一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法

1.本发明涉及交通检测领域，尤其涉及一种交通流量检测装置制作方法。


背景技术：

2.目前，道路交通流量监测装置主要基于摄像技术、微波技术及地感应圈。随着市政道路的蓬勃发展，基于摄像技术的监测设备受天气及人为因素的影响，监测水平越来越低，使其逐渐成为交通流量监测的一种辅助手段；微波技术监测装置首次投资相对较高，无法监测单辆车速度，且技术复杂，道路上有少量使用；基于地感应圈的监测装置为目前较为常用的监测交通流量手段，其准确性与可操作性被市场广为接受，但地感应圈的维护成本较高、周期短，在维护中会中断交通。现有的交通流量检测装置无法将检测到的交通流量数据通过网络回传给工作人员，往往需要铺设大量线路，安装时较为不便。


技术实现要素：

3.基于上述交通流量检测水平低、维护成本高、需要铺设大量线路、数据无法回传的问题，本专利提出一种全新的交通流量检测装置制作方法，以廉价易得的粉煤灰和碱性活化剂制备交通流量检测装置感应部件的感应层，具体技术方案如下：一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，包括：由粉煤灰和碱性活化剂制备钾基地质聚合物感应层；制作钾基地质聚合物压力感应部件；设置电源（8）、信息处理装置（4）、数据传输装置（9）、数据处理装置（6），将所述电源（8）、电极（5）、信息处理装置（4）、数据传输装置（9）、数据处理装置（6）依次电连接，通过上述连接，以完成压力信号的感知、传输、处理等过程。
4.钾基地质聚合物水泥复合材料在实际运用中可以依靠钾(k
+
)离子的扩散来感应机械应力。机电特性表明钾基地质聚合物复合材料热和机械负载条件下具有良好的稳定性。eis特性表明，钾基地质聚合物复合材料能够测量具有高相位和阻抗灵敏度的压缩应力。
5.本发明的交通流量检测装置制作方法采用钾基地质聚合物复合材料层状结构作为压力感应部件，利用钾基地质聚合物复合材料受压力电阻改变的特性使道路自身具备对交通流量的监测功能，另外，本发明的检测装置与道路融为一体，使道路本身成为交通流量检测装置的一部分，在不影响道路完整性的同时监测道路交通流量。
6.进一步地，所述由粉煤灰和碱性活化剂制备钾基地质聚合物感应层的方法为：a、按照sio2=26.6%，k2o=30.7%，h2o=42.7%的配比配置硅酸钾溶液，作为所述碱性活化剂；b、将粉煤灰粉末加入所述碱性活化剂中，所述碱性活化剂与所述粉煤灰的比率为0.60，混合1分钟，形成钾基地质聚合物；c、将铜片电极插入所述钾基地质聚合物的两侧，然后振动样品以确保所述铜片电
极与所述钾基地质聚合物间良好接触，形成测量电路；d、将所述钾基地质聚合物在室温下固化24小时。
7.进一步地，所述制作钾基地质聚合物压力感应部件的方法为：将所述钾基地质聚合物感应层设置于道路预留位置，在所述钾基地质聚合物感应层表层铺设无机凝胶材料面层，与道路凝为一体，共同构成所述钾基地质聚合物压力感应部件。
8.进一步地，在设置所述钾基地质聚合物感应层之前，铺设无机凝胶材料底层，然后将所述钾基地质聚合物感应层设置在所述无机凝胶材料底层上。
9.钾基地质聚合物感应层上面铺设一层无机凝胶材料面层，不仅可以保护钾基地质聚合物感应层，还可以作为压力感应部件的受压面，传递车辆的压力信息，并且与道路凝为一体，使得道路本身成为钾基地质聚合物压力感应部件的一部分，整体性好。
10.通过在钾基地质聚合物胶凝材料加入普通道路硅酸盐水泥，形成钾基地质聚合物水泥复合材料，增强其整体的电性能以实现自感应目的，钾基地质聚合物水泥复合材料表现出相当好的压阻感应性能。钾基地质聚合物水泥复合材料可以作为一种传感器无缝集成到具有强机械强度的路面，使道路部分本身成为交通流量检测装置。
11.钾基地质聚合物感应层是感应部件的关键部分，保证其结构的完整和感应的灵敏性至关重要，因此还可以在设置感应层之前，在道路预留位置提前铺设一层无机凝胶材料，这样钾基地质聚合物压力感应部件具体的层状结构就为三层，无机凝胶材料面层、钾基地质聚合物感应层、无机凝胶材料底层，无机凝胶材料面层和无机凝胶材料底层将钾基地质聚合物感应层夹在中间，可更好地保护钾基地质聚合物少受机械外力的破坏，减少长期损耗。
12.进一步地，还可以在所述钾基地质聚合物压力感应部件的底部和侧面设置塑料板，与道路隔开，防止长期损耗。
13.进一步地，所述电源（8）包括太阳能电池板（801）、蓄电池（802）和支撑杆（7），所述电源（8）通过支撑杆（7）与所述测量电路连接，所述支撑杆（7）用于支撑所述太阳能电池板（801）和为所述测量电路供电。
14.进一步地，所述基于复合材料的交通流量检测装置在检测段各行车方向设置为多个，以便跟准确全面的检测车流量信息。
15.进一步地，所述电源按照行车方向的顺序为多个所述基于复合材料的交通流量检测装置供电。
16.进一步地，所述无机凝胶材料为硅酸盐水泥。在实际应用中，考虑到与道路的材料相容性，以及不同部位之间材料物理性能相近有利于交通检测装置更好地发挥作用，例如如果二者为相同或相近材料，热胀冷缩性能以及老化一致，减少了车辆在交通检测装置处行驶时因材料导致的颠簸等因素造成对检测信息的影响，因此优选与道路材质相同的硅酸盐水泥作为无机凝胶材料。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1)钾基地质聚合物复合材料具有稳定的压阻敏感度，最高压缩应力灵敏度为11ω/mpa和0.55deg/mpa，具有极其敏感的压阻响应，本发明以钾基地质聚合物复合材料为压力感应部件的主体材料制作交通流量检测装置，能准确捕捉数据；
2)本发明的方法将钾基地质聚合物复合材料作为一种传感器无缝集成到具有强机械强度的路面，使道路部分本身成为交通流量检测装置，能直接、及时地判定道路交通流量，并进行实时发布且不受天气、磁场等因素影响，性能稳定环境适应性高。
18.3)本发明的制作方法工艺简单，可以将复合材料直接浇筑在路面上，因此交通检测装置可以快速、方便地安装。
19.4)本发明的制作方法主要材料为钾基地质聚合物复合材料，由碱性活化剂和粉煤灰组成，原料简单，廉价易得，可降低制作成本；5)本发明的制作方法中，钾基地质聚合物复合材料是由聚合物乳液固化而成，其形状和大小可根据具体情况改变，可根据实际路况进行定制，灵活性好，适用范围广。
附图说明
20.图1为基于复合材料的交通流量检测装置结构示意图；图2为基于复合材料的交通流量检测装置的内部透视图；图3为基于复合材料的交通流量检测装置压力感应部件的结构示意图；图4为基于复合材料的交通流量检测装置安装示意图；图中标记：1-压力感应部件，2-钾基地质聚合物感应层，3-硅酸盐水泥层，301-硅酸盐水泥面层，302-硅酸盐水泥底层，4-信息处理装置，5-电极，6-数据处理装置，7-支撑杆，8-电源，801-太阳能电池板，802-蓄电池,9-数据传输装置。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
22.实施例1本实施例的技术方案为：一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，包括：s1:由粉煤灰和碱性活化剂制备钾基地质聚合物感应层2；s2:制作钾基地质聚合物压力感应部件1；s3:设置电源8、信息处理装置4、数据传输装置9、数据处理装置6。
23.钾基地质聚合物水泥复合材料在实际运用中可以依靠钾(k+)离子的扩散来感应机械应力。机电特性表明钾基地质聚合物复合材料热和机械负载条件下具有良好的稳定性。eis特性表明，钾基地质聚合物复合材料能够测量具有高相位和阻抗灵敏度的压缩应力。
24.由碱性活化剂和粉煤灰组成，原料简单，廉价易得，可降低制作成本。
25.本实施例的交通流量检测装置制作方法采用钾基地质聚合物复合材料层状结构作为压力感应部件1，利用钾基地质聚合物复合材料受压力电阻改变的特性使道路自身具备对交通流量的检测功能，另外，在实际应用中，考虑到与道路的材料相容性，以及不同部位之间材料物理性能相近有利于交通检测装置更好地发挥作用，例如如果二者为相同或相近材料，热胀冷缩性能以及老化一致，减少了车辆在交通检测装置处行驶时因材料导致的颠簸等因素造成对检测信息的影响，因此本实施例选择与道路材质相同的硅酸盐水泥3作
为无机凝胶材料，使得检测装置与道路更好地融为一体，使道路本身成为交通流量检测装置的一部分，在不影响道路完整性的同时监测道路交通流量。
26.s1具体为：a、按照sio2=26.6%，k2o=30.7%，h2o=42.7%的配比配置硅酸钾溶液，作为所述碱性活化剂；b、将粉煤灰粉末加入所述碱性活化剂中，所述碱性活化剂与所述粉煤灰的比率为0.60，用dac150高速离心混合器混合1分钟，形成钾基地质聚合物；c、将铜片电极5插入所述钾基地质聚合物的两侧，然后振动样品以确保所述铜片电极5与所述钾基地质聚合物间良好接触，形成测量电路；d、将所述钾基地质聚合物在室温下固化24小时。
27.s2、制作钾基地质聚合物压力感应部件1具体为：将所述钾基地质聚合物感应层2设置于道路预留位置，在所述钾基地质聚合物感应层2表层铺设硅酸盐水泥面层301，与道路凝为一体，共同构成所述钾基地质聚合物压力感应部件1。
28.钾基地质聚合物感应层2上面铺设硅酸盐水泥面层301，不仅可以保护钾基地质聚合物感应层2，还可以作为压力感应部件1的受压面，传递车辆的压力信息，并且与道路凝为一体，使得道路本身成为钾基地质聚合物压力感应部件1的一部分，整体性好。
29.通过在钾基地质聚合物胶凝材料加入普通道路硅酸盐水泥3，形成钾基地质聚合物水泥复合材料，增强其整体的电性能以实现自感应目的，钾基地质聚合物水泥复合材料表现出相当好的压阻感应性能。钾基地质聚合物水泥复合材料可以作为一种传感器无缝集成到具有强机械强度的路面，使道路部分本身成为交通流量检测装置。
30.然后，将所述电源8、电极5、信息处理装置4、数据传输装置9、数据处理装置6依次电连接；所述电源8包括太阳能电池板801和蓄电池802，所述电源8通过支撑杆7与所述测量电路连接，所述支撑杆7用于支撑所述太阳能电池板801和为所述测量电路供电。
31.在实际应用中，本实施例中的硅酸盐水泥面层301与路面为一体且与路面齐平，钾基地质聚合物水泥复合材料的嵌入式交通流量检测装置的宽度为15厘米，长宽无固定要求，在检测段各行车方向铺设两条，如图4所示。
32.实施例2相比实施例1，实施例2在设置所述钾基地质聚合物感应层2之前，铺设硅酸盐水泥底层302，然后将所述钾基地质聚合物感应层2设置在所述硅酸盐水泥底层302上。
33.在实施例2中的方法制备的交通流量检测装置的压力感应部件1包括硅酸盐水泥面层301、钾基地质聚合物感应层2、硅酸盐水泥底层302，沿路面到地下的方向依次为：硅酸盐水泥面层301、钾基地质聚合物感应层2、硅酸盐水泥底层302，如图3所示。
34.钾基地质聚合物感应层2是感应部件的关键部分，保证其结构的完整和感应的灵敏性至关重要，因此还可以在设置感应层之前，在道路预留位置提前铺设硅酸盐水泥底层302，这样硅酸盐水泥面层301和硅酸盐水泥底层302将钾基地质聚合物感应层2夹在中间，可更好地保护钾基地质聚合物少受机械外力的破坏，减少长期损耗。
35.实施例3实施例3中，在所述钾基地质聚合物压力感应部件1的底部和侧面设置塑料板，与
道路隔开，防止长期损耗。
36.对于实施例1中的制作方法制作的交通流量检测装置的感应部件结构，只包含了钾基地质聚合物感应层2和硅酸盐水泥面层301，在铺设钾基地质聚合物感应层2前，在道路预留位置铺设一层塑料板，然后在预留位置的内侧，根据钾基地质聚合物压力感应部件1的形状，铺设一层塑料板，然后再铺设钾基地质聚合物感应层2，然后再在其上面铺设硅酸盐水泥面层301，硅酸盐水泥面层301上方无需再铺设塑料板。
37.对于实施例2中的制作方法制作的交通流量检测装置的感应部件结构，包括硅酸盐水泥面层301、钾基地质聚合物感应层2、硅酸盐水泥底层302，在铺设硅酸盐水泥底层302前，在道路预留位置铺设一层塑料板，然后在预留位置的内侧，根据钾基地质聚合物压力感应部件1的形状，铺设一层塑料板，然后再铺设硅酸盐水泥底层302和钾基地质聚合物感应层2，然后再在其上面铺设硅酸盐水泥面层301，硅酸盐水泥面层301上方无需再铺设塑料板。
38.对于钾基地质聚合物压力感应部件1为长方体的情形，塑料外壳包括下塑料板、左塑料板、右塑料板、前塑料板、后塑料板。
39.在实际制作过程中，在浇筑交通监测压力感应部件1时，先将塑料外壳的每一片搭建成与道路预留空缺的形状，并预留电极5位置。然后浇筑前先铺设一层硅酸盐水泥底层302，待硅酸盐水泥底层302硬化后在浇筑钾基地质聚合物乳液，待钾基地质聚合物乳液硬化后再在其上方再铺设一层硅酸盐水泥面层301，并与路面齐平。这样最上面一层的硅酸盐水泥面层301和道路融为一体，车辆行驶到硅酸盐水泥面层301上对其产生压力，进而使得下部的钾基地质聚合物产生k离子迁移，进而导致电阻变化，测量电路感应到电流变化信号并通过数据传输装置9传输给信息处理装置4，信息处理装置4包括信号转换器和信号放大器，所述的信号转换器可以将产生的电阻信号转换为电流信号，所述的信号放大器用于将转换过后的电流信号进行放大以便所述数据处理系统处理，然后得到检测路段的交通流量信息。
40.当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，包括：由粉煤灰和碱性活化剂制备钾基地质聚合物感应层（2）；制作钾基地质聚合物压力感应部件（1）；设置电源（8）、信息处理装置（4）、数据传输装置（9）、数据处理装置（6），将所述电源（8）、电极（5）、信息处理装置（4）、数据传输装置（9）、数据处理装置（6）依次电连接。2.根据权利要求1所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，所述由粉煤灰和碱性活化剂制备钾基地质聚合物感应层（2）的方法为：a、按照sio2=26.6%，k2o=30.7%，h2o=42.7%的配比，配置硅酸钾溶液，作为所述碱性活化剂；b、将粉煤灰粉末加入所述碱性活化剂中，所述碱性活化剂与所述粉煤灰的比率为0.60，混合1分钟，形成钾基地质聚合物；c、将铜片电极（5）插入所述钾基地质聚合物的两侧，然后振动样品以确保所述铜片电极（5）与所述钾基地质聚合物间良好接触，形成测量电路；d、将所述钾基地质聚合物在室温下固化24小时。3.根据权利要求2所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，所述制作钾基地质聚合物压力感应部件（1）的方法为：将所述钾基地质聚合物感应层（2）设置于道路预留位置，在所述钾基地质聚合物感应层（2）表层铺设无机凝胶材料面层，与道路凝为一体，共同构成所述钾基地质聚合物压力感应部件（1）。4.根据权利要求3所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，在设置所述钾基地质聚合物感应层（2）之前，铺设无机凝胶材料底层，然后将所述钾基地质聚合物感应层（2）设置在所述无机凝胶材料底层上。5.根据权利要求3或4所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，还包括：在所述钾基地质聚合物压力感应部件（1）的底部和侧面设置塑料板，与道路隔开，防止长期损耗。6.根据权利要求5所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，所述电源（8）包括太阳能电池板（801）、蓄电池（802）和支撑杆（7），所述电源（8）通过支撑杆（7）与所述测量电路连接，所述支撑杆（7）用于支撑所述太阳能电池板（801）和为所述测量电路供电。7.根据权利要求6所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，所述基于复合材料的交通流量检测装置在检测段各行车方向设置为多个。8.根据权利要求7所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，所述电源（8）按照行车方向的顺序为多个所述基于复合材料的交通流量检测装置供电。9.根据权利要求8所述的一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，其特征在于，所述无机凝胶材料为硅酸盐水泥。

技术总结
本发明公开了一种基于复合材料的交通流量检测装置制作方法，该方法由粉煤灰和碱性活化剂制备钾基地质聚合物感应层，利用钾基地质聚合物复合材料受压力电阻改变的特性使道路自身具备对交通流量的监测功能，另外，本发明的制作方法制得的检测装置可与道路融为一体，使其无缝集成到具有强机械强度的路面，使道路本身成为交通流量检测装置的一部分，在不影响道路完整性的同时监测道路交通流量。道路完整性的同时监测道路交通流量。道路完整性的同时监测道路交通流量。


技术研发人员：张军伟 邓琴 王俊杰
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/20