馬春燕 賴學(xué)彤

摘要：路面平整度測量是判斷路面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，常用的測量平整度的裝置——3 m直尺，因其需要人工操作具有較多的缺點(diǎn)，增加了人力資源的消耗，增多了時(shí)間成本的浪費(fèi)等，改良3 m直尺從而提高測量效率與提高測量精度，尤為重要。文章基于普通3 m直尺的局限處，通過改良3 m直尺，增強(qiáng)其功能性，改善了其使用效果，在路面平整度測量上將有較廣應(yīng)用前景。

[作者簡介]馬春燕（2000—），女，在讀本科，研究方向?yàn)榈缆肥┕y量;賴學(xué)彤（2000—），女，在讀本科，研究方向?yàn)榈缆肥┕y量。

1 新型3 m直尺結(jié)構(gòu)的組成與特點(diǎn)

1.1 裝置特點(diǎn)

基于傳統(tǒng)3 m直尺以及紅外線的發(fā)展和應(yīng)用背景以及對(duì)其缺陷的了解分析，本文所介紹的一種全自動(dòng)3 m直尺，其目的在于提高工作效率以及增加檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該改良3 m直尺特征主要在于：包括測量尺本體、處理器和接收終端。

較傳統(tǒng)3 m直尺，本文所述改良3 m直尺從功能上具有的特點(diǎn)為：

（1）新增自動(dòng)讀數(shù)功能：傳統(tǒng)3 m直尺需人工測量肉眼讀數(shù)，本文所介紹改良全自動(dòng)3 m直尺在尺身增加紅外線發(fā)射與接收裝置進(jìn)行自動(dòng)讀數(shù)。

（2）新增數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)功能：傳統(tǒng)3 m直尺所測量數(shù)據(jù)由操作員記錄在紙上，為避免數(shù)據(jù)遺漏或丟失、手抄數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)、縮短操作時(shí)間，本文所述改良全自動(dòng)3 m直尺通過處理器將數(shù)據(jù)傳送至接收終端——數(shù)據(jù)記錄儀，由顯示屏顯示其讀數(shù)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在記錄儀中。

（3）新增語音播報(bào)與打印功能：傳統(tǒng)3 m直尺作為一種簡單的測量儀器不含語音播報(bào)與打印功能，該功能可實(shí)時(shí)反饋測量數(shù)據(jù)、提高工作效率。

1.2 裝置組成

1.2.1 測量尺本體部分

（1）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺本體尺桿自由端靠近端部處設(shè)有卡接塊及與該卡接塊對(duì)應(yīng)配合的卡槽。在轉(zhuǎn)動(dòng)2個(gè)尺桿進(jìn)行折疊收納時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)2個(gè)尺桿相互貼合，此時(shí)一個(gè)尺桿的卡塊嵌入另一個(gè)尺桿的卡槽中實(shí)現(xiàn)卡接，如圖1、圖2所示，將兩個(gè)尺桿進(jìn)行卡接固定，提高其折疊收納后連接的穩(wěn)定性。

（2）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺本體由兩個(gè)尺桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，任一尺桿均長為1.5 m，展開總長為3 m。尺桿3設(shè)有卡接塊，另一個(gè)尺桿轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)有卡接片;上述卡接片設(shè)有與上述卡接塊配合的卡接槽，兩個(gè)尺桿轉(zhuǎn)動(dòng)展開后，通過轉(zhuǎn)動(dòng)卡接片，使卡接塊嵌入卡接片上的卡接槽中實(shí)現(xiàn)卡接，如圖3所示，如此卡接塊與卡接片實(shí)現(xiàn)連接，防止了兩個(gè)尺桿相互轉(zhuǎn)動(dòng)，如此使用2個(gè)尺桿進(jìn)行檢測時(shí)不會(huì)出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，提高測量結(jié)果精度。

（3）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺本體沿其長度方向設(shè)置多個(gè)檢測模塊，任一所述檢測模塊包括紅外線發(fā)射模塊和紅外線接收模塊，如圖4所示紅外線發(fā)射模塊、所述紅外線接收模塊和所述接收終端均與所述處理器電連接。

（4）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺本體設(shè)有水準(zhǔn)泡，可以多方向顯示測量尺本體的水平狀態(tài)，提高測量精度（圖1）。

1.2.2 處理器部分

該改良3 m直尺測量尺采用AT89S51芯片。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位處理器，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，能對(duì)接收到的信息進(jìn)行及時(shí)有效的處理。需要說明的是，處理器可以是一種集成電路芯片，具有信號(hào)處理能力。該處理器可以是通用處理器，包括中央處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器等;還可以是數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。

1.2.3 接收終端部分

（1）該全自動(dòng)3 m直尺接收終端包括顯示模塊，其顯示模塊與前文AT89S51處理器電連接，如此便于通過顯示模塊對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，供測量人員查看，顯示模塊可采用顯示屏13。

（2）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺接收終端包括語音播報(bào)模塊，該語音播報(bào)模塊與前文AT89S51處理器電連接。

（3）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺接收終端包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與前文AT89S51處理器電連接，存儲(chǔ)模塊可采用存儲(chǔ)卡。

（4）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺接收終端包括蓄電池，所述蓄電池與前文AT89S51處理器電連接，可通過充電接頭給數(shù)據(jù)記錄儀充電。

（5）該改良全自動(dòng)3 m直尺測量尺接收終端包括語音播報(bào)模塊[5]，上述語音播報(bào)模塊與前文AT89S51處理器電連接。

（6）該全自動(dòng)3 m直尺數(shù)據(jù)記錄儀9還可設(shè)置打印功能，比如小型的打印機(jī)，可在數(shù)據(jù)記錄儀9設(shè)置打印口12，便于將相關(guān)數(shù)據(jù)打印在紙張上從打印口12移動(dòng)出來。

2 實(shí)施方案

2.1 工作原理

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求[2]。紅外傳感器是利用紅外線來進(jìn)行傳感的儀器， 英文名稱為infra-red sensor，是一種以紅外線為介質(zhì)來完成測量功能的傳感器[7]。紅外傳感器使用三角測量原理對(duì)距離進(jìn)行測量。紅外線發(fā)射器發(fā)射光線，光線會(huì)在與物體相遇后反射回來。反射光線被檢測器檢測以及接收。在此之后，通過偏移值、發(fā)射角度、中心距，和濾鏡焦距的值來對(duì)距離進(jìn)行計(jì)算。紅外測距模塊反應(yīng)速度較快，成本低。

將該全自動(dòng)3 m直尺放置于待檢測的路面，由紅外線發(fā)射模塊1向直尺底部路面發(fā)射紅外線，經(jīng)過路面反射后通過紅外線接收模塊2接收，并將信號(hào)傳遞到處理器，通過發(fā)射和接收時(shí)間差可以計(jì)算出距離。經(jīng)由處理器處理后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮战K端，測量人員可以通過接收終端了解檢測路面的間隙數(shù)據(jù)，操作簡單，提高測量精度，節(jié)省人力。

該全自動(dòng)3 m直尺可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的只讀取不存儲(chǔ)或存讀并行兩種模式，將所測量的間隙存儲(chǔ)，在顯示屏13上顯示，通過控制按鈕10控制實(shí)現(xiàn)打印及語言播報(bào)功能。

2.2 實(shí)施過程

本裝置由測量尺本體、處理器和接收終端組成，在實(shí)際測量路面平整度過程中，將測量尺本體放置于需要檢測的路面，紅外線發(fā)射模塊朝著測量尺本體底部的路面發(fā)射紅外線，經(jīng)過路面反射后通過紅外線接收模塊接收，并將信號(hào)傳遞到處理器，根據(jù)發(fā)射和接收時(shí)間差可以計(jì)算出距離，通過處理器處理后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮战K端進(jìn)行接收，用戶可以通過接收終端了解檢測路面的間隙數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)記錄儀上實(shí)現(xiàn)顯示、存儲(chǔ)、記錄等功能，還有只讀取不存儲(chǔ)和存讀并行兩種數(shù)據(jù)模式，擴(kuò)展了對(duì)數(shù)據(jù)處理的能力，同時(shí)，加裝有語音播報(bào)功能，避免了在戶外陽光下面板讀數(shù)顯示不清晰的情況。綜上，本裝置通過實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)等后續(xù)一系列操作，使得通過3 m直尺測量路面平整度的方式得以改良，具有操作簡單，提高測量精度，節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)。

3 工程應(yīng)用

3 m直尺作為傳統(tǒng)的測量路面平整度的裝置，在公路施工工程質(zhì)量監(jiān)測上有重要作用，該新型3 m直尺在道路工程、建筑工程、機(jī)場跑道工程、橋梁工程、隧道工程等工程中對(duì)其工程的質(zhì)量控制方面具有重要作用。

在道路工程上[4]，如圖5所示，本新型3 m直尺在原有普通3 m直尺基礎(chǔ)上通過改良，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及記錄等功能，提高了3 m直尺的使用性及功能性。改良后的新型3 m直尺作為平整度測量的裝置，它的實(shí)用性大大增強(qiáng)了，將其應(yīng)用于基礎(chǔ)的公路施工中的平整度測量上時(shí)，因其自動(dòng)化的特點(diǎn)及數(shù)據(jù)處理上的功能特點(diǎn)等，在工程中節(jié)約部分人力資源及時(shí)間成本，一定程度上提高測量的精度，使得測量過程簡單、易操作，數(shù)據(jù)處理便捷。

在建筑工程上，需要對(duì)平整度進(jìn)行測量的位置，本新型3 m直尺也能使用，例如在混凝土工程中澆筑混凝土平面的平整度測量[5]，如圖6所示，在現(xiàn)澆混凝土工程實(shí)施過程中，澆筑后為確保后續(xù)在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上施工的安全性及質(zhì)量要求，要對(duì)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的底板及頂板的平整度進(jìn)行測量，本新型3 m直尺可作為一種測量裝置進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土的平整度測量。另外，建筑工程中，屋面的排水具有極其重要的意義，建筑房屋屋頂排水面層的平整度影響著屋面排水的能力，平整度不佳的屋面其排水能力下降，可能造成屋面局部積水、破壞排水坡結(jié)構(gòu)，侵蝕建筑屋頂?shù)葐栴}，而本文所述新型3 m直尺可更大精度測量屋面平整度、減少屋面受雨水損害、降低財(cái)力損失等[6]。同時(shí)，對(duì)于裝飾工程，裝飾面的平整度測量對(duì)工程質(zhì)量有極大的影響，該3 m直尺可以作為測量裝置對(duì)裝飾面的平整度進(jìn)行測量。

本新型3 m直尺可應(yīng)用于機(jī)楊跑道道面平整度的測量與控制，將有效提高作業(yè)效率與質(zhì)量，能對(duì)前述道面平整度進(jìn)一步控制以縮小道面平整度所能產(chǎn)生的不良影響[7]。

在隧道工程[8]上，隧道在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要涉及多方的專業(yè)知識(shí)，考量多項(xiàng)影響因素，故對(duì)隧道的質(zhì)量要求很高。本新型3 m直尺作為平整度測量的裝置，在隧道工程中也有一定的作用。隧道開挖后，隧道的表面平整度對(duì)后續(xù)工作有著重要影響，如排水、鋪設(shè)等工作。該3 m直尺可以作為一種隧道內(nèi)部平整度測量的裝置，在隧道中，其語言播報(bào)功能也能得以發(fā)揮。

在橋梁工程[9]上，橋梁建設(shè)是我國基建的重點(diǎn)之一，橋梁的質(zhì)量與我們的生活密切相關(guān)，在橋梁的鋪設(shè)過程中，路面的平整度非常重要，本文所述新型改良3 m直尺可以精準(zhǔn)、快捷地在施工過程中把控橋梁工程路面平整度可能存在的問題。

本文所述新型3 m直尺，在各項(xiàng)工程的平整度測量上有較大的用途，在一定程度上，提高了測量的精度，節(jié)約人力資源、時(shí)間成本等，對(duì)平整度測量這一工作來說，具有極大的作用。

4 結(jié)束語

本文基于3 m直尺在公路施工中的應(yīng)用，以普通3 m直尺為基礎(chǔ)，改良其裝置，加裝紅外線等以實(shí)現(xiàn)功能性的增強(qiáng)，拓寬該新型3 m直尺的應(yīng)用范圍，使其在工程中的應(yīng)用更多。該新型3 m直尺與普通3 m直尺相比，增加了紅外線發(fā)射與接收單元、數(shù)據(jù)處理器、傳感器等裝置，使其具有了更多的功能。加裝紅外線發(fā)射與接收單元以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化進(jìn)行平整度測量的功能，加裝傳感器以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化功能，加裝處理器以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)的功能，另外，增加語言播報(bào)功能、只讀取不存儲(chǔ)和存讀并行兩種數(shù)據(jù)模式功能等。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以預(yù)見，新型3 m直尺在公路工程中的應(yīng)用前景是可觀的，在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程中對(duì)現(xiàn)澆混凝土表面的平整度測量也是有應(yīng)用前景的，類似地，該新型3 m直尺在各類工程的平整度測量上都有應(yīng)用前景，比如裝飾工程的平面平整度測量、橋面工程的平整度測量等。

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