厚度一致，无需更换对照样品)。

如图3所示，开启设备后机器内部运行步骤和原理如下：

(1)实验准备阶段，该阶段主要作用是通过红外卤素灯照射和排风系统，使样品表面升温，水分蒸发并从排风系统排出。当样品干燥后，缺少水分蒸发带走表面热量的影响因素，红外摄像头识别的温度会趋于稳定，当对照样品和待测表面温度一致且持续30秒时间后，可以认定测试环境一致，方可进入下一步骤；

(2)饱水阶段，该阶段会整体润湿待测表面，使后续步骤反应的是水透过样品的趋势。先关闭红外卤素灯热源，打开样品上方均匀喷淋的水管，水以0.5L/s均匀喷淋到样品表面，当样品充分饱水后水分会在表面囤积，红外摄像头反应的是水的温度，稳定不变。因此当红外温度稳定不变5s后进入下一步骤；

(3)红外温度变化曲线测试阶段，该阶段主要作用是绘制待测表面和对照样品表面的红外温度随水流流量的变化曲线，打开喷淋水管的加热器放出温度约65℃的热水，水管控制开关会在控制水流速以10s时间为梯度增加流速如图4所示，通过将四个方向上(目的有：1.针对被密封圈上挡水板的遮挡部分可以有效分析；2.单个方向上红外摄像头故障，设备仍可运行)的红外摄像头对图像进行叠加，取测试区域温度平均值，并制作其随时间变化曲线如图5所示，当变化曲线保持不变后停止测试；

(4)后处理阶段，通过对曲线进行三阶多项式拟合得到对照样品与待测表面的B1、B2、B3和红外最高温度数值如表1所示，并将参数代入经验公式可以得出待测表面透水系数值为1.4×10

表1对照组和待测表面三阶拟合参数输出值

绘制平均温度变化曲线，并与对照参照组变化曲线对比，根据经验公式算法，自动记录和生成透水系数数值。其中经验公式为：

式中，A待为待测表面的透水系数，A对为对照组的透水系数，T待为待测表面的曲线最高温度，T对为对照组的曲线最高温度，B1、B2、B3为对照组和待测表面的三阶方程引入的三组系数。

综上所述，本发明公开了一种自动无损检测透水路面透水系数的设备及方法，其原理为：通过测试和记录实验准备过程，饱水过程，测试过程的待测表面的红外热成像温度，绘制平均温度变化曲线，并与对照参照组变化曲线对比，根据经验公式算法，自动记录和生成透水系数预测数值以及准确率。本发明可以实现无损的方式测试透水路面透水系数，方便大范围，高频次取样，与此同时消除环境因素影响提高数据精确性，从而有效减少透水路面维护过程中透水系数的测试难度与成本，提升数据全面性和准确性。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。