СПОСОБ НАГРЕВА ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E01C23/06 E01C23/14 

Изобретение относится к технологии дорожно строительных работ, в частности к устройствам для нагрева асфальтобетонных покрытий, и может быть использовано для отвердения свежеуложенного бетона.

Известно устройство для разогрева свежеуложенного бетона [1] которое содержит соединенный с СВЧ генератором излучатель в виде волновода с прямоугольной щелью, расположенной между размещенными в нем поршнем и согласующим элементом.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для регенерации асфальтобетонного дорожного покрытия [2] Это устройство содержит раму с ходовой частью, размещенные на ней СВЧ генератор, горизонтально расположенный излучатель, соединенный с выходом СВЧ генератора, с защитным экраном по его контуру и сверху рамы.

В аналоге и прототипе облучение нагреваемой поверхности происходит по нормали к ней. В этом случае существенная часть излучаемой мощности отражается от нагреваемой поверхности и попадает обратно в излучатель, а из него в СВЧ- генератор, что не способствует его нормальной работе и уменьшает КПД использования СВЧ нергии для нагрева покрытия.

Известно, что диэлектрическая постоянная дорожного покрытия равна примерно 4. В этом случае при нормальном падении волны на границу раздела двух сред воздух покрытие коэффициент отражения составляет 0,33, т.е. 11% мощности СВЧ излучения отражается от нагреваемой поверхности.

Техническим результатом изобретения является уменьшение отражения СВЧ - энергии от дорожного покрытия практически до нуля. Этот результат достигается в способе нагрева дорожного покрытия и устройстве для его осуществления.

Способ нагрева дорожного покрытия состоит в облучении нагреваемого участка дорожного покрытия под острым углом к его поверхности радиоволнами СВЧ диапазона плоскость поляризации которых параллельна плоскости падения, приеме зеркально отраженных от поверхности дорожного покрытия радиоволн, измерении их амплитуды, изменении угла наклона облучения поверхности дорожного покрытия в ту или другую сторону до уменьшения амплитуды зеркально отраженных радиоволн до нуля (минимума). Под этим углом производят нагрев дорожного покрытия. Этот угол называется углом Брюстера и определяется по формуле:

где
q угол Брюстера;
e диэлектрическая постоянная материала дорожного покрытия.

Известно, что при облучении границы раздела двух сред электромагнитными волнами, плоскость поляризации которых параллельна плоскости падения под углом Брюстера, отраженная волна отсутствует и вся энергия волны передается второй среде, на которую падают электромагнитные волны (см. например, А.Ф. Харвей, Техника сверхвысоких частот, М. Сов. радио, 1965 г. том 1, стр. 41 42).

Отличительными признаками изобретения являются облучение нагреваемого участка дорожного покрытия под острым углом к его поверхности радиоволнами, плоскость поляризации которых параллельна плоскости падения, прием зеркально отраженных от поверхности дорожного покрытия радиоволн, измерени их амплитуды, изменении угла наклона облучения в ту или другую сторону до уменьшения зеркально отраженных радиоволн до нуля.

Устройство для реализации способа содержит по меньшей мере один СВЧ- генератор, одну линию передачи СВЧ- энергии, один излучатель, одну приемную антенну, амплитудный детектор, усилитель, индикатор, тележку с узлами крепления излучателя и приемной антенны.

Вход линии передачи соединен с выходом СВЧ -генератора, а ее выход со входом излучателя. Приемная антенна, амплитудный детектор, усилитель и индикатор соединены последовательно.

Излучатель и приемная антенна закреплены на тележке в одной плоскости (плоскости падения) с возможностью изменения углов наклона их электрических осей и находятся с разных сторон тележки.

Отличительными признаками изобретения являются приемная антенна, амплитудный детектор, усилитель, индикатор, а также выполнение излучателя с поляризацией излучения, параллельной плоскости падения, и расположение раскрыва излучателя под острым углом к поверхности дорожного покрытия.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для нагрева дорожного покрытия и положения излучателя и приемной антенны относительно поверхности дорожного покрытия.

На фиг. 2 показано крепление излучателя и приемной антенны к тележке (вид спереди).

На фигурах введены обозначения: 1 СВЧ -генератор, 2 линия передачи СВЧ- энергии, 3 излучатель СВЧ- энергии, 4 приемная антенна, 5 - амплитудный детектор, 6 усилитель, 7 индикатор, 8 аппаратурный шкаф, 9 - тележка, 10 -узлы крепления излучателя и приемной антенны к тележке.

СВЧ-генератор 1 может быть выполнен на магнетроне, клистроне или мощных транзисторах по известным схемам сантиметрового или дециметрового диапазона радиоволн, мощностью несколько кВт. В генераторе могут быть предусмотрены два режима работы: тестовый малой мощности с модуляцией колебаний меандром и рабочий непрерывного излучения полной мощности.

Линия 2 передачи может быть выполнена волноводной или коаксиальной.

Излучатель 3 может быть выполнен в виде открытого конца волновода, электромагнитного рупора или электрического диполя.

Приемная антенна 4 может быть выполнена так же как и излучатель 3.

Детектор 5 может быть выполнен амплитудным в виде полупроводникового диода.

Усилитель 6 может быть выполнен на транзисторах звуковой частоты по известным схемам или постоянного тока.

Индикатором 7 может служить стрелочный прибор или цифровой индикатор.

Аппаратурный шкаф 8 может быть выполнен из металла, в котором размещаются приборы устройства.

Тележка 9 может быть выполнена ручной или самоходной.

Устройства 10 крепления излучателя и приемной антенны к тележке должны обеспечивать возможность изменения углов наклона их электрических осей к поверхности покрытия.

Устройство для реализации способа нагрева дорожного покрытия содержит СВЧ-генератор 1 мощностью 5 кВт длиной волны 12 см, линию 2 передачи, выполненную из волноводов стандартного сечения 72х34 мм, излучатель 3, выполненный в виде открытого конца волновода, приемную антенну 4, выполненную в виде электрического диполя, амплитудный детектор 5, выполненный на полупроводниковом диоде высокой частоты, усилитель 6 звуковой частоты, цифровой индикатор 7, аппаратурный шкаф 8, тележку 9 и устройство 10 крепления излучателя 3 и антенны 4 к тележке.

Излучатель 3 через линию 2 передачи соединен с выходом СВЧ- генератора 1. Антенна 4, детектор 5, усилитель 6 и индикатор 7 соединены последовательно.

Электрические оси излучателя 3 и антенны 4 пересекаются в одной точке, лежащей на поверхности дорожного покрытия. Электрическая ось излучателя находится под острым углом падения углом Брюстера к поверхности раздела воздух дорожное покрытие. Электрическая ось антенны 4 находится к той же поверхности раздела под отрицательным углом Брюстера. В частности, при диэлектрической постоянной дорожного покрытия, равной 4, угол Брюстера равен 64^o.

Способ нагрева дорожного покрытия состоит в следующем. Электрические оси излучателя 3 и антенны 4 с помощью устройства 10 направляют в одну точку, лежащую на поверхности участка дорожного покрытия, подлежащего нагреву, под острым углом к поверхности покрытия. Включают СВЧ-генератор 1 и усилитель 6. С помощью излучателя 3 начинают облучать участок дорожного покрытия. С помощью антенны 4, детектора 5, усилителя 6, индикатора 7 измеряют амплитуду радиоволн, отраженных зеркально от поверхности покрытия. С помощью устройства 10, изменяя угол наклона электрической оси излучателя 3 к поверхности покрытия добиваются нулевого показания индикатора 7, после чего в этом положении закрепляют излучатель 3 СВЧ-энергия которого без отражения проходит границу раздела воздух покрытие в дорожное покрытие и нагревает его до заданной температуры.

Способ нагрева дорожного покрытия и устройство для его осуществления обеспечивают 100% -ное использование СВЧ - энергии излучателя на нагрев, для чего облучают поверхность дорожного покрытия радиоволнами, плоскость поляризации которых параллельна плоскости их падения на границу раздела воздух - покрытие под углом падения Брюстера. Устройство для осуществления этого способа содержит СВЧ - генератор, излучатель, соединенный с генератором, приемную антенну, детектор и индикатор. Приемная антенна с индикатором позволяет определить угол Брюстера для любого дорожного покрытия. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ нагрева дорожного покрытия, состоящий в облучении нагреваемого участка дорожного покрытия радиоволнами СВЧ-диапазона, отличающийся тем, что облучают участок дорожного покрытия под острым углом к его поверхности радиоволнами, плоскость поляризации которых параллельна их плоскости падения, одновременно принимают зеркально-отраженные от поверхности дорожного покрытия радиоволны, измеряют их амплитуду, изменяют угол наклона облучения поверхности дорожного покрытия в ту или другую сторону в плоскости падения до уменьшения амплитуды зеркально-отраженных радиоволн до нуля и продолжают нагрев дорожного покрытия до заданной температуры. 2. Устройство для нагрева дорожного покрытия, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, линию передачи и излучатель, отличающееся тем, что в него введены приемная антенна, детектор и индикатор, соединенные последовательно, причем электрические оси излучателя и приемной антенны лежат в одной плоскости и по разные стороны перпендикуляра к поверхности, в основании которого они пересекаются, и находятся под острыми углами к поверхности дорожного покрытия.