阅读说明：本技术 使用实验室校准的测试设备和样本数据分析多孔材料 (Analysis of porous materials using laboratory calibrated test equipment and sample data ) 是由 丹尼斯·M·安德森 斯蒂芬·R-K·菲林 威廉·埃尼 戴夫·B·斯特拉利 于 2019-01-23 设计创作，主要内容包括：用于测试例如用在路基或建筑地基中的多孔材料的测试设备可以部署在各种测试工地的现场。测试设备包括与被测多孔材料接触的电极以及将电磁信号提供给多孔材料的传感器单元。响应信号反映可以等同于诸如密度和湿度的材料性质的诸如复阻抗的电学参数。可以参照在使用相同测试设备的实验室测试中做出的经验相关性来考虑测试设备对测量的影响。电极可包括在与多孔材料接触时减小气隙的柔性共面电极。(Test equipment for testing porous materials, such as those used in road beds or construction foundations, may be deployed on site at various test sites. The test device includes electrodes in contact with the porous material under test and a sensor unit that provides an electromagnetic signal to the porous material. The response signal reflects an electrical parameter such as complex impedance that may be equivalent to a material property such as density and humidity. The effect of the test equipment on the measurements may be considered with reference to empirical correlations made in laboratory tests using the same test equipment. The electrodes may comprise flexible coplanar electrodes that reduce air gaps when in contact with the porous material.)

使用实验室校准的测试设备和样本数据分析多孔材料

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月23日提交的美国临时专利申请序列第62/620,988号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请还要求于2018年1月23日提交的美国临时专利申请序列第62/620,995号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请还要求2018年1月23日提交的美国临时专利申请序列第62/621,011号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请还要求2018年1月23日提交的美国临时专利申请序列第62/621,005号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请还要求于2019年1月23日提交的美国非临时专利申请序列第16/255,566号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在现场和实验室环境中测量多孔施工材料的各种物理性质的领域，该物理性质包括公路和其他建筑地基施工用途的土壤和沥青的密度和湿度。更具体地，本发明涉及借助于使用从射频波产生电磁场的电极组的电测量来确定土壤或沥青的密度和水含量。

背景技术

由于电学参数与土壤密度和水含量有关，其测量可用于在道路和地基土壤被压实以满足工程设计标准时提供有关道路和地基土壤的快速、低成本和有效的信息。在确定土壤材料的密度和水含量时，必须测量并在电学上考虑每种土壤的电化学条件以及物理性质。

使用沥青的公路施工必须符合工程设计规范，以确保公路随着时间流逝的质量和耐久性。进行工程测试以评估沥青铺设和压实期间和之后的施工方法和沥青材料。沥青材料的组成通常包含集料大小的矿物材料和石油基粘合剂，这些粘合剂根据设计标准而固化形成工程特性。该材料在铺设期间被压实以确保强度以及可塑性，从而用作耐用的道路。设计组合和铺设技术使公路施工能够在长时间内承受交通负荷和天气状况。

了解土壤密度和湿度对道路和地基的施工具有重大意义。适当的密度和湿度对于防止这些施工过早失效是必要的。为了使工程地基的施工符合土木施工规范，土壤工程师必须进行岩土调查，以确定将要用于地基的设计和施工的土壤材料的特性。为了正确地建造和设计地基，可通过实验室和现场测试对土壤进行表征，这些测试提供在该对象地基的设计计算中使用的强度数据。评估土壤材料密度的常规实验室测试称为普式测试(proctortest)。ASTM D-698-00a“使用标准作用力(12,400ft＝lbs/ft3(600kN/m3))的土壤实验室压实特性的标准测试方法”或ASTM D-1557-00“使用修正作用力(56,000ft＝lbs/ft3(2,700kN/m3)的土壤实验室压实特性的标准测试方法”来确定最佳湿度下的土壤材料最大密度。基于正在设计的地基类型，土木工程师可以写下必须施加到土壤上以确保指定结构的坚实地基的压实作用力的工程规范。工程土壤规范将要求构建并测试地基以满足在设计湿度下的某些设计密度标准。通过涉及用测定量的已知且可重复的密度的沙子代替已知重量的土壤的方法在物理上进行现场土壤密度测量。该测试通常称为沙锥测试。ASTM D-l556-00“沙锥法测定就地土壤密度及单位重量的标准测试方法”提供了进行测试的详细程序和约定。通过确定烘箱干燥后的重量损失来测量土壤湿度。ASTM有多种确定土壤湿度的测试程序。ASTM D-2216-98“质量法实验室确定土壤和岩石中水(湿气)含量的标准试验方法”；ASTM 4643-00“微波炉加热法实验室确定土壤中水(湿气)含量的标准测试方法”；以及ASTM4959-00“直接加热法实验室确定土壤的水(湿气)含量的标准测试方法”是测量土壤湿度的三个岩土工业标准。

在砂锥测试中，从施工工地取走一定量被压实的土壤，称重，并确定湿度。按照规定的方式用已知密度的沙子填充被取走土壤的孔。测量填充孔所需的体积。使用这些测量结果来确定土壤的湿密度、湿度和干密度。它们是确定土壤施工足以满足预期用途所需的一些工程参数。

为了能够更快速地现场测量土壤的物理特性，通常将核子密度计与砂锥测试结合使用。核子密度计的ASTM标准为2922-96“核子法就地测定密度和土壤集料的标准测试方法(浅层)”。沙锥测试用于使用于特定类型土壤的核子计标准化，这允许核子计在相同类型的土壤的相同区域中重复使用。这允许在每个工地快速进行更多测量，而无需不断求助于繁琐的砂锥测试。核子计由于其包含核子源而非常昂贵且修理成本非常高。

由于使用时不注意、在测量区域内夹杂岩石以及核子源随放射性衰变而变化，核子密度计的精度存在一定程度的下降。核子计的校准成本高并且频繁需要。而且，核子计的操作要遵守为了操作者和公众的安全而制定的许多法规。因此，核子计的维护成本高，并且难以管理。

获得专利6,963,205的专利技术(电测定土壤干密度)和相关联的国际标准ASTMD7698(通过复阻抗法关系就地估算土壤和集料的密度和水含量的标准测试方法)现在是沙锥和核子密度计的替代。

存在许多应用，其中已经测量土壤的电学性质来确定原位土壤和地面结构的地质特性。专利第7,239,154号“具有锥形锥部的土壤穿透电极”描述了一种被驱入地下以用于土壤湿度和密度测试的电极。在以下发明的描述中尚未确定其他发明电极结构。在1995年9月12日授予Champagne等的美国专利第5,450,012号描述了所述用于确定一定体积的土壤的电阻的土壤电极设计。其他现有技术包括1952年9月23日授予R.V.Higgins的美国专利第2,611,643号，其描述了一种包括两个插入土壤的电极的自动洒水装置。1975年9月17日授予Charles Ayme de la Lachevreliere的美国专利第3,905,551号描述了一种使用两个电极的土壤洒水装置，一个电极位于上部洒水层中，另一个电极位于足够深的永久湿润层内。

需要的是能够对用作道路的路基材料和类似基础设施的多孔材料和/或沥青提供准确且可靠的测试的改进的设备和方法、特别是无核子设备和方法，其中在实验室中为多孔材料和/或沥青校准设备，使得可以在施工工地使用该设备进行测试。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式的优点

本发明的各种实施方式可以但不一必实现以下一个或多个优点：

能够对用于施工的地基材料(例如，集料基体、土壤或沥青)的多孔材料进行准确且可重复的测试；

为在施工工地使用的地基材料提供对设备的实验室校准，使得该设备准备好在施工工地测试地基材料；

提供不需要训练有素或有任何执照的技术人员的测试设备；

提供无核子测试方法；

提供不需要特殊运输处理或符合有害材料法规的测试设备；

重量轻且易于运输；以及

提供反映已知测试方法的结果。

这些优点和其他优点可以通过参照说明书的其余部分、权利要求书和摘要来实现。

本发明的一个实施方式的简要说明

在本发明的一个方面，提供了一种用于在现场工地测试被测多孔材料的方法。该方法可以包括在被测多孔材料上部署测试设备，该测试设备包括一个或多个电极。可以向一个或多个电极提供一个或多个输入电信号，该一个或多个输入电信号产生由一个或多个电极接收的一个或多个响应信号。可以将响应信号与针对被测多孔材料的类型根据经验得出的一种或多种关系进行比较，由此可以确定被测多孔材料的一种或多种参数。

一方面，提供了一种用于测试多孔材料的测试设备。该测试设备可以包括被配置为放置成与多孔材料接合的多个电极。传感器电子器件可以向多个电极中的一个或多个提供一个或多个电信号，并且从多个电极中的一个或多个接收一个或多个响应信号。一个或多个装置可以存储针对多孔材料的类型的经验相关性，并且可以被编程为使用一个或多个响应信号和经验相关性来确定多孔材料的一个或多个参数。

在一个方面，提供了一种测试设备，其包括用于与被测多孔材料电接合的电极装置。该测试设备可以包括传感器装置，用于向电极装置提供一个或多个电信号并且用于从电极装置接收一个或多个响应信号。计算装置可以处理一个或多个响应信号，并通过参照针对被测多孔材料的类型的经验相关性来确定被测多孔材料的一个或多个参数。

在一个方面，提供了一种包括柔性基材的柔性电极组。可以将一个或多个柔性电极附接至柔性基材的至少一侧。

在一个方面，提供了一种用于测试诸如集料基体、土壤或沥青的多孔材料的方法。该方法可以包括将柔性电极组布置在多孔材料的顶部。柔性电极组可包括柔性基材和附接至柔性基材的至少一侧的一个或多个柔性电极。可以将柔性电极组布置在多孔材料上，使得一个或多个柔性电极与多孔材料接触。该方法可以包括向一个或多个电极提供一个或多个输入信号以及测量来自一个或多个电极的响应信号。该方法可以包括根据一个或多个响应信号确定多孔材料的一个或多个参数。

在一个方面，提供了一种用于将多个电极定位在测试工地上的模板。模板可以包括用于将第一电极定位在测试工地上的第一引导件。模板可以包括用于将一个或多个第二电极相对于第一引导件定位在测试工地上的一个或多个第二引导件。

在一个方面，提供了一种用于将多个电极定位在测试工地上的方法。该方法可以包括将模板布置在测试工地上以及使用该模板的第一引导件将第一电极布置在测试工地上。可以使用模板的一个或多个第二引导件将一个或多个第二电极相对于第一电极定位在测试工地上。

上面的描述相当宽泛地阐述了本发明的一个实施方式的概述，使得可以更好地理解下面的详细描述，并且可以更好地理解本发明对本领域的贡献。本发明的一些实施方式可能不包括以上概述中列出的所有特征或特性。当然，存在下面将描述并构成权利要求的主题的本发明的附加特征。在这方面，在详细说明本发明的至少一个优选实施方式之前，应理解的是，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或附图所示的施工细节和部件布置。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式被实践和实施。此外，应理解的是，本文采用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。

附图说明

图1基本上示出了普式模具(proctor mold)和托架的实施方式；

图2A基本上示出了普式模具基座的俯视图；

图2B基本上示出了普式模具基座的剖视图；

图3A基本上示出了普式模具的实施方式的侧视图；

图3B基本上示出了图3A的普式模具的斜视图；

图3C基本上示出了图3A的普式模具的主视图；

图4基本上示出了现场电学测试设备的立体示意图；

图5基本上示出了飞镖(dart)的实施方式；

图6基本上示出了用于设置现场电极的现场模板的实施方式；

图7基本上示出了被测多孔材料的密度图表；

图8基本上示出了被测多孔材料的湿度图表；

图9A基本上示出了挤出的沥青样品的平面图；

图9B基本上示出了挤出的沥青样品的斜视图；

图9C基本上示出了现场沥青芯部的平面图；

图9D基本上示出了现场沥青芯部的斜视图；

图10基本上示出了共面电极的立体图；

图11-A基本上示出了包括共面电极和托架安装的传感器的测试设备；

图11-B基本上示出了包括共面电极和托架安装的传感器的测试设备；

图12-A基本上示出了包括共面电极的测试设备以及电极与传感器的直接电线附接；

图12-B基本上示出了包括共面电极的测试设备以及电极与传感器的直接电线附接；

图13基本上示出了使用核子密度计和本发明的测试设备的测试方法的比较；

图14基本上示出了电极宽度和共面电极的间距对测试深度的影响；

图15基本上示出了传感器的电路图的实施方式。

具体实施方式

在下面对优选实施方式的详细描述中，参照了构成本申请的一部分的附图。附图通过举例说明的方式示出了可以实践本发明的特定实施方式。应理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方式并且可以进行结构上的改变。

这里将要描述的实施方式呈现了复杂的技术和设计，该技术和设计是将电地球物理技术组合到用于测试土壤或集料矿物材料和沥青的单个仪器中所必需的。这些多孔材料的显著差异使得需要采用在信号生成和测量中灵敏度非常不同的两种电气方案。各种实施方式可以提供用于测试压实的集料矿物材料和压实的沥青两者的密度和水含量的物理特性的单个仪器。

各种实施方式还能够在对多孔材料进行现场原位测试之前建立被测多孔材料(PMUT)的电学和物理性质。用户可以在实验室实践或现场实践中开发材料校准，而其他技术仅使用现场校准技术。使用实验室多孔材料校准使PMUT在正在构建的设施或公路的施工阶段的质量控制测试的效率高。

本发明的实施方式可以在建筑业中用于验证多孔材料(通常是I型或II型集料)，或者用作公路施工的最终表面的沥青已经被构建为满足或超过施工时和使用前的基体或沥青的材料原位密度和水含量的PMUT设计规范。用于由土壤或集料基体组成的PMUT的设备和方法被部署为使用测试设备和程序(即，ASTM D1557或ASTM D698)来测量多孔材料的电地球物理性质。

本发明允许在实验室中对多孔施工材料进行电磁测试，然后可以将其用于为这些特定的多孔施工材料校准设备。通过这种校准，然后可以将该设备在施工现场使用，以测试多孔施工材料的密度和湿度，而无需现场校准。

可以用于进行实验室测试的模具可以按照ASTM规范由钢制成，或者可以由刚性非导电材料(例如，高密度聚乙烯(HDPE))制成，并且可以具有一对电极，该对电极被安装成用于在标准程序中进行地电测量。可以将托架附接至模具，该模具用于保持用于收集与物理数据有关系的电学数据的电信号收发器。

模具的实施方式在图1中示出。该模具可以被称为六英寸普式模具。模具包括基板34、基板34可以是钢、HDPE或遵循测试标准的一些类似的合适材料。在基板34的顶部是由圆形周向壁33限定的模具32。在所示的实施方式中，壁33的内径为6英寸，但是也可以采用其他尺寸和形状。模具32可以是钢或遵循所需测试标准的某种适当导电的材料。模具接受被测材料30，例如根据ASTM标准D1557接收压实土壤或集料基体材料。将下面更详细描述的锥形的斜削电极28插入压实的集料基体中。压实的集料基体的测试由电密度计传感器20(在本文中称为电密度计E传感器或EDG-E传感器)完成。托架22将传感器20支撑在模具32上方。金属夹具26将传感器20物理连接和电连接至电极28。弹簧夹24将传感器20物理连接和电连接至模具32的周向壁33的顶部。

如上所述，传感器电连接至电极28和模具32的导电壁33。传感器20包括用于将一个或多个输入电信号施加到电极28的电子器件以及用于检测和接收来自模具连接器24的一个或多个响应信号的电子器件。这些响应信号可用于确定模具内被测材料的一个或多个参数。信号的处理可以在传感器20内发生。替代地，传感器20可以配置有一个或多个通信模块以使传感器20能够将信号传送到外部设备。可以通过有线或无线方式进行通信。

图2A示出了模具基座36的平面图，图2B示出了模具基座36的剖视图。模具基座36包括第一切割圆形台阶凹槽38，其用于将模具32放置并定位到基板36上。第二圆形台阶凹槽40的直径小于进一步凹入底座36顶部的凹槽38的直径。第二凹槽40使模具中的压实材料与基板之间存在气隙。当将基板与压实材料一起放置在模具的顶部时，在中心处穿过基座的孔42可以用作引导件，以使电极的位置居中并插入压实材料中。

图3A、图3B和图3C是普式模具的替代实施方式的侧视图、斜视图和主视图。图3A至图3C的模具包括基座44，其可以是HDPE基座。普式模具筒部45可以坐落在模具基座44的顶部。模具筒部45是非导电材料，例如HDPE。钢或其他适当导电的电极49可以沿模具45的内侧壁向下布置，在那里它们嵌入到填充模具的集料基体中。托架组件46可以将传感器48(例如，EDG-E传感器)固定至模具45。托架46可以横跨模具45的顶部，并且可以通过合适的紧固件固定到模具45的侧面。托架46是导电的并且通过模具筒部45的侧壁与电极49电接触。

在模具中收集电学数据和物理数据的过程被称为构建被测多孔材料的“集料模型”。由于通过一系列经验测试来测量模具和托架的电学性质，因此用于构成模具和托架的几何形状和材料变成已知的，并在测试多孔材料时被加以考虑。集料模型的电学性质降低到归一化状态，该状态仅考虑多孔材料的电学性质，而不考虑模具和托架的电学性质。在实验室和现场测试期间进行的温度测量用于将电学数据归一化为通用温度。一旦集料模型建立了压实的多孔材料的物理性质和电学性质之间的关系，就将数据用电子学方法存储在计算机中。然后，通过取出现场设备的电学测量结果，使用该数据来确定施工工地处被测原位多孔材料的现场密度和水含量。测试系统的结果是，岩土工程师或现场质量控制技术人员可以在施工工地对压实的多孔材料进行电学测量，并通过使用从实验室EDG-E普式测试期间在模具中收集的数据中得出的集料模型来确定多孔材料的密度和水含量。

图4示出了现场测试设备的实施方式。图4的设备可用于集料基体或土壤电学测试。该设备包括可以部署在测试工地上的一系列电极50。电极是可以穿透集料基体或土壤到达所需深度的探针或长钉。不同长度的探针50可以用于不同类型的测试，特别是不同深度的测试。电极通过夹具54和电引线连接至EDG-E电密度计传感器58。托架56可以通过夹具52夹到一个电极50上，以支撑传感器58。在所示的实施方式中，四个电极50以三角形的形状部署，其中一个电极在中心。传感器被支撑在中心电极上。对于本领域技术人员将显而易见的是，可以部署其他数量和配置的电极50。传感器可将输入信号提供给一个或多个电极(例如，中心电极)，并检测来自一个或多个其他电极(例如，外围电极)的响应。

图5示出了特定电极60、探针或“飞镖”的实施方式。电极60可以制成遵循测试要求和要应用的标准的各种长度，例如四、六、八、十或十二英寸。探针60具有用于插入压实的集料基体或土壤中的斜削部62。在使用中，斜削部62通常在地下。延伸超过斜削部62的探针60包括上部66，该上部在使用中通常在地面上方，并用于将电极附接至土壤传感器托架56或接收用于附接电引线的夹具54。向下铣削的颈部64限定了上部和下部之间的连接，并提供了探针应在测试材料中插入多深的简单指示。

图6示出了可用于将图4的测试设备的电极放置在现场的模板的实施方式。模板确保探针的准确且一致的放置，因此实现了更可靠的测试结果。模板包括中心部分70，其在所示的实施方式中是盘。盘包括中心孔，中心电极可穿过该中心孔定位。多个臂72通过铰链74附接至盘70，该多个臂72从中心部分70径向向外延伸。铰链允许臂72方便地折叠以用于运输和存储。在臂72的远端部是孔76，孔76提供了用于放置电极的引导件。模板组件通常可以由非导电材料(例如，HDPE)制成，使得在测试过程中可以将模板定位在适当的位置，而不影响或干扰电学测量。

在一个实施方式中，对于沥青材料和土壤或集料基体材料，可以使用单个电子传感器，而在另一个实施方式中，针对沥青材料优化一个电子传感器，而针对土壤或集料基体材料优化独立的第二电子传感器。然而，所使用的器具是针对沥青校准和测试而定制的，并且包括用于建立沥青校准的一组电极和用于执行现场测试的不同电极。与特定现场电极组有关的特定实验室电极组的电信号的归一化是通过对电极进行经验测试并在没有与电极几何形状有关的干扰的情况下计算电信号而完成的。这导致原始信号测量与几何形状无关，其中电极组的归一化得以实现。

根据本发明的各种实施方式，可以使用共面电极代替穿透探针电极。共面电极组的实施方式在图10中示出。共面电极组包括不导电的柔性基材。在一个实施方式中，基材是橡胶，但是也可以使用其他柔性的非导电材料。多个共面电极附着在柔性基材92的一侧上。在所示的实施方式中，存在可以用作电流电极的中心电极条94。在电流电极条94的每一侧是接地电极条96、98。这些电极彼此电绝缘。在一个实施方式中，电极可以由柔性的导电橡胶制成，但是可以使用其他柔性的导电材料。电极足够薄且是柔韧的，以使电极组能够相对具有柔性和柔韧性，并且与要在其上部署电极组的表面(例如，道路表面)基本相符。

图11-A示出了结合有图10所示的类型的共面电极组的设备。该设备包括柔性共面电极组，该柔性共面电极组包括柔性非导电基材100，例如橡胶垫。呈导电垫条形式的电流电极104具有相邻的接地电极102(也作为垫条)。电极104、102在下侧附接至基材100。通过使用中心电极两侧带有接地电极的共面电极，消除了由于杂散电容引起的可能影响，并增加了由密度测量所覆盖的面积。导电托架110坐落在基材100的顶上，即在基材100的相对侧。穿过基材的导电铆钉106在电流电极与导电托架110之间提供电连接。类似的托架108连接至接地电极102。该设备还包括电密度计模型传感器114，其被支撑在非导电基板112上。基板112搁在导电托架108、110上。传感器114与导电托架108、110之间的电连接通过基板112进行。手柄组件116可以设置在传感器114上，以能够容易地携带和定位设备。

图12-A示出了利用共面电极的替代设备。在该实施方式中，电流电极134和接地电极132围绕基材的边缘从基材118的底侧包封到顶侧。在电流电极和接地电极的顶侧，连接固定器130附接分别来自传感器单元128的电流电线122和接地电线120。在测试期间，不导电的托架126可以将传感器128支离地面。

图13示出了被测多孔材料沥青的密度图表，其示出了薄层核子密度计(Thin LiftNuclear Density Gauge)密度测试结果136与来自包括本文讨论的共面电极的EDG-E传感器的电学测试138的相对比较。从图13可以看出，EDG-E传感器可以向核子密度计(NDG)系统提供相当的测试程序。

电极组的几何形状在评估各种土壤深度中可能是重要的，使得信号强度和信号质量可能与电磁场的有效穿透目标深度有关。在压实土壤材料的施工期间，通常对土壤进行湿度调节，并在压实之前按严格规定的层尺寸安装。例如，公路的土木工程师可以规定路基施工中土壤以具有最佳水分的正负2％的水分和ASTM D-1557-09(使用修正作用力(56000ft-lbf/ft3(2700kN-m/m3)的土壤实验室压实特性的标准测试方法)测试的最大密度的95％的六英寸层铺设。这些层尺寸经过设计，以实现地基使用所需的质量。本文所述的设备和方法可能能够提供一种低成本、稳定、便携且坚固的现场使用装置，该装置测量已构成用作路基和建筑地基的土壤中的湿密度、湿度和干密度。

电极组被设计为高效且有效地利用电磁射频波来以特定的深度穿透量测试土壤密度和湿度。电极可以可操作地连接至具有不同尺寸的飞镖或电极组并与其相互作用，并且通过改变电极间距或构造，用户可以获得土壤表面下方各种深度的土壤密度和湿度数据。

图14示出了一种特定的共面电极组，其接地电极140的条宽度为s，电流电极142的条宽度为2s。电极通过间隙2g隔开。测试深度T148取决于由传感器产生的射频波的电磁场146能够如何穿透PMUT 144。研究深度的公式为T＝1.35g+0.65s(来自Amr A.Nassr 2008)。如果将s设置为s＝2g，则调查深度为例如，当间隙s＝1.5in(3.81cm)时，计算深度T＝2in(5.08cm)。

图11-B和图12-B分别示出了共面柔性电极布置在支撑托架构造和有线构造中的替代实施方式。在这些实施方式中，存在被周向接地电极132围绕的中心细长的电流电极条130。

图15示出了传感器电子器件的框图。蓝牙模块150经由SPI串行接口154与RF合成器152通信，并经由I2C串行接口与电流感测电阻器开关158通信。RF合成器152产生两个高频信号，它们经由缓冲放大器160放大，其中两个频率相差约750Hz的增量频率。一个RF信号首先通过选定的电流感测电阻器158，并通过连接至触点162的土壤感测或沥青感测电极。另一个RF信号被馈送到两个RF混频器168中。接地电极162两端的电压由放大器164放大，而电流检测电阻器158两端的电流得出电压信号由放大器166放大。两个电压信号都传到RF混频器168，所产生的约750Hz的低频信号由放大器170放大。然后将差分输出172和174传到蓝牙模块150的两个差分ADC通道上。蓝牙模块内的程序将数字化的信号转换成电压和电流幅度，并确定两个信号之间的相位。然后，计算土壤的复阻抗，然后使用土壤的集料模型建立土壤的复阻抗与土壤物理参数的关系式。然后，蓝牙模块经由蓝牙将土壤参数和/或土壤的复阻抗传送到Windows平板电脑。

本文所述的电极设置提供了免维护且快速的电磁场测量，该电磁场可能与土壤湿密度、湿度和干密度有关。由于土壤具有影响电学介电性质的多种特性，因此可以将沙锥测试用作各种特定类型土壤的附加校准手段。

在一个实施方式中，图15所示的测量电路使用一个或多个射频源，该射频源可以在10千赫兹和100兆赫兹之间变化，并通过一组电极施加到被测土壤上，该组电极以规定的隔开距离和本文所述的设置而放置在被测土壤顶部。按照本文所示和所述的斜削探针，电极的形状可能不同于简单的金属板。可以优化形状以实现探测土壤的电磁波的更均匀的分布，使得测得的信号代表探测深度的平均值。被测土壤的体积由测量探针的深度和间距来控制。用电子学方法测量通过探针进入土壤的射频电流和出现在探针两端的电压。另外，确定土壤电流与探针对探针的电压之间的电相位关系。这些参数称为土壤电流I_s、探针对探针的电压V_s和它们的相位关系P_s。用于产生射频输入信号并将射频输入信号提供给探针的电子器件以及用于从探针读取响应信号的电子器件构成上述传感器单元的电子器件的一部分。

对用于特定土壤类型的测试设备的校准涉及实验室程序或现场程序。然后将这些测量结果存储于E型电密度计(EDG-E)中，然后将其用在将实验室测试归一化为现场测试的根据经验得出的一组关系中。根据经验得出的相关性将实验室PMUT的电学特性和物理特性与现场PMUT的电学特性和物理特性相联系。可以通过各种方法建立根据经验得出的相关性。在一个例子中，在2016年、2017年和2018年夏季构建了五个测试垫，这五个测试垫使用了来自产生基体材料的施工取土场的五种不同的集料基体材料。使用本文所述的设备在实验室中测试材料的电学和物理特性，随后进行电学和物理特性的现场测试。然后，使用迭代最小二乘拟合过程分析数据，以得出最佳的根据经验得出的相关性。对于所有土壤或集料材料，相关性不是通用的一组常数。每当新的土壤或集料材料需要进行密度和湿度的质量控制测试时，必须执行材料的电学和物理特性的实验室测试。然后，通过测量现场PMUT的电学性质之后计算PMUT的物理性质，使用实验室得出的电子集料模型。现场测试计算出的物理性质结果(密度和湿度)的质量取决于实验室材料样品与现场PMUT具有相同或非常相似的电学和物理性质。实验室和现场的测试均需要温度测量，以将电学测量结果归一化为通用状态。来自世界各地的土壤和集料已被分为一组岩土类别。统一的土壤分类少于20种，主要基于粒径和分布。然而，与矿物学、土壤或集料化学以及润湿剂化学有关的土壤或集料的电学性质存在极大变化。电学性质是在用于浅层地基(例如，道路和建筑地基)的密实的施工材料的EDG-E测试期间评估的土壤和集料的主要特征。以下数据和图表示出了三年研发测试的数据。

图7示出了核子密度计(NDG)测得的土壤湿度80和EDG-E传感器测得的土壤湿度78之间对比的例子。菱形表示新准备并压实的土壤基体，正方形表示四周后土壤变干时的相同土壤基体。通过将密度计转动120度，从三个连续的读数中得出NDG的误差条。EDG-E传感器的误差条作为NDG平均值与EDG-E结果之间的差被示出。

图8示出了核子密度计(NDG)测得的土壤干密度84和EDG-E传感器测得的土壤干密度82之间对比的例子。菱形表示新准备的土壤基体，正方形表示四周后土壤变干时的相同土壤基体。通过将密度计转动120度，从三个连续的读数中得出NDG的误差条。EDG-E传感器的误差条作为NDG平均值与EDG-E结果之间的差被示出。注意，当实际上土壤测量是在新准备的土壤上进行的时，来自变干土壤的较大误差条主要由干燥土壤的性质引起。

在针对特定土壤类型进行实验室或现场校准之后，将电极组放置在地面表面上，并使其通电以产生射频电磁场，测量该射频电磁场，然后将其与特定土壤的校准标准相关联。然后，使用被测土壤的电容和电导的测量结果计算密度和湿度。然后将这些值应用于在校准期间生成的土壤特定等式。然后，通过应用岩土工程师熟知的等式，使用所得到的湿密度和单位重量水的估算值计算土壤干密度和土壤湿度。

本发明提供了在EDG-E中使用的设备和方法。整个系统是用于确定在路基和其他浅层地基中使用的压实土壤和集料或施工完成之后用作最终公路表面的沥青的水含量和密度的无核子替代品。EDG-E是能够在无需担心核安全并且没有与核安全相关联的规定的任何地方使用的便携式电池供电的仪器。它的用户友好型分步菜单通过测试过程的每个步骤引导用户，并在值与被测材料的既定曲线不对应时提醒用户。

EDG-E测试仪器包括：

EDG-E

EDG-E，其是利用无线蓝牙通信的电池供电的集料传感器；4锥度6"飞镖、锤子、带有电子适配器的EDG-E普式模具、用于在模具中压实材料的10磅落锤以及飞镖适配器电缆、带日光可读显示器的坚固耐用的Windows平板电脑、飞镖模板、温度探针、电池充电器、安全眼镜和电热敏电阻器。

坚固耐用的Windows平板电脑

集料传感器将电学数据经由蓝牙无线传送至坚固耐用的Windows平板电脑。平板电脑的EDG-E应用程序软件允许用户数据输入，例如日期、位置、工地信息等。平板电脑还配备有GPS接收器，坐标将与用户信息和集料电学数据一起存储。EDG-E应用程序软件以三种模式运行：

EDG-E普式模具集料校准(在土壤实验室中)

砂锥集料校准(在施工工地处)

显示水含量、干密度和湿密度以及压实百分比的集料测试(在施工工地处)

功率

EDG-E蓝牙传感器由允许100多次现场测量的三节AAA NiMH可再充电电池供电。坚固耐用的平板电脑配有可以在明亮的阳光下阅读的超亮屏幕，电池续航时间为7小时。

GPS

平板电脑配有GPS传感器，其跟踪测量装置的实际位置以确保测试的位置和有效性。

蓝牙功能

使用EDG-E传感器与平板电脑之间的远程通信是当前描述的实施方式的优点。用于测试和评估多孔施工材料的电地球物理性质的离散电信号是如此敏感，以至于在不进行远程通信的情况下，寄生电信号和流氓电信号的干扰将掩盖和改变被收集并用于计算多孔材料的质量和特性的数据。Windows平板电脑EDG-E应用程序软件具有用于不同任务的菜单选择。对于普式测试和集料测试，EDG-E蓝牙传感器与EDG-E应用程序经由Bluetooth 4.0(或更高版本)无线通信。可以经由WiFi从Windows平板电脑传输数据文件，或者使用平板电脑的USB端口将数据文件存储到USB驱动器上。无线通信可提供长达30英尺的可靠且安全的连接，并在将来的实现方式中更远。

WiFi功能

微处理器和显示器可以与传感器电子器件组合在单个单元中，该单个单元带有可选的(小型)触摸屏显示器，以便于现场数据的收集。然后可以在没有平板电脑或有平板电脑的情况下操作传感器。当使用平板电脑操作时，它以“从属模式”操作，当不使用平板电脑时，它以自主的“主模式”操作，但仍可以将数据传送到远程平板电脑。优点是只需要随身携带一个单元，并且只有在完成现场(或实验室)测试后，传感器才会将数据传送到计算机。这可以经由蓝牙或通过WiFi网络完成。在WiFi的情况下，传感器将具有IP地址，并且可以通过Internet浏览器界面(例如，Google Chrome、Microsoft的Internet Explorer等)进行寻址和访问。传感器的微处理器及其程序将执行所有要求的任务，而远程Internet浏览器用作外部控制和显示界面。另外，数据可以保存到USB记忆棒或SD卡上。用户还可以使用智能手机通过使用专有应用程序或通过智能手机的Internet浏览器来控制装置。同样可以使用诸如iPad、Android平板电脑、Chrome平板电脑等平板电脑或甚至使用Apple Watch或其他支持WiFi功能的装置来完成。

EDG-E应用程序软件

通过在Windows平板电脑上安装并运行EDG-E应用程序，用户可以：

·输入时间、日期、工作地点和位置信息

·选择几种操作模式：

οEDG-E普式模具实验室测试

ο施工工地砂锥测试

ο施工工地集料测试

·用户可以查看和删除集料测试或编辑/删除其他条目

·查看和获取工作地点信息

·查看和获取EDG-E普式模具测试数据及其得出的集料模型

·使用EDG-E报告软件程序来查看和获取施工工地的集料和砂锥测试数据

·使用Google Earth查看测试位置的地图

可选配件

用于EDG-E蓝牙传感器的汽车充电适配器

用于坚固耐用的Windows平板电脑的汽车充电适配器

EDG E型仪器规格

数据以Excel可读文件格式存储。

本发明的设备和方法提供了对实验室测试模具中的压实多孔材料的物理和电学性质的多系列迭代分析，随后测量现场原位多孔材料的电学性质，以多系列迭代方式分析电学性质的测量结果。对来自实验室模具和托架的电学数据以及来自现场托架和土壤穿透电极的数据进行归一化，以对仪器对多孔材料电信号的电学影响进行考虑和/或排除。使用现场原位归一化的电学数据计算原位多孔材料的物理性质，即就地密度和湿度。电学数据的归一化还使用实验室测试和现场测试的温度测量结果来将电学数据归一化为60华氏度。

在计算中使用每组实验室电极类型和每组现场电极类型的经验得出的校准因子来确定计划在施工中使用的每种土壤类型产品的既定的土质施工材料的原位密度。对于每种均质的多孔材料，建立一组校准因子，以用于一般的地球物理原位密度和水含量计算。

经验得出的校准因子是通过进行施工前岩土测试确定的。执行使用ASTM D698或ASTM D1557程序的一系列实验室测试，以确定在岩土上被认为是均质的指定的多孔材料的实际施工使用的重复性的可接受的置信度。

与传统的QC/QA和环境技术相比，本发明具有明显的优势。本发明利用实验室仪器和方法测量多孔材料的土壤电地球物理性质以及多孔材料的物理性质，得出集料模型，然后测量现场原位多孔材料的电地球物理性质，并使用得出的集料模型计算包括密度和水含量的物理性质。

土壤和集料多孔材料的校准和测试

前端岩土分析是使用土质材料的施工项目的行业标准做法。EDG-E可在施工过程中用作压实的集料基体或土壤的质量控制的高效且准确的仪器。进行测试时，EDG-E测量PMUT的湿密度和干密度、重量分析水含量和压实百分比的结果，经由蓝牙将数据传送到Windows平板电脑，然后该Windows平板电脑显示结果。使用EDG-E的优点是：

·它不需要训练有素或有任何执照的技术人员

·它不需要特殊的运输处理或遵从有害物质的法规

·它的逐步菜单易于学习且易于使用

·重量轻且易于运输

·准确且可重复，其结果反映了已知的测试方法

在施工工地上操作EDG-E计需要在土壤实验室中使用ASTM D 1557标准执行土壤或集料校准。该标准题为“使用修正作用力(56000ft-lbf/ft3(2700kN-m/m3)的土壤实验室压实特性的标准测试方法”。EDG-E实验室材料校准程序使用ASTM D 1557的仪器和程序以及在测试过程中取得电学读数的增加的程序和仪器，该电学读数与建立湿度-密度曲线时在经过渐变的湿度调节的土壤或集料处的每一次压实测试并行取得。这根据将在施工工地处压实的集料材料对EDG-E电学传感器进行校准。另外，Windows应用程序还帮助用户对普式模具数据绘制图表，以使用标准的岩土公式确定具有最高干密度的最佳湿度。土壤材料的实验室校准要求将锥形钢电极插入到在钢模具中压实的材料中心。将电器具附接至钢电极和钢模具上，以收集压实材料的电学性质。将电学和物理数据存储于EDG-E传感器中，在完成ASTM D 1557测试程序时，使用该数据开发与EDG-E现场工具的电学和物理关系。可以将数据在实验室测试仪器和程序与现场测试仪器和程序之间进行归一化，从而使EDG-E能够高效且准确地计算PMUT的原位湿度和密度。通过多年详尽的实验室和现场测试，根据经验得出了EDG-E经验得出的相关性，这些相关性用来将实验室程序与现场程序相联系。在EDG-E的研发过程中，对多种仪器和程序进行了测试和改进，从而产生了本发明

作为将土壤材料的电学特性与物理特性关联起来的现场补充测试，可以执行使用ASTM D1556-0(沙锥法测定就地土壤的密度和单位重量的标准测试方法)执行的附加现场物理测试。

EDG-E普式模具集料校准

使用6英寸EDG-E普式模具和托架来开发在根据ASTM D1557的修正的(10磅落锤)5点普式模具测试期间的电学“集料模型”。该普式测试还将提供湿度-密度曲线。EDG-E传感器模块容易附接至EDG-E普式模具，并将电学集料测试数据传送至平板电脑。EDG-E软件应用程序具有物理普式测试数据的用户输入，例如总重量、模具重量、水含量和集料类型以及多孔材料温度。对模具和托架进行电学测试，以建立没有多孔材料的仪器的基线电学性质。该关键步骤允许在被测多孔材料的归一化电学性质的数学开发过程中考虑模具和托架的电学性质。可能需要进行一个或多个砂锥测试以完成集料校准，该集料校准将在施工工地进行。

施工工地的集料测试

EDG-E使用在被驱入到被测集料中的金属飞镖电极之间传播的高频无线电信号来测量原位多孔材料的导电性质和介电性质，该多孔材料通常是用于浅层地基的压实集料。飞镖的穿透深度和分离必定决定测量的深度。飞镖的长度为4"、6"、8"、10"和12"。另外，飞镖(图5)设计有锥度，其可确保与集料的持续可靠的接触以进行准确的电学测量。使用现场托架(图4)、确保土壤穿透电极的一致放置的现场模板(图6)和土壤穿透电极(图5)来执行现场原位测试。对现场托架和由现场模板提供的间距处的土壤穿透电极进行电学测试，以在没有多孔材料的情况下建立仪器的基线电学性质。该关键步骤允许在对多孔材料的原位物理性质(即，密度和水含量)进行数学计算期间考虑现场托架和土壤穿透电极的电学性质。

在测试过程中，使用提供的模板将四个锥形飞镖电极驱动到地下，三个呈三角形图案，第四个飞镖电极被驱动到中心。引导模板(图6)由高密度聚乙烯制成，并且工具的中心具有铰链74，三个三折模板臂72附接至铰链74。这种模板设计允许将工具折叠成紧凑的工具，以便易于在箱子中运输。模板的典型尺寸是到地面飞镖插入集料或土壤材料中所处位置的二十英寸的等边三角形。使用6英寸电极得出约为1.2立方英尺的测试体积。与业内任何其他仪器相比，该系统的研究量最大。将三个外部飞镖接地，将中心飞镖通电。将由单元测量的复阻抗与集料模型进行比较，该集料模型是从实验室中的EDG-E普式模具测试得出的。

EDG-E集料测试结果

对于每种集料类型，只需要一次集料模型(EDG-E普式模具加砂锥试验)。在测试过程中，将集料模型用作校准基准。它是通过根据普式模具和砂锥测试测得的不同密度和水含量组合的介电性质的关系来开发的。该集料模型被单元用于通过专有算法来自动确定在施工工地处进行测试并在每次集料测试结束时显示的土壤材料的干密度和湿密度、重量分析水含量和压实百分比值。

可以对集料模型进行命名并使用下拉菜单中列出的统一土壤分类进行分类，也可以使用平板电脑的字母数字触摸式键盘或外部无线键盘输入独特的名称。另外，被插入到被测材料中的温度探针可通过补偿记录温度的变化来确保准确的结果。

沥青和公路多孔材料的EDG-E校准和测试

E型电密度计具有可用于根据沥青材料校准EDG-E的两种程序。第一种方法与其中校准过程在现场通过在特定位置进行沥青密度测量然后从该位置切下沥青芯部来执行的其他三个非破坏性沥青质量测试相同。在实验室中测量沥青芯部的物理性质，然后将这些特性与使用EDG-E进行的电学测量相关联。在实验室和现场均使用红外测温仪获取沥青的温度，并将该温度键入EDG-E软件以将电学测量结果调整到归一化温度。

图9A示出了挤出的沥青样品86的平面图。橡胶或金属电极88可以附着在芯部样品的外周周围。图9B以斜视图示出了相同的沥青芯部，其中电极88围绕外周。图9C和图9D示出了其上设置有电极90的沥青芯部87，该沥青芯部87是从已安装并压实的沥青上切下的。

第二种方法只能用EDG-E仪器执行。该方法完全在实验室中执行，并且不涉及现场校准技术。在ASTM D6927-15的马歇尔稳定性和沥青混合料流动的标准测试方法中，芯部与EDG-E结合用作实验室沥青材料密度样本，以建立物理特性和电学特性之间的校准。一旦此完成，EDG-E可进行现场密度和水含量测试，而无需任何场校准或关联。形成压实的圆柱形样品的其他沥青测试包括在实验室中成型的回转、马歇尔或振动梁样品，并且EDG-E可以使用这些测试规范中的样品执行实验室沥青材料校准。替代地，从沥青上切下沥青的芯部，该芯部在后面变成PMUT。将一组电极附接至芯部，并使用EDG-E测量芯部的电学性质。然后，建立芯部电学测量结果与实验室程序中确定的芯部的物理性质的关系式。然后将EDG-E部署到项目工地，在项目工地处对沥青进行原位测试。EDG-E进行了一系列电学测量，计算沥青材料的密度和水含量，并记录信息以供显示或供下载以准备报告。

EDG E型集料和沥青仪器规格

实验室普式模具：此校准过程使用ASTM D1557-12el(使用修正作用力(56,000ft＝lbs/ft3(2,700kN/m3)的土壤实验室压实特性的标准测试方法)。使用仪器和测试程序完成校准测试，同时在测试的每个阶段收集电学数据。在压实每个经过湿度调节的集料或土壤样品后，将锥形电极插入压实材料的中心并收集电学测量结果。将电学数据与物理数据相关联，建立集料模型，并在完成测试后，使用机载EDG-E程序进行现场原位电学测量并根据得出的集料模型计算就地材料的密度和水含量。在该过程中使用的EDG-E工具包括用于确保将电极插入压实模具的中心的模板。还包括锤子，以将电极驱动到压实材料中。

可以使用刚性普式模具(图3A至图3C)代替插有中心飞镖的钢普式模具，刚性普式模具由诸如高密度聚乙烯(HDPE)的介电材料制成，并具有一对电极，该对电极被安装成用于在标准程序期间进行地电测量。本发明还包括附接至模具的托架，该托架用于保持用于收集与物理数据相关联的电学数据的电信号收发器。用于PMUT的现场测试的飞镖具有锥形的形状，该锥形的形状被设计为随着电极的驱入而优化电极与电极周围的压实施工材料之间的接触。为了进一步控制电极与压实的施工材料的接触面积，在底切的锥形锥部的末端加工了肩部。当将锥形电极在压实的施工材料中驱动到肩部与施工材料表面齐平的水平时，电极的可重复表面积与施工材料接触。土壤电极的设计实现了与压实的施工材料非常好的接触，并且在电学测量中具有出色的一致性。

用于集料和土壤材料现场校准的飞镖：针对特定土壤类型的设备的校准包括首先在被测工地的选定位置进行一系列电学测量。然后存储这些测量结果。然后可以在进行电学测量的位置中心进行砂锥测试，以增强校准方法。这将确保用于物理测量的土壤与获得电学值的土壤相同。

在针对特定土壤类型进行校准之后，将电极组放置在地面表面上并通电以产生射频电磁场，然后对其进行测量，然后将其与特定土壤的校准标准相关联。然后，使用被测土壤的测量结果来计算密度和湿度。然后将这些值应用于在校准过程中生成的土壤特定等式。然后，通过应用岩土工程师熟知的等式，使用所得的湿密度和单位重量水的估算值来计算土壤干密度和土壤湿度。

用于集料和土壤材料现场测试的飞镖：用于集料和土壤材料的现场电极包括一组四个斜削飞镖电极，使用提供的模板将这些电极驱动到地下，其中三个呈三角形，将第四个飞镖驱动到中心。将三个外部飞镖接地，将中心飞镖通电。使用用于集料和土壤材料的现场电极模板来放置电极，以确保正确安装电极以进行测试。飞镖设计成各种长度，以对应不同的层高度。它们可以单独出售，并且(4)是需要的。

4"(102毫米)Dart H-4114.4 6"(152毫米)Dart H-4114.6 8"(203毫米)Dart H-4114.8 10"(254毫米)Dart H-4114.10 l2"(305毫米)Dart H-4114.12

集料和土壤材料的共面现场电极

本发明的这个方面可以选择使用共面电极进行土壤或集料现场测试，以进行原位EDG-E电学测量。刚性共面电极由导电金属制成，该导电金属附接至非导电材料(例如高密度聚乙烯(HDPE))。这些电极组可以是扁平的，并以尽可能小的气隙放置在表面上。其他刚性共面电极又长又窄，并且由操作者通过在被测材料中凿出电极孔而插入土壤或集料中。固定在非导电平台上并插入被测土壤材料的集料中的刚性共面电极也采用特定图案，该特定图案产生研究特定测试的分析深度的电磁场。共面电极由导电橡胶制成，该导电橡胶以产生研究特定测试的分析深度的电磁场的构造的图案附接至非导电橡胶。由于橡胶基材的柔韧性，橡胶共面电极能够与不规则的土壤或集料表面形成极佳的接触。

用于沥青材料校准的实验室电极

沥青样本的实验室电气校准的做法是当前使用或做法中的任何沥青质量控制过程或系统都没有采用的做法。制备沥青样品并使用ASTM D6927-15(马歇尔稳定性和沥青混合料流动的标准测试方法)或等效测试程序来测试材料的物理性质。然后使用EDG-E仪器测试压实的沥青芯部样本的电学性质。在实验室中将电学数据与沥青的物理数据相关联，然后使用EDG-E对原位PMUT进行测试。用于在实验室中进行EDG-E沥青校准测试的电极是与不规则的沥青芯部表面形成优异接触的橡胶共面电极。通过作为柔性橡胶的材料提供了增强的接触。

用于原位沥青材料测试的现场共面电极

使用共面电极进行原位EDG-E电学测量。扁平得共面电极由导电橡胶制成，该导电橡胶以产生研究特定测试的分析深度的电磁场的构造的图案附接至非导电橡胶。电极是导电橡胶和非导电橡胶两者的组合，其以共面电极构造进行设置。在沥青表面上使用橡胶或柔软的毡电极的巨大优势与该毡与沥青表面的任何不规则性的适应性有关，并在电极组之间提供优异的接触。所有传统的沥青现场密度仪器均具有与沥青表面接触的刚性的平坦表面。由于通常通过重复测试并对结果取平均值而考虑气隙的形成，因此沥青表面的不规则性会导致其他传统的沥青密度测试仪器产生不一致或不准确的测量读数。相比之下，可以部署橡胶垫电极，并且所附接的电学传感器通过无线方式与计算机或平板电脑通信，以报告和记录多孔材料的物理性质。现场电学传感器和计算机之间的无线通信限制了寄生耦合，这种寄生耦合可能是由于测量可能在操作过程中因人与仪器的接触造成失真的非常离散的电信号而产生的。

该系统包括可将EDG-E传感器附接至共面电极的组装托架。传感器电子器件经由与平板电脑的蓝牙连接而被管理，其使电极组通电，收集电学数据，将测试结果传送到平板电脑以进行显示或下载。使用导电垫技术的沥青密度现场测试可以包括将电极一次旋转90度并重复测量。电极组的旋转将增加电学数据收集的准确性。整个现场测试将花费不到一分钟的时间。

柔性沥青电极-优于刚性电极

建立沥青的介电性质与沥青密度的关系式的如今可商购的沥青密度计使用刚性电极。由于装置的电极与沥青表面之间的气隙，这些类型的装置固有地存在引入测量误差的缺点。沥青气隙电极构造的电学等效模型是气隙电容与沥青电容的串联电路：

可以计算一组共面电极的电容值，并且在s＝2g时，该电容值为：

C_coplanar＝C^**ε₀*ε_r*l

在ε₀＝8.854×10^-12F/m时，ε_r为沥青的相对介电常数，l是共面电极对的长度。对于ε_r＝6和l＝0.3m的沥青混合料，无气隙共面电容的电容为C_coplanar＝25.5pF。如果表面积为A的两个共面电极中的一个的气隙为d，则气隙电容可计算为

例如，当A＝s*l＝0.04m*0.3m＝0.012m²且d＝1mm时，气隙电容为106.25pF。然后，总电容为C_tot＝20.56pF，这比没有气隙的沥青电容小20％。

本发明使用与沥青表面的不规则性轮廓相符的柔性电极，由此使气隙最小并且使沥青电容的误差最小，从而提高了得出的沥青密度的准确性。

具有薄介电绝缘材料的柔性共面电极

共面电极的另一个实施方式包括一组电极，这些电极胶合到位于电极和沥青之间的薄介电绝缘材料上。这防止了来自仿形共面电极边缘的强发散电场来探测沥青表面。它还用作导电柔性电极的保护层，更易于维护。

尽管上面的描述包含许多规范，但是这些规范不应被解释为限制本发明的范围，而仅仅是提供本发明的一些实施方式的说明。因此，本发明的范围应该由所附权利要求书及其合法等同物而不是由给出的例子来确定。