上世紀(jì)80年代后期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始?jí)簩?shí)度計(jì)方面的研究，也曾開(kāi)發(fā)出機(jī)載式壓實(shí)度儀，由于采用數(shù)碼管顯示，沒(méi)有采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，盡管成本低，但在實(shí)際應(yīng)用中效果并不理想。儀器的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，顯示值和實(shí)際測(cè)量值不能很好地對(duì)應(yīng)。
　　在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，本文對(duì)現(xiàn)有的壓實(shí)度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。采用了先進(jìn)的DSP芯片作為主控制器，充分利用DSP的高速運(yùn)算能力，達(dá)到了對(duì)被壓實(shí)路面壓實(shí)度的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量。
　　工作原理
　　現(xiàn)代壓路機(jī)按壓實(shí)原理可分為靜力式壓路機(jī)、振動(dòng)式壓路機(jī)和沖擊式壓路機(jī)。其中，振動(dòng)壓路機(jī)是目前國(guó)內(nèi)使用最廣泛的一種壓實(shí)機(jī)械，其主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、行走裝置和機(jī)架構(gòu)成。振動(dòng)輪是從動(dòng)輪，也是壓實(shí)輪，其采用的是一種不平衡偏心塊式結(jié)構(gòu)。當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)在作業(yè)時(shí)，振動(dòng)輪帶動(dòng)偏心塊高速旋轉(zhuǎn)，偏心塊產(chǎn)生的離心力就成為干擾力。振動(dòng)輪將此干擾力傳遞到土壤，使路基產(chǎn)生振動(dòng)，在振動(dòng)輪自身重力和沖擊力的作用下，路基土壤顆粒間的摩擦力和粘結(jié)力被克服，小的顆粒填充到大顆粒土的空隙中，路基的壓實(shí)度增加。
　　
　　圖1 壓路機(jī)—路基壓實(shí)系統(tǒng)模型
　　振動(dòng)壓路機(jī)模型如圖1所示。在由振動(dòng)壓路機(jī)—路基組成的壓實(shí)系統(tǒng)中，振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化和路面的剛度密切相關(guān)，而路面的剛度與壓實(shí)度正相關(guān)，因此，振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化和壓實(shí)度密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析，可以反映路面壓實(shí)度變化。
　　壓實(shí)初期，路基填料比較疏松，壓實(shí)度低，路基的彈性剛度小，因而阻尼大，振動(dòng)輪的響應(yīng)小。隨著壓實(shí)次數(shù)增加，路基的剛度增大，阻尼變小，振動(dòng)輪的響應(yīng)變大。
　　當(dāng)路面的壓實(shí)度增大到一定程度后，由于偏心塊系統(tǒng)的不平衡性及非線(xiàn)性，振動(dòng)壓路機(jī)能夠產(chǎn)生跳振，因而產(chǎn)生特殊的次諧波分量。而且壓實(shí)度越高，次諧波分量成分也越高。通過(guò)對(duì)基波與二次諧波的比值與壓實(shí)度進(jìn)行標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)度的準(zhǔn)確測(cè)量。
　　
　　圖2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　集成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基本原則是：安全可靠：硬件設(shè)備要滿(mǎn)足使用環(huán)境的溫度、濕度、振動(dòng)、粉塵等要求。有足夠的抗干擾能力：硬件系統(tǒng)有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常的必要條件。經(jīng)濟(jì)合理：計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備在滿(mǎn)足測(cè)試系統(tǒng)的速度、存儲(chǔ)容量、兼容性、可靠性的基礎(chǔ)上，合理選用和設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件。
　　針對(duì)本系統(tǒng)中涉及的采樣參數(shù)較多、運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，用普通的單片機(jī)難以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。因此本系統(tǒng)采用了德州儀器（TI）公司的TMS320LF2407A（以下簡(jiǎn)稱(chēng)LF2407A）處理器作為主控芯片。
　　硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，加速度傳感器安裝在振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)輪的軸承上，用來(lái)采集振動(dòng)輪在垂直方向的加速度信號(hào)，此信號(hào)包含來(lái)自軸承、激振馬達(dá)等的干擾波。經(jīng)電荷放大器放大后，分為兩路。一路經(jīng)濾波器濾波，去掉干擾波信號(hào)后，送入A/D采樣通道2；另一路經(jīng)諧波濾波器，送入A/D采樣通道3，此處諧波濾 波器的作用是僅使振動(dòng)產(chǎn)生的一次諧波通過(guò)。在LF2407A內(nèi)部對(duì)兩路信號(hào)首先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后再對(duì)數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行快速傅立葉變換，最終得到一個(gè)與路基壓實(shí)度成比例的值，通過(guò)對(duì)該值和壓實(shí)度值進(jìn)行標(biāo)定，可以用來(lái)準(zhǔn)確表示壓實(shí)度值變化。
　　速度傳感器安裝在車(chē)輪上，采集來(lái)的信號(hào)輸入A/D采樣通道1，用來(lái)計(jì)算振動(dòng)壓路機(jī)的行駛速度和里程。
　　鍵盤(pán)用于輸入用戶(hù)指令，是系統(tǒng)中很關(guān)鍵的部件，通過(guò)鍵盤(pán)按鍵響應(yīng)與液晶菜單選擇，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)里程設(shè)置、壓路機(jī)參數(shù)設(shè)置、振動(dòng)頻率顯示、保存、打印等功能。