一種路面滲水標準裝置及路面滲水系數計量方法
【專利摘要】本發明公開了一種路面滲水標準裝置及路面滲水系數計量方法，克服目前路面滲水儀的計量標準缺失，量值無法實現溯源的不足，該裝置包括滲水容器（10）、監測器（30）、計時器（40）以及控制器（50），所述監測器（30）監測所述滲水容器（10）中液體的體積變化；所述計時器（40）記錄與所述體積變化相對應的滲水時間；所述控制器（50）根據所述體積變化及滲水時間，計算獲得滲水系數。本申請的實施例大幅提高了路面滲水儀的標準化程度，實現了滲水系數測量過程的全自動化，響應迅速，準確性高，可以實現滲水系數測量誤差、測量重復性等關鍵計量參數的檢定和校準，能夠從計量學意義上實現路面滲水儀的量值溯源。
【專利說明】一種路面滲水標準裝置及路面滲水系數計量方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種計量儀器，尤其涉及一種路面滲水標準裝置及路面滲水系數計量方法。
【背景技術】
[0002]路面滲水系數是衡量浙青路面及浙青混合料排水性能的關鍵性技術指標之一，路面滲水系數的大小直接關系到浙青路面在雨天的通行安全性。一般采用路面滲水系數測定儀(也稱路面滲水儀)來對路面滲水系數進行測定。路面滲水系數一般用路面單位時間內滲入的水的體積來表不，其單位一般為毫升/分鐘(mL/min)。
[0003]隨著交通運輸事業的發展，路面排水性能日益得到重視，國內外紛紛展開了排水浙青混合料及其施工工藝的研究，路面滲水儀的準確性成為交通行業儀器計量檢定、校準技術研究的重點之一。
[0004]但是，長期以來，因缺少路面滲水系數計量標準，路面滲水儀的檢定、校準工作一直無法正常開展。常用的方法僅是根據路面滲水儀的行業標準對其盛水量桶的刻度、內徑、壓重鋼圈重量等進行測量，以確保儀器型式的一致性，無法進行儀器測量過程的檢驗，也無法實現滲水系數測量誤差、測量重復性等關鍵計量參數的檢定和校準，不能滿足交通行業檢測儀器計量管理的需要，無法從計量學意義上實現路面滲水儀的量值溯源。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是克服目前路面滲水儀的計量標準缺失，量值無法實現溯源的不足。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種路面滲水標準裝置，該裝置包括滲水容器(10)、監測器(30)、計時器(40)以及控制器(50)，其中:
[0007]所述監測器(30)監測所述滲水容器(10)中液體的體積變化；
[0008]所述計時器(40)記錄與所述體積變化相對應的滲水時間；
[0009]所述控制器(50 )根據所述體積變化及滲水時間，計算獲得滲水系數。
[0010]優選地，該裝置包括設置在所述滲水容器(10 )底部的閥門(20 )，所述控制器(50 )控制所述閥門(20)的開閉。
[0011]優選地，所述監測器(30)包括高速成像相機，所述高速成像相機采用數字圖像處理及模式識別技術監測所述體積變化。
[0012]本申請的實施例還提供了一種路面滲水系數計量方法，應用于路面滲水儀進行滲水系數的計量，該路面滲水儀主要包括有滲水容器、監測器、計時器以及控制器；該方法包括:
[0013]所述監測器監測所述滲水容器中液體的體積變化；
[0014] 所述計時器記錄與所述體積變化相對應的滲水時間；
[0015]所述控制器根據所述體積變化及滲水時間，計算獲得所述滲水系數。[0016]優選地，所述監測器監測所述滲水容器中液體的體積變化，包括:
[0017]所述監測器監測到所述滲水容器中的液體到達預設刻度時，產生刻度信號發送給所述控制器。
[0018]優選地，所述計時器記錄與所述體積變化相對應的滲水時間，包括:
[0019]所述控制器根據所述刻度信號產生控制信號發送給所述計時器；
[0020]所述計時器根據所述控制信號進行計時，并將所記錄的時間作為所述滲水時間發送給所述控制器。
[0021]優選地，所述監測器監測所述滲水容器中液體的體積變化，包括:
[0022]所述監測器根據所述控制器發送的控制信號監測獲得所述體積變化。
[0023]優選地，所述計時器記錄與所述體積變化相對應的滲水時間，包括:
[0024]所述計時器根據所述控制器發送的控制信號記錄所述滲水時間。
[0025]優選地，所述控制器收到所述計時器發送的計時信息后，向所述監測器發送所述控制信號。
[0026]與現有技術相比，本申請的實施例大幅提高了路面滲水儀的標準化程度，通過對滲水容器的液面監測、閥門啟閉及計時控制的聯動，實現了滲水系數測量過程的全自動化，響應迅速，準確性高。本申請實施例的路面滲水標準裝置，可以實現滲水系數測量誤差、測量重復性等關鍵計量參數的檢定和校準，能夠從計量學意義上實現路面滲水儀的量值溯源，完全可以滿足交通行業檢測儀器計量管理的需要。
[0027]本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]附圖用來提供對本發明技術方案的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本發明的技術方案，并不構成對本發明技術方案的限制。
[0029]圖1為本申請實施例的路面滲水標準裝置的構造示意圖。
[0030]圖2為本申請實施例的路面滲水標準裝置進行量值溯源及傳遞的示意圖。
[0031]圖3為本申請實施例的路面滲水系數計量方法的流程示意圖。
[0032]圖4為本申請實施例的路面滲水系數計量方法在一應用中的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。本申請實施例以及實施例中的各個特征在不相沖突前提下的相互結合，均在本發明的保護范圍之內。
[0034]另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組可執行指令的計算機系統中執行。并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟。
[0035]如圖1所示，本申請實施例的路面滲水標準裝置，主要包括滲水容器10、閥門20、監測器30、計時器40以及控制器50等。
[0036]閥門20設置在滲水容器10的底部，便于滲水容器10中的液體流出滲水容器10。滲水容器10的下方放置有標準器11，用來進行保存和復現某一滲水系數量值。
[0037]監測器30監測滲水容器10中液體的體積變化。
[0038]本申請的實施例中，監測器30可以通過監測滲水容器10中液體的液面高度變化來獲得液體的體積變化。
[0039]計時器40記錄滲水容器10中液體產生體積變化所經過的滲水時間。本申請的實施例中，計時器40對滲水容器10中的液體從較多的第一體積變化到較少的第二體積之間所經過的時間進行記錄，所得結果即為從第一體積變化到第二體積的滲水時間。
[0040]本申請的實施例中，滲水容器10的壁上設置有標識滲水容器10中液體體積的第一刻度和第二刻度。滲水容器10上的該第一刻度,可以對應于滲水容器10中液體較多的第一體積(或者說液面較高的第一液面)。滲水容器10上的該第二刻度，可以對應于滲水容器10中液體較少的第二體積(或者說液面較低的第二液面)。比如，該第一刻度可以是100毫升(mL)，該第二刻度可以是500mL。如此，計時器40可以在監測器30監測到滲水容器10中液體經過第一刻度時，根據控制器50的指令開始計時，并在監測器30監測到滲水容器10中液體經過第二刻度的時，根據控制器50的指令停止計時，來獲得滲水容器10中液體的液面從第一刻度變化到第二刻度之間的滲水時間。
[0041]控制器50控制閥門20的開閉。在閥門20打開時，滲水容器10中的液體經過閥門20流出，并在標準器11中進行滲透；在閥門20關閉時，滲水容器10中的液體停止流出滲水容器10。
[0042]控制器50根據監測器30所監測到的滲水容器10中液體的體積變化，來控制閥門20的開閉以及計時器40開始和停止計時。控制器50還根據監測器30所監測到的滲水容器10中液體的體積變化，以及計時器40所記錄的與該體積變化相對應的滲水時間，計算獲得滲水系數。
[0043]本申請的實施例中，滲水容器10中液體的體積變化與計時器40所記錄的滲水時間這兩個參數中，可以是該體積變化到達預設值而該滲水時間因應于該預設的體積變化而產生，也可以是該滲水時間到達預設值而該體積變化因應于該預設的滲水時間而產生，還可以是該體積變化與該滲水時間同時根據控制器50的開始指令和截止指令而產生對應關
系O
[0044]如圖1所示，本申請的實施例，還可以包括盛水容器60，位于滲水容器10的下方。便于盛裝從標準器11中滲出的液體。
[0045]本申請的實施例中，滲水容器10可以是量筒。
[0046]本申請的實施例中，監測器30可以是高速成像相機，以每秒種不少于20幀的高頻率實時獲取監控區域的圖像，實時地采用數字圖像處理及模式識別技術監測滲水容器10中液體的體積變化，檢測圖像中所表示的液位線，若液位線位置到達預設的位置，即輸出相應信號，控制計時器，還可以控制閥門的動作。這種液位測量方式為非接觸式的測量，測量器件與液體完全隔離，對液體內部受力狀態沒有任何影響。這種方法基于計算機視覺原理，是仿生學和人工智能技術在公路材料性能檢測方面的具體應用，其檢測的有效性很容易得到驗證，即使出現誤判也很容易被發現。[0047]本申請的實施例中，監測器30可以是對射光電開關。采用對射光電開關監測液面位置，將每套對射光電開關的發射端和接收端分別固定于滲水容器10壁上刻度的兩側，也即其中一套固定于滲水容器10壁上第一刻度的兩側，另一套固定于滲水容器10壁上第二刻度的兩側。在滲水容器10未盛放液體的空置狀態下，將兩套對射光電開關校準對位；當滲水容器10在對射光電開關高度處還盛有液體時，由于液體對光線的折射作用，對射光電開關的接收端無法接收到發射端所發射的信號，因此這一高度下的對射光電開關將斷開；當滲水容器10在對射光電開關高度處沒有液體時，對射光電開關的接收端就可以接收到發射端所發射的信號，因此這一高度下的對射光電開關將接通。利用此原理，當液面經過預設的高度(如第一刻度和第二刻度處的高度)時，對射光電開關的接通狀態就會由斷開變化為接通，根據這一變化即可監測滲水容器10中液面的高度并發送給控制器50。
[0048]本申請的實施例中，監測器30可以是液位計。采用液位計監測滲水容器10中液體的液位變化，并反饋信息給控制器50，由控制器50發送指令給計時器或閥門，完成自動滲水系數計量。若采用置入式液位計，如磁滯伸縮液位計，因浮球及導桿會占據一部分液體體積，因此滲水容器10需據此進行相應的刻度調整，以消除浮球及導桿對測量結果的影響。
[0049]本申請的實施例中，監測器30也可以是激光或超聲波測距儀。采用測距儀監測液面變化，然后再換算為體積。采用這種方法在測距儀選型時，需考慮儀器對于液面介質的測量有效性及測量準確度，如采用三角測量原理的激光測距儀，還需考慮量筒口徑及深度會否影響到激光束的反射路徑。
[0050]如圖2中所示，本申請實施例的路面滲水標準裝置所測量的量值向國家基準進行量值溯源時，可通過“組合測量法”，將滲水系數值分解為容積量和時間量，分別溯源至容量和時間頻率國家基準，以實現標準裝置所復現的量值的溯源。本申請實施例的路面滲水標準裝置向下一級計量標準(滲水系數標準器)進行量值傳遞過程中，本申請實施例的路面滲水標準裝置同時又可作為滲水系數標準器，先通過直接測量法對下一級計量標準器具(滲水系數標準器)進行賦值，再由“路面滲水系數測量儀”直接測量“滲水系數標準器”，通過測量結果與“賦值”(標準值)的比對，確定工作計量器具的計量性能是否滿足檢定規程的要求。
[0051]本申請實施例的路面滲水系數計量方法，主要應用于路面滲水儀進行滲水系數的計量，該路面滲水儀主要包括有滲水容器、監測器、計時器以及控制器等。本申請實施例的路面滲水系數計量方法中，監測器監測滲水容器中液體的體積變化；計時器記錄與體積變化相對應的滲水時間；控制器根據該體積變化產生控制信號發送給計時器記錄該滲水時間，控制器并根據滲水時間及體積變化，計算獲得滲水系數。
[0052]其中，監測器監測滲水容器中液體的體積變化，可以是監測器監測到滲水容器中的液體到達預設刻度時，產生刻度信號發送給控制器。控制器根據刻度信號產生控制信號發送給計時器；計時器根據控制信號進行計時，并將所記錄的時間作為滲水時間發送給控制器。比如，監測器監測到滲水容器中的液體到達第一刻度時，產生表示滲水容器中液體為第一體積的第一刻度信號發送給控制器。控制器根據該第一刻度信號產生第一控制信號發送給計時器，計時器根據該第一控制信號開始計時。監測器監測到滲水容器中的液體到達第二刻度時，產生表不滲水容器中液體為第二體積的第二刻度信號發送給控制器。控制器根據該第二刻度信號產生第二控制信號發送給計時器，計時器根據該第二控制信號停止計時，并將所記錄的時間(也即滲水時間)發送給控制器。控制器根據該第一刻度信號及第二刻度信號獲得滲水容器中液體的體積變化，根據該體積變化及計時器所記錄的時間，計算獲得滲水系數。
[0053]其中，監測器監測滲水容器中液體的體積變化，也可以是監測器根據控制器發送的控制信號來監測獲得滲水容器中的液體的體積變化。計時器根據控制器發送的控制信號記錄與該體積變化相對應的滲水時間。比如，控制器發送第一控制信號給監測器以及計時器；監測器收到該第一控制信號后，馬上監測獲得滲水容器中液體的第一體積并反饋給控制器；計時器收到第一控制信號后，馬上開始計時。經過一段時間后，控制器發送第二控制信號給監測器以及計時器；監測器收到該第二控制信號后，馬上監測獲得滲水容器中液體的第二體積并反饋給控制器；計時器收到第二控制信號后，馬上停止計時，將所記錄的時間(也即滲水時間)反饋給控制器。控制器根據該第一體積及第二體積獲得滲水容器中液體的體積變化，根據該體積變化及計時器所記錄的時間，計算獲得滲水系數。
[0054]其中，監測器監測滲水容器中液體的體積變化，還可以是監測器根據控制器發送的控制信號來監測獲得滲水容器中的液體的體積變化，而控制器是在收到計時器發送的計時信息后，向監測器發送的控制信號的。具體地，計時器向控制器發送表示第一時刻的第一時間信息，控制器收到該第一時間信息后，向監測器發送第一控制信號，指示監測器監測獲得滲水容器中的液體的第一體積。監測器收到該第一控制信號后，馬上監測獲得滲水容器中的液體的第一體積并發送給控制器。經過一段時間后，計時器向控制器發送表示第二時刻的第二時間信息，控制器收到該第二時間信息后，向監測器發送第二控制信號，指示監測器監測獲得滲水容器中的液體的第二體積。監測器收到該第二控制信號后，馬上監測獲得滲水容器中的液體的第二體積并發送給控制器。控制器根據該第一時刻及第二時刻獲得滲水容器的滲水時間，根據該第一體積及第二體積獲得滲水容器中液體的體積變化，并根據該滲水時間及體積變化，計算獲得滲水系數。
[0055]如圖3所示,本申請實施例的路面滲水系數計量方法,主要包括如下內容:
[0056]步驟S310，監測滲水容器中液體體積變化的監測器，監測到滲水容器中的液體到達標識第一體積的第一刻度時，產生第一刻度信號發送給控制器。
[0057]步驟S320，控制器收到該第一刻度信號后，產生第一控制信號發送給計時器，并記錄該第一刻度信號對應的第一體積。
[0058]步驟S330，計時器根據該第一控制信號開始計時。
[0059]步驟S340，監測器監測到滲水容器中的液體到達標識第二體積的第二刻度時，產生第二刻度信號發送給控制器。
[0060]步驟S350，控制器收到該第二刻度信號后，產生第二控制信號發送給計時器，并記錄該第二刻度信號對應的第二體積。
[0061]步驟S360，計時器根據該第二刻度信號停止計時，并將所記錄的時間段作為滲水時間發送給控制器。
[0062]步驟S370，控制器根據該第一體積、第二體積及該滲水時間，計算獲得路面滲水系數。
[0063]如圖4所示，本申請實施例的路面滲水標準裝置在一些試驗性質的具體應用中，在滲水容器中裝入液體后，先手動開啟閥門或者由控制器控制開啟閥門進行預滲水，并以不排空滲水容器中的液體為限，排出滲水容器中可能存在的氣泡(步驟SI)。然后關閉閥門(手動或者接受控制器的控制)，再次往滲水容器中注入液體(步驟S2)。滲水容器的這兩次注入液體，都可以將滲水容器注滿。之后，再次開啟閥門，滲水容器再次進行滲水(步驟S3)。在監測器監測到滲水容器中的液體降至第一刻度(比如100毫升)時，產生第一刻度信號發送給控制器(步驟S4)。控制器根據該第一刻度信號發送第一控制信號給計時器(步驟S5)。計時器根據該第一控制信號開始計時(步驟S6)。滲水容器持續進行滲水。在監測器監測到滲水容器中的液體降至第二刻度(比如500毫升)時，產生第二刻度信號并發送給控制器(步驟S7)。控制器根據該第二刻度信號發送第二控制信號給計時器(步驟S8)。計時器根據該第二控制信號停止計時(步驟S9)。此時，計時器所記錄的時間，就是滲水容器中滲出400毫升(500毫升-100毫升)液體所經過的滲水時間。控制器根據該滲水時間、第一刻度信號及第二刻度信號，計算獲得對應的滲水系數(步驟S10)。
[0064]如圖4所示，本申請實施例的另一些應用中，計時器根據控制器發送的第一控制信號開始計時后，判斷計時是否已經到達預設的時間段(步驟S61)，若是則停止計時并向控制器發送時間到達信號(步驟S62)，轉步驟S64繼續執行；否則計時器繼續進行計時，監測器繼續監測滲水容器中液體的液面(步驟S63)，此時，滲水容器持續進行滲水。控制器根據該時間到達信號產生液面監測信號并發送給監測器(步驟S64)。監測器根據該液面監測信號監測滲水容器獲得滲水容器中液體的當前刻度(比如400毫升)，并發送給控制器(步驟S65)。控制器根據該當前刻度與第一刻度之差、該預設時間段到達信號以及預設的時間段等，計算獲得對應的滲水系數(步驟S66)。
[0065]本申請的實施例采用基于圖像識別的非接觸式液面監測技術，具有監測準確度高、實時性強、不會受人為因素影響等優點，測量數據更為準確可靠，重復性、穩定性更好，可用于建立路面滲水儀的交通行業最高計量標準，為交通行業滲水系數測量儀的量值溯源提供基礎裝置和技術支撐。
[0066]本申請的實施例采用液面自動監測、計算機計時與閥門聯合控制方案，顯著提高了滲水系數測量儀校準的自動化程度，且彌補了已有校準方案難以對測量誤差、測量重復性等指標進行計量的缺陷，從根本上解決了滲水系數測量儀的計量難題。
[0067]本申請的實施例采用滲水系數標準器，既解決了現場測量難以重復的問題，又可作為量值傳遞的載體，為滲水系數量值溯源傳遞提供了便捷的技術手段，有利于計量標準在整個交通行業的推廣和應用。
[0068]本申請實施例的滲水容器，采用與滲水容器相配套的可拆裝式底座，滲水容器可同底座一起拆下，安裝封頭后即可送檢，方便實現量值溯源。滲水容器采用熱穩定性優異的石英玻璃管制作，測量結果受溫度變化的影響大大降低。
[0069]本申請實施例的滲水容器，操作平臺采用雙“Y”字型壓塊兒組成“四點式”旋轉壓緊裝置，通過“O”型橡膠圈進行防水密封，清潔、環保，可多次使用，操作方便。
[0070]本申請的實施例利用數字成像、模式識別、自動控制等技術手段實現滲水容器中液位的非接觸式自動監測，監測結果可形成控制指令，由控制器控制閥門和計時器等。
[0071]本申請的實施例采用雙相機監測滲水容器上的兩個刻度位置，實時采集液面圖像并進行自動圖像識別，在動態滲水過程中準確測量滲水體積。
[0072]本申請的實施例中，相機鏡頭具備光學顯微放大作用，相比人眼觀測，顯著提高了液位識別和計算的準確性。本申請的實施例利用高頻采集的相機來監測滲水容器上的液面變化，相比人工觀測，響應靈敏。
[0073]本申請的實施例具有多種工作模式，可以任選其一來觸發閥門的啟閉，適應全部滲水系數范圍的測量。本申請的實施例可以自動計算并記錄滲水系數，并形成報告文檔自動存檔。本申請的實施例采用自動計時器，并可以利用電磁鐵模擬人工按鍵操作，還可外接秒表記錄滲水時間。本申請的實施例在外接秒表進行計時，可以將秒表固定于自動計時器上，自動計時器將在收到控制器發來的計時指令時觸發秒表，試驗結束時人工讀取秒表時間。
[0074]雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容僅為便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式及細節上進行任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種路面滲水標準裝置，其特征在于，該裝置包括滲水容器(10)、監測器(30)、計時器(40)以及控制器(50)，其中: 所述監測器(30)監測所述滲水容器(10)中液體的體積變化； 所述計時器(40)記錄與所述體積變化相對應的滲水時間； 所述控制器(50 )根據所述體積變化及滲水時間，計算獲得滲水系數。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置包括設置在所述滲水容器(10)底部的閥門(20 )，所述控制器(50 )控制所述閥門(20 )的開閉。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述監測器(30)包括高速成像相機，所述高速成像相機采用數字圖像處理及模式識別技術監測所述體積變化。
4.一種路面滲水系數計量方法，應用于路面滲水儀進行滲水系數的計量，該路面滲水儀主要包括有滲水容器、監測器、計時器以及控制器；其特征在于，該方法包括: 所述監測器監測所述滲水容器中液體的體積變化； 所述計時器記錄與所述體積變化相對應的滲水時間； 所述控制器根據所述體積變化及滲水時間，計算獲得所述滲水系數。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述監測器監測所述滲水容器中液體的體積變化，包括: 所述監測器監測到所述滲水容器中的液體到達預設刻度時，產生刻度信號發送給所述控制器。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述計時器記錄與所述體積變化相對應的滲水時間，包括: 所述控制器根據所述刻度信號產生控制信號發送給所述計時器； 所述計時器根據所述控制信號進行計時，并將所記錄的時間作為所述滲水時間發送給所述控制器。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述監測器監測所述滲水容器中液體的體積變化，包括: 所述監測器根據所述控制器發送的控制信號監測獲得所述體積變化。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述計時器記錄與所述體積變化相對應的滲水時間，包括: 所述計時器根據所述控制器發送的控制信號記錄所述滲水時間。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于: 所述控制器收到所述計時器發送的計時信息后，向所述監測器發送所述控制信號。
【文檔編號】G01N15/08GK103674805SQ201310637305
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】和松, 荊根強, 郭鴻博, 竇光武, 劉璐 申請人:交通運輸部公路科學研究所