雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，涉及水膜厚度測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。該測(cè)試儀包括電源模塊、電導(dǎo)探針模塊、信號(hào)處理模塊和顯示模塊，所述電源模塊、所述電導(dǎo)探針模塊、所述信號(hào)處理模塊和所述顯示模塊依次連接。本實(shí)用新型提供的一種雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，解決了現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)試設(shè)備精度低、性能不穩(wěn)定、造價(jià)高以及易損壞或失靈等問題。
【專利說明】雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及水膜厚度測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種雙平行探針式路面水膜厚 度測(cè)試儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)高速公路網(wǎng)的飛速建設(shè)，公路路況測(cè)量信息越來越被政府和民眾所關(guān) 注。當(dāng)遇到降雨等惡劣天氣時(shí)，道路表面由于降雨覆蓋著水膜，車輛在道路上高速行駛，輪 胎與路面擠壓道路表面的水膜，產(chǎn)生的動(dòng)水壓力導(dǎo)致輪胎與路面的接觸面積減少，附著力 下降較多，行車的安全性降低，很容易發(fā)生側(cè)滑，引發(fā)交通事故。
[0003] 目前采用的公路水膜測(cè)試設(shè)備中，大多采用機(jī)械傳動(dòng)或傳感器進(jìn)行測(cè)量，而機(jī)械 傳動(dòng)類設(shè)備存在測(cè)量精度低、誤差大、性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，傳感器類設(shè)備大多存在造價(jià)高且 因長(zhǎng)期接觸潮濕環(huán)境易損壞或失靈等缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多不便。
[0004] 而具有精度高、穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)的水膜厚度測(cè)試裝置對(duì)于防御路面積水 打滑、強(qiáng)降水時(shí)的低能見度造成交通事故具有重要的研宄意義，可有效降低高速公路網(wǎng)的 事故發(fā)生率。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型提供一種雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，以解決現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)試 設(shè)備精度低、性能不穩(wěn)定、造價(jià)高以及易損壞或失靈等問題。
[0006] 第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，包括 電源模塊、電導(dǎo)探針模塊、信號(hào)處理模塊和顯示模塊，所述電源模塊、所述電導(dǎo)探針模塊、所 述信號(hào)處理模塊和所述顯示模塊依次連接；
[0007] 所述電源模塊，用于提供測(cè)量所需的交流電流；
[0008] 所述電導(dǎo)探針模塊，用于將所述交流電流在待測(cè)液體中導(dǎo)通后輸出交流電流信 號(hào)；
[0009] 所述信號(hào)處理模塊，用于將所述交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為反映所述待測(cè)液體的厚度的 直流電壓信號(hào)；
[0010] 所述顯示模塊，用于將所述反映所述待測(cè)液體的厚度的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述 待測(cè)液體的厚度值，并顯示所述待測(cè)液體的厚度值。
[0011] 結(jié)合第一方面，在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電導(dǎo)探針模塊包括絕緣支撐桿 和兩根探針，所述支撐桿具有兩個(gè)平行設(shè)置的凹槽，所述兩根探針分別設(shè)置在兩個(gè)所述凹 槽內(nèi)。
[0012] 結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述探針 為鉑絲探針。
[0013] 結(jié)合第一方面，在第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述信號(hào)處理模塊集成在一個(gè)具有 觀察窗的箱體內(nèi)，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換單元、全波整流單元、放大電路單元和二階低通濾波 單元，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換單元將所述電導(dǎo)探針模塊輸出的所述交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流 電壓信號(hào)，所述全波整流單元將所述交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為平滑的直流電壓信號(hào)，所述放大 電路單元將所述平滑的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)放大的直流電壓信號(hào)，所述二階低通濾波 單元將所述信號(hào)放大的直流電壓信號(hào)過濾為所述反映所述待測(cè)液體的厚度的直流電壓信 號(hào)。
[0014] 結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述顯示 模塊包括液晶顯示屏和設(shè)置在所述液晶顯示屏內(nèi)部的處理芯片，所述顯示模塊設(shè)置在集成 所述信號(hào)處理模塊的所述箱體的頂部。
[0015] 本實(shí)用新型提供的雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，主要有以下有益效果：
[0016] (1)有效避免現(xiàn)有機(jī)械水位測(cè)針和數(shù)字水位測(cè)針的缺陷，減少測(cè)針上下移動(dòng)帶來 的測(cè)量誤差；
[0017] (2)各電子元件遠(yuǎn)離潮濕環(huán)境，避免因長(zhǎng)期接觸潮濕環(huán)境而造成測(cè)試儀器的失真 或失靈；
[0018] (3)與待測(cè)液體接觸的僅為絕緣支撐桿和探針，可適用于各種液體環(huán)境；
[0019] (4)每次測(cè)試前，經(jīng)過通電校正讀數(shù)，可消除水溫、水質(zhì)的影響，待測(cè)液體水位測(cè)試 精度較高；
[0020] (5)整個(gè)測(cè)試過程完全由電信號(hào)完成，待測(cè)液體的厚度值的測(cè)試過程快速且準(zhǔn)確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需 要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí) 施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為本實(shí)用新型測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本實(shí)用新型測(cè)試儀的電導(dǎo)探針模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 其中，1、電源模塊，2、電導(dǎo)探針模塊，201、支撐桿，202、探針，203、凹槽，3、信號(hào)處 理模塊，301、電流/電壓轉(zhuǎn)換單元，302、全波整流單元，303、放大電路單元，304、二階低通 濾波單元，4、顯示模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0026] 如圖1所示，本實(shí)用新型較佳實(shí)施例公開了一種雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試 儀，包括電源模塊1、電導(dǎo)探針模塊2、信號(hào)處理模塊3和顯示模塊4,電源模塊1用于提供 測(cè)量所需的交流電流，電導(dǎo)探針模塊2用于將該交流電流在待測(cè)液體中導(dǎo)通后輸出交流電 流信號(hào)，信號(hào)處理模塊3用于將該交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為反映待測(cè)液體的厚度的直流電壓信 號(hào)，顯示模塊4用于將反映待測(cè)液體的厚度的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為待測(cè)液體的厚度值，并 顯示該待測(cè)液體的厚度值。電源模塊1、電導(dǎo)探針模塊2、信號(hào)處理模塊3和顯示模塊4依 次連接。
[0027] 其中，電源模塊1包括交流電源、插座和變壓器，變壓器將220V~50HZ的交流電轉(zhuǎn) 換為15V~50HZ的交流電。本實(shí)用新型采用交流電流作為激勵(lì)電流，避免了直流電流測(cè)量流 體電阻存在較大誤差的問題，同時(shí)控制交流電頻率有利于減少激勵(lì)電流由旁路流過引起的 測(cè)量誤差，避免電壓過高導(dǎo)致的觸電事故。
[0028] 電導(dǎo)探針模塊2包括絕緣支撐桿201和兩根探針202,支撐桿201具有兩個(gè)平行設(shè) 置的凹槽203,兩根探針202分別設(shè)置在兩個(gè)凹槽203內(nèi)，具體如圖2所示。支撐桿201由 絕緣材料制成，探針202為鉑絲探針，其中一根探針的頂端連接電源模塊1中的交流電源， 另一根探針的頂端連接信號(hào)處理模塊3。在本較佳實(shí)施例中，探針202選擇直徑為0. 1mm、具 有低電阻特性的鉑絲，兩個(gè)探針202之間的距離設(shè)置為I. 5mm，在探針加裝過程中先用150g 砝碼拉伸以增加其內(nèi)部應(yīng)力，從而提高探針的固有頻率，以減小由于待測(cè)液體中的旋渦所 引起的電極振動(dòng)。
[0029] 信號(hào)處理模塊3集成在一個(gè)具有觀察窗的箱體內(nèi)，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換單元301、 全波整流單元302、放大電路單元303和二階低通濾波單元304,電流/電壓轉(zhuǎn)換單元301 將電導(dǎo)探針模塊2輸出的交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)，全波整流單元302將該交流 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為平滑的直流電壓信號(hào)，放大電路單元303將該平滑的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為 信號(hào)放大的直流電壓信號(hào)，二階低通濾波單元304將信號(hào)放大的直流電壓信號(hào)過濾為反映 待測(cè)液體的厚度的直流電壓信號(hào)。
[0030] 其中，電流/電壓轉(zhuǎn)換單元301包括0P07型集成運(yùn)算放大器0P07、第一電阻R1、 第二電阻R2和地線GND。優(yōu)選地，0P07型集成運(yùn)算放大器0P07的負(fù)極輸入端管腳與電導(dǎo) 探針模塊2中另一根探針頂端相接，其輸出端管腳與全波整流單元302相接；第一電阻Rl 的一端與0P07型集成運(yùn)算放大器0P07的正極輸入端管腳相接，另一端接地線GND ;第二電 阻R2的一端與0P07型集成運(yùn)算放大器0P07的負(fù)極輸入端管腳相接，另一端與0P07型集 成運(yùn)算放大器0P07的輸出端管腳相接。
[0031] 本較佳實(shí)施例中，第一電阻Rl的阻值為100歐姆，第二電阻R2的阻值為500歐姆， 0P07型集成運(yùn)算放大器是一種低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性(雙電源供電)的運(yùn)算放大器集 成電路，同時(shí)具有輸入偏置電流低、失調(diào)電壓低和開環(huán)增益高的特點(diǎn)，這就使得0P07型集 成運(yùn)算放大器特別地適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。電流/電 壓轉(zhuǎn)換單元301將電導(dǎo)探針模塊2輸出的微弱的交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)，便于 后面的放大電路單元對(duì)電壓的處理。
[0032] 全波整流單元302包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七 電阻R7、第一快恢復(fù)整流二極管Dl、第二快恢復(fù)整流二極管D2、第三快恢復(fù)整流二極管D3、 第四快恢復(fù)整流二極管D4、地線GND、第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1和第二OP37型 集成運(yùn)算放大器OP37-2。
[0033] 優(yōu)選地，第三電阻R3的一端與電流/電壓轉(zhuǎn)換單元301中0P07型集成運(yùn)算放大 器0P07的輸出端管腳相接，另一端與第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1的負(fù)極輸入端管 腳相接；第四電阻R4的一端與第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1的負(fù)極輸入端管腳相 接，另一端與第二快恢復(fù)整流二極管D2的負(fù)極端子相接；第五電阻R5的一端與電流/電壓 轉(zhuǎn)換單元301中0P07型集成運(yùn)算放大器0P07的輸出端管腳相接，另一端與第二OP37型集 成運(yùn)算放大器OP37-2的正極輸入端管腳相接；第六電阻R6的一端與第一 OP37型集成運(yùn)算 放大器0P37-1的正極輸入端管腳相接，另一端與地線GND相接；第七電阻R7的一端與第二 0P37型集成運(yùn)算放大器0P37-2的負(fù)極輸入端管腳相接，另一端與第四快恢復(fù)整流二極管 D4的負(fù)極端子相接。
[0034] 第一快恢復(fù)整流二極管Dl的正極端子與第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1的 負(fù)極輸入端管腳相接，其負(fù)極端子與第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1的輸出端管腳相 接；第二快恢復(fù)整流二極管D2的正極端子與第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1的輸出端 管腳相接，其負(fù)極端子與第四快恢復(fù)整流二極管D4的負(fù)極端子相接；第三快恢復(fù)整流二極 管D3的正極端子與第二OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-2的負(fù)極輸入端管腳相接，其負(fù)極端 子與第二OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-2的輸出端管腳相接；第四快恢復(fù)整流二極管D4的 正極端子與第二OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-2的輸出端管腳相接，其負(fù)極端子與放大電 路單元303相接。
[0035] 在本較佳實(shí)施例中，第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5和第七電阻R7的阻值 均為10千歐姆，第六電阻R6的阻值為2. 5千歐姆，選用的快恢復(fù)整流二極管具有單向?qū)щ?性，其適用于較高頻率的整流，是一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽?dǎo)體器件，選用的第 一及第二OP37型集成運(yùn)算放大器不僅具有0P07型集成運(yùn)算放大器的低失調(diào)電壓和漂移特 性，且相應(yīng)速度更高、噪聲更低，它能夠使低電平信號(hào)得到精確的高增益放大，在此處主要 起到整流作用。
[0036] 全波整流單元302采用了四個(gè)快恢復(fù)整流二極管雙功放的全波整流方法，為了得 到對(duì)稱的整流輸出波形，需要第三電阻R3和第四電阻R4的阻值相等，以及第五電阻R5和 第七電阻R7的阻值相等，第一快恢復(fù)整流二極管Dl和第三快恢復(fù)整流二極管D3處于反饋 回路中，正向壓降對(duì)整個(gè)整流電路靈敏度的影響被減小AO倍，其中AO為第一及第二OP37 型集成運(yùn)算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)，因此不會(huì)引入較大的誤差。第二快恢復(fù)整流二極管D2 和第三快恢復(fù)整流二極管D3的作用分別是防止第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1和第 二OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-2在第一快恢復(fù)整流二極管Dl和第四快恢復(fù)整流二極管 D4斷開時(shí)進(jìn)入飽和，使輸入電壓信號(hào)的下半周到來時(shí)，整個(gè)全波整流單元電路能立即工作。
[0037] 全波整流單元302利用快恢復(fù)整流二極管的單向?qū)щ娦园呀涣麟妷恨D(zhuǎn)換為單向 脈動(dòng)直流電壓。第一 OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-1處理輸入的微弱的電壓為正向電壓的 情況，第二OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-2處理輸入的微弱的電壓為反向電壓的情況，該全 波整流單元電路的輸出阻抗很低，這里要求第三電阻R3和第四電阻R4的阻值必須要精確 保持一致，否則當(dāng)輸入電壓為負(fù)向電壓時(shí)，全波整流單元電路的增益與輸入電壓為正向電 壓時(shí)的增益不一致，則會(huì)導(dǎo)致在后續(xù)電路處理中出現(xiàn)錯(cuò)誤。本全波整流單元為包括四個(gè)快 恢復(fù)整流二極管的整流電路，整流效率較高，充分使用了交流電壓的正負(fù)半周。當(dāng)輸入電壓 為正向電壓時(shí)，第一及第四快恢復(fù)整流二極管D1、D4導(dǎo)通，第二及第三快恢復(fù)整流二極管 D2、D3截止；當(dāng)輸入電壓為負(fù)向電壓時(shí)，第二及第三快恢復(fù)整流二極管D2、D3導(dǎo)通，第一及 第四快恢復(fù)整流二極管Dl、D4截止。
[0038] 放大電路單元303包括第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、 第十二滑動(dòng)變阻器R12、第十三滑動(dòng)變阻器R13、地線GND、固定電源VCC和第三OP37型集成 運(yùn)算放大器OP37-3。
[0039] 優(yōu)選地，第八電阻R8的一端與全波整流單元302中第四快恢復(fù)整流二極管D4的 負(fù)極端子相接，另一端與第三0P37型集成運(yùn)算放大器0P37-3的負(fù)極輸入端管腳相接；第九 電阻R9的一端與第三0P37型集成運(yùn)算放大器0P37-3的正極輸入端管腳相接，另一端與地 線GND相接；第十電阻RlO的一端與第三0P37型集成運(yùn)算放大器0P37-3的負(fù)極輸入端管 腳相接，另一端同時(shí)與第十三滑動(dòng)變阻器R13的一端及其中間觸點(diǎn)連接；第十一電阻Rll的 一端與第三OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-3的負(fù)極輸入端管腳相接，另一端與第十二滑動(dòng) 變阻器R12的中間觸點(diǎn)相接；第十二滑動(dòng)變阻器R12的兩端分別與固定電源VCC相接；第 十三滑動(dòng)變阻器R13的另一端與第三OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-3的輸出端管腳相接； 第三OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-3的輸出端管腳與二階低通濾波單元304相接。
[0040] 在本較佳實(shí)施例中，第八電阻R8和第九電阻R9的阻值均為2. 5千歐姆，第十電阻 RlO的阻值為100歐姆，第十一電阻Rl 1的阻值為5千歐姆，第十二、第十三滑動(dòng)變阻器R12、 R13的阻值變化范圍為1~10千歐姆，固定電源VCC為第十二滑動(dòng)變阻器R12供電，其規(guī)格為 正負(fù)15伏，選用的第三OP37型集成運(yùn)算放大器OP37-3在此處主要起到放大電壓的作用。 [0041] 放大電路單元303將電壓信號(hào)放大的放大倍數(shù)N的計(jì)算公式如下：
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，其特征在于，包括電源模塊、電導(dǎo)探針模 塊、信號(hào)處理模塊和顯示模塊，所述電源模塊、所述電導(dǎo)探針模塊、所述信號(hào)處理模塊和所 述顯示模塊依次連接； 所述電源模塊，用于提供測(cè)量所需的交流電流； 所述電導(dǎo)探針模塊，用于將所述交流電流在待測(cè)液體中導(dǎo)通，輸出交流電流信號(hào)； 所述信號(hào)處理模塊，用于將所述交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為反映所述待測(cè)液體的厚度的直流 電壓信號(hào)； 所述顯示模塊，用于將所述反映所述待測(cè)液體的厚度的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述待測(cè) 液體的厚度值，并顯示所述待測(cè)液體的厚度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，其特征在于，所述電導(dǎo) 探針模塊包括絕緣支撐桿和兩根探針，所述支撐桿具有兩個(gè)平行設(shè)置的凹槽，所述兩根探 針分別設(shè)置在兩個(gè)所述凹槽內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，其特征在于，所述探針 為銷絲探針。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，其特征在于，所述信號(hào) 處理模塊集成在一個(gè)具有觀察窗的箱體內(nèi)，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換單元、全波整流單元、放大 電路單元和二階低通濾波單元，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換單元將所述電導(dǎo)探針模塊輸出的所述 交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)，所述全波整流單元將所述交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為平滑的 直流電壓信號(hào)，所述放大電路單元將所述平滑的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)放大的直流電壓 信號(hào)，所述二階低通濾波單元將所述信號(hào)放大的直流電壓信號(hào)過濾為所述反映所述待測(cè)液 體的厚度的直流電壓信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙平行探針式路面水膜厚度測(cè)試儀，其特征在于，所述顯示 模塊包括液晶顯示屏和設(shè)置在所述液晶顯示屏內(nèi)部的處理巧片，所述顯示模塊設(shè)置在集成 所述信號(hào)處理模塊的所述箱體的頂部。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK204228101SQ201420752025
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】劉建蓓, 郭騰峰, 劉向陽, 羅京, 張冬冬 申請(qǐng)人:中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司