摘　要：经试验研究，实践操作，研究出一种新型的沥青路面松铺平整度随车监测仪，具有自动采集数据，自动处理。并随摊铺作业自动向前推进等优点，论述了其功能与技术指标、工作原理及主要解决的技术问题。

    高等级公路路面的平整度，直接关系到高速公路的高速、安全、舒适、高效。在形成沥青路面平整度的基本因素中摊铺机松铺表面的平整度占有很大的比重。因此及时发现和提高松铺表面的平整度，对于改善成型路面的平整度有着举足轻重的作用。装有自动控制系统的现代沥青摊铺机在找平基准正确、机械工作正常的条件下，通常可能达到很高的摊铺精度，从而获得很平整的松铺表面，但是当正常的使用条件遭到破坏时，例如挂线基准存在较大误差、因自卸卡车配合不好或操作不当造成的供料不足、长时间的停顿待料等原因都可能导致松铺表面平整度的严重破坏。这种破坏如不能及时发现则很可能延续很长路程，而在路面压实成型后就很难再行补救。如果能在摊铺作业的过程中对作业质量进行实时监测，则摊铺机的操作手可以随时掌握摊铺作业是否处在正常状态，一旦发现异常可及时查找原因，给予纠正，避免因松铺表面平整度大面积破坏而导致的重大质量事故。对于已经发生的缺陷也可及时采取补救措施以减轻损害的程度。1998年山东省泰安公路局与长安大学在化临路和博莱路联合开展的“沥青路面施工技术与质量控制研究”科研攻关项目中，为解决这一技术难题，研制r一种手工读数的松铺表面平整度监测装置，在提高路面平整度的施工质量方面取得T 良好的效果。但由于该装置是通过百分表进行人工读数，需用人力随着摊铺机向前搬动，整个工作需数人配合进行，费工费时，劳动量大。该“沥青路面松铺平整度随车监测仪”就是在上述装置的基础上进一步开发的一种由计算机自动采集测量数据、自动处理并随摊铺作业自动向前推进的平整度实时监测装置。目前，国外还没有与该课题相关的研究、开发介绍。

l 主要功能和技术指标

1．1 主要功能

(1)测试长度：10 m 、20 m 、5O m 、8O m 、1O0 m。

(2)采样间隔：可以选择2 cm 、3 cm 、5 cm、 10 cm 。

(3)能任意选择设置测量值的超差限值：1 mm、2m m 、3 m m 、5 m m 。

(4)能以数字方式打印出测区的均方差，测量值超差的起始桩号，超差次数，该段内超差的量大值以及摊铺速度。

(5)在显示窗口可实时显示所有测量值，并在测量值超差时给出报警信号，同时还伴有信号灯闪烁。

(6)能储存连续工作4 h 以上的所有采样记录数据，并可通过载体取出进行二次处理分析及打印。

1．2 技术指标

(1)位移测量系统

    位移传感器采用阜新生产的Fax± 25型差动式位移传感器。其测量误差≤±0.001 mm ，由传感器的精度和二次仪表的精度构成整个位移测量系统的精度，其误差≤±0.0l mm 。

(2)非线性误差：采用标准垫片多次测量系统线性度误差≤ ± 0.01 mm 。

(3)均方差测定的重复性，经反复测量计算，均方差测定的重复性误差< O.05。

2　工作原理本监测仪由机械装置和电气、电子控制系统等两部分组成。

2．1 机械装置

    机械装置包括3 m 跨度的铝合金横梁、双滑靴支承、垂直位移测杆、牵引杆及五轮测速装置，见图1、图2。铝合金横梁由滑靴支承在松铺的沥青混合料上，并由牵引杆与摊铺机连接，可与摊铺机同步向前推进。在此横梁的中点装有垂直滑动的位移测杆，测杆的上端直接与差动式位移传感器相连，下端带有一小滑靴式探头，此探头能始终保持与松铺料层的顶面相接触，这样摊铺机松铺料层的微观垂直变化量就会通过探头由差动式位移传感器测得，此位移通过电子控制系统可在图3所示的液晶显示屏上显示出来。测量的瞬时位移值不但可在液晶屏上显示，而且可在计算机内储存，为进一步详细的数据分析作准备。同时，由计算机计算出规定路段上的位移均方差。输送给打印机。并打印出摊铺速度、位移超差值、超差的起始桩号、超差范围及均方差值。当位移超过规定值时，警报器报警，并伴有指标灯闪烁，提醒操作人员注意。

    五轮测速装置用螺栓连接于沥青摊铺机螺旋布料器前方的横位杆上(见图2)。该装置的设计能保证此轮在任何路面条件下始终与路面接触，并处于纯滚动状态。轮心装有OMRON 速度传感器。可以准确测出摊铺机的瞬时作业速度。

2．2 电气、电子控制系统由主机(见图3)传感器等组成。位移传感器采用差动式电感传感器或差动变压器式位移传感器(见图1)。行程传感器采用五轮脉冲式传感器(见图2)。

    测量系统的计算机部分采用袖珍型工业级平板电脑加嵌入式多功能1O4总线模块的结构(见图3)。电源部分采用24V 直流电池。

3 主要解决的技术问题

    机械装置部分首要解决滑靴和测量头在松铺表面滑动时沥青的粘附问题。滑靴采用特殊材料一次性冲压成型，并对表面进行特殊处理，可保证其不粘附热沥青，多次试用。效果良好。测量探头用同材料的小滑靴连接。避免传感器探头直接接触高温沥青料所带来的种种弊端，保证了测量的灵敏性和工作可靠性。作为本装置中关键部件之一的位移传感器测量头。既要解决沥青的粘附问题又要确保其动作的灵敏性和准确性。由于平整度是反映整个摊铺平面的平整度，所以对于粗集料的混合料摊铺时，测量头与地的接触面积不能太小，否则会进入集料之间的缝隙，不但会产生错误的测量，还会翻松松铺层。但同时测量头也不能太大，尤其是在纵向，太长的测量头会削减或平滑测量值的变化，影响真值，经过反复考虑试验。采用了，图4的形式。

    测量头的侧面与底面的结合处采用了大角度大圆弧连接，在行进过程中，不推移松铺料面采用了合理的计算机硬件系统配置以及相应的电路设计，保证了该仪器在野外作业和振动、高温、多尘环境下的工作可靠性。软件系统采用C 语言编程。C 语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点并具备汇编语言的功能，该语言有丰富的库函数，运算速度快、编译效率高、有良好的可译性，可以直接实现对系统硬件的控制，此外，C 语言具有完善的模块程序结构，为软件开发中采用模块化程度设计提供了有力的保障。同时，本机采用C51开发的单片机作为控制系统，其体积小、灵活性强。且有一定的价格优势。

4 结语

    该样机于2000年6月在日一竹高速公路进行首次试验，2001年9月在曲一荷高速公路、济南南绕城高速公路等项目又进行了多次试用，测量结果与实际情况完全吻合。仪器使用性能全部达到预期设计要求。路试试验和性能测试表明：

(1)沥青路面松铺平整度随车监测仪对于及时发现和改善沥青混合料松铺表面的平整度，进而改善成型路面的平整度有极大的作用。

(2)该监测仪设计合理，结构简单，工作可靠，液晶显示屏可随时了解松铺层的变化情况。报警系统又可提醒摊铺机驾驶者对于特殊路段要特别注意。超差值和超差范围的确定，为必要的人工修补创造了条件。

(3)监测仪打印出的测量均方差值可供建设单位自测作业质量，也可供施工监理部门控制施工质量作参考。

(4)该仪器可储存连续工作4 h 以上的所有采样数据，这些数据的二次处理打印，可为施工部门认真分析施工质量，寻找施工缺陷及分析讨论缺陷的形成原因等提供了可靠的依据。

(5)该仪器在路面碾压成型前后的对比测试，可以反映出路面碾压成型过程中，平整度的传递规律，为路面施工质量控制奠定了理论基础。