CN104929023B - 一种路面弯沉的快速检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路面弯沉的快速检测装置，其包括后拖式测试车和减震系统，减震系统内置于后拖式测试车车厢内，车厢下方一侧设有挂车后轴，另一侧设有牵引车后轴，车厢内设有滑动导轨，滑动导轨下方设有导轨支撑架，滑动导轨上方设置有钢梁支架，钢梁支架通过其下方的滑块在滑动导轨上滑动；钢梁支架上设置有检测横梁，检测横梁上设有不少于两个的激光多普勒测速仪，激光多普勒测速仪与数据采集处理系统相连，减震系统包括设置在钢梁支架上的阻尼气缸。本发明结构简单，能够提高检测精度及检测效率、能保证操作人员的安全、能提高弯沉检测时公路的有效使用率的优点；本发明还提出了一种路面弯沉的快速检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及公路检测技术领域，尤其涉及一种路面弯沉的快速检测装置及方法。
背景技术
传统的检测设备都是通过直接测量道路在标准荷载(10t)作用下路面发生下沉的位移量来计算路面的弯沉值指标。此种检测方法由于测试速度较慢(4～5km/h)，极大的制约了路面弯沉检测的速度。随着技术的不断发展，利用激光多普勒测速仪，根据路面在没有荷载和有标准荷载作用下的变形速度，通过一系列的数学运算即可反算出路面的弯沉值。在上述过程中，需要选用多个普勒激光测速仪，同时采集没有荷载区域和有荷载区域的信号，根据相应的速度值，通过一系列计算得到路面的弯沉值。由于激光多普勒测速仪只能测量在其激光发射方向上的运动速度，为了保证在没有荷载区域的激光测速仪也能有速度值输出，一般需要将激光多普勒测速仪在竖直方向上偏置2°左右，以保证激光测速仪在没有荷载的区域也能测得水平运动在激光测速仪测速方向上的速度分量。将多个多普勒测速仪的测量速度相减，得到路面变形速度，进行弯沉计算。所以为了计算路面的真实弯沉值，需要测量出多个激光测速仪在竖直方向上的偏置角度。
由前所述，按照理论设计，每个激光多普勒测速仪都按照2°倾斜角度安装，但在实际的安装过程中，激光器的实际安装角度很难保证与设计的理论角度一致，而激光器的实际安装角度与后面的路面弯沉计算有着很大的关系，多路激光多普勒传感器的安装角度的准确性，是决定整个系统结果准确性的关键参数。根据计算，对激光多普勒传感器安装角度的校准精度应不低于0.0001°，这样的精度要求，通过传统的静态计量方法基本无法实现，通常通过动态试验结果，辅以科学计算，获得所需要的结果。
在目前的测量方法中，主要有三种测量方法。第一种方法称为刚性路面上卸荷标定法，它是建立在一系列的假定基础上：首先，认为路面本身是刚性路面，在荷载作用下路面不发生任何变形，这与实际情况存在较大的差异；其次，将承载车上的主要荷载卸载后进行的测量，与正常使用时荷载状态不一致。但是该标定方法是建立在一系列的假定基础之上，与实际的情况存在较大偏差。减轻后轴荷载、提高路面的刚度，都无法从根本上解决所有激光器的角度校准误差。第二种测量方法即预埋加速度传感器对比标定法，在原理上比第一种标定方法更合理，不是建立在假定的基础上，属于一种传递性质的标定方法。主要通过加速度传感器测量值与激光多普勒测速仪输出速度值比较达到标定角度的目的，但是这种方法也需要一条专门的试验路，并需要在试验路上埋置加速度传感器，使用和后期的维护成本较高。第三种静态测量方法，是固定多普勒激光测速仪的横梁不动，通过平移下面的标定平台，来实现与激光器的相对运动，此种方法虽然理论上可行，但在实际的标定过程中，为了保证较长标定平台的刚度和测量精度，其结构较重，成本较高，在实际的使用过程中实用性较差。
发明内容
本发明的目的在于提出一种路面弯沉的快速检测装置，该结构简单，能够提高检测精度及检测效率、能保证操作人员的安全、能提高弯沉检测时公路的有效使用率的优点。
本发明的目的还在于提出一种路面弯沉的快速检测方法，能够使测得计算后的偏转角度更加精确，进而能够保证计算得到的弯沉值更为精确。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种路面弯沉的快速检测装置，其包括后拖式测试车和减震系统，所述减震系统内置于后拖式测试车车厢内，所述车厢下方一侧设有挂车后轴，另一侧设有牵引车后轴，其特征在于，所述车厢内设有滑动导轨，所述滑动导轨下方设有导轨支撑架，所述滑动导轨上方设置有钢梁支架，所述钢梁支架通过其下方的滑块在滑动导轨上滑动；所述钢梁支架上设置有检测横梁，所述检测横梁上设有不少于两个的激光多普勒测速仪，所述激光多普勒测速仪与数据采集处理系统相连，所述减震系统包括设置在钢梁支架上的阻尼气缸。
作为优选，所述检测横梁两侧还设有检测横梁支架，所述横梁支架上端设置导风槽，所述导风槽上设置有风扇用以为检测装置降温。
作为优选，所述检测横梁支架的一侧还设置有筋板用于稳固检测横梁支架。
作为优选，所述钢梁支架与导轨支撑架间设有导轨锁定机构。
作为优选，所述检测横梁上设置有4-10个激光多普勒测速仪。
作为优选，所述激光多普勒测速仪的中心轴与水平面呈2°夹角。
本发明还提出了一种用于路面弯沉快速检测的方法，其包括步骤：
S101、将检测装置置于与挂车后轮同一侧，启动挂车并开启靠近挂车后轮的激光多普勒测速仪，同时激光多普勒测速仪将测得的路面变形速度传输给数据采集处理系统；
S102、数据采集处理系统根据接收到的路面变形速度以及挂车的行驶速度,计算每台激光多普勒测速仪在垂直方向的速度及偏转角；
S103、调节激光多普勒测速仪在垂直方向的偏转角并计算弯沉值。
作为优选，所述激光多普勒测速仪在测试过程中依次进入路面弯沉盆以外的位置，测试时弯沉盆以外的激光多普勒测速仪向数据采集处理系统传输数据，其他激光多普勒测速仪则处于关闭状态，每次移动到弯沉盆以外的位置，通过锁定机构固定检测横梁支架。
作为优选，在步骤S102中，偏转角根据公式得出；其中，是激光多普勒测速仪的测量速度；是半挂车的运动速度。
本发明的有益效果：
本发明中的检测装置通过在测试车车厢内设置多普勒激光传感器，可以在路面弯沉检测时采用动态检测，不仅检测速度提高，还可以使检测数据更准确；此检测装置提高了检测效率，节省了公路检测部门的时间和人力资源，而且以正常的行车速度在高速公路上检测，工作人员的人身安全得到有效的保证，同时还不用占用车道或封闭交通，节约了公路资源，提高了弯沉检测时公路的有效使用率。
本发明提出的方法能够使测得计算后的偏转角度更加精确，进而能够保证计算得到的弯沉值更为精确，误差减小。
附图说明
图1是路面弯沉的快速检测装置的结构示意图；
图2是路面弯沉的快速检测装置检测过程中的结构示意图。
图中：
1、车厢；2、滑动导轨；3、导轨支撑架；4、钢梁支架；5、检测横梁；6、激光多普勒测速仪；7、数据采集处理系统；8、阻尼气缸；9、检测横梁支架；10、导风槽；11、筋板；12、导轨锁定机构；13、挂车后轴；14、牵引车后轴；15、风扇。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种用于快速检测路面弯沉值的路面弯沉的快速检测装置，其包括后拖式测试车和减震系统，所述减震系统内置于后拖式测试车车厢1内，所述车厢下方一侧设有挂车后轴13，另一侧设有牵引车后轴14，所述车厢1内设有滑动导轨2，所述滑动导轨2下方设有导轨支撑架3，所述滑动导轨2上方设置有钢梁支架4，所述钢梁支架4通过其下方的滑块在滑动导轨2上滑动；所述钢梁支架4上设置有检测横梁5，所述检测横梁5上设有不少于两个的激光多普勒测速仪6，所述激光多普勒测速仪6与数据采集处理系统7相连，所述减震系统包括设置在钢梁支架上的阻尼气缸8。
由于激光多普勒测速仪6在检测过程中会产生热量，温度增加会影响测试结果，为此所述检测横梁5两侧还设有检测横梁支架9，所述横梁支架上端设置导风槽10，所述导风槽10上设置有风扇15用以为检测装置降温。
为了稳固检测横梁支架9，防止发生意外，于本实施方式中所述检测横梁支架9的一侧还设置有筋板11用于稳固检测横梁支架9。
实验过程中为了防止检测横梁5随钢梁支架发生位置滑动，所述钢梁支架4与导轨支撑架3间设有导轨锁定机构12用以固定检测横梁，使每个激光多普勒测速仪均能够在弯沉盆以外的位置测试。
为了方便侧试，同时保障测得的数据的精度，所述检测横梁5上设置有4-10个激光多普勒测速仪6，本实施例中为4个激光多普勒测速仪6，其他实施例中则不限于4个，还可以为5个或6个或7个或8个或9个或10个。
于本实施方式中，作为优选方案，所述激光多普勒测速仪6的中心轴与水平面呈2°夹角。
本发明还公开了一种用于路面弯沉快速检测的方法，包括步骤：
S101、将检测装置置于与挂车后轮同一侧，启动挂车并开启靠近挂车后轮的激光多普勒测速仪，同时激光多普勒测速仪将测得的路面变形速度传输给数据采集处理系统；
S102、数据采集处理系统根据接收到的路面变形速度以及挂车的行驶速度,计算每台激光多普勒测速仪在垂直方向的速度及偏转角；
S103、调节激光多普勒测速仪在垂直方向的偏转角并计算弯沉值。
在检测过程中，所述激光多普勒测速仪6在测试过程中依次进入路面弯沉盆以外的位置，测试时弯沉盆以外的激光多普勒测速仪6向数据采集处理系统7传输数据，其他激光多普勒测速仪则处于关闭状态，每次移动到弯沉盆以外的位置，通过锁定机构12固定检测横梁支架2。
作为进一步的优选方案，在步骤S102中，偏转角根据公式得出；
其中，是激光多普勒测速仪的测量速度；
是半挂车的运动速度。
具体检测步骤如下：
如图1所示，检测横梁5处在图中最左端时，检测横梁5位于滑动导轨2左端。本实施方式中采用四个激光多普勒测速仪，且四个激光多普勒测速仪分别有一定的不同间距，由图1左端开始分别为第一激光多普勒测速仪、第二激光多普勒测速仪、第三激光多普勒测速仪、第四激光多普勒测速仪，且每个激光器在竖直方向上的安装偏角分别为θ1-1、θ2-1、θ3-1、θ4-1。
滑动导轨2采用直线度精度高和刚度好的型材，以保证移动式检测横梁和滑动导轨在滑动并锁定后无变形。
车辆行驶时，道路在半挂车后轴13标准荷载(即10t)的作用下，路面发生下沉变形，此时，某一时刻，位于路面上的4个激光多普勒测速仪得到每路激光多普勒测速仪的测量速度分别为而半挂车的运动速度在每个激光多普勒测速仪(L)激光束上的速度分量为Vi*sinθ1-1、Vi*sinθ2-1、Vi*sinθ3-1、Vi*sinθ4-1,此时路面变形的速率分别为V1-H、V2-H、V3-H、V4-H，在每个激光多普勒测速仪激光束上的速度分量为V1-H*cosθ1-1、V2-H*cosθ2-1、V3-H*cosθ3-1、V4-H*cosθ4-1，1号激光多普勒测速仪位于弯沉盆外，根据道路理论，1号激光器位置的路面垂直方向上的变形速度为0。由此根据激光束方向上的速度计算公式，
因此，有：V1-x＝Vi*sinθ1-1；
V2-x＝Vi*sinθ2-1+V2-H*conθ2-1；
V3-x＝Vi*sinθ3-1+V3-H*conθ3-1；
V4-x＝Vi*sinθ4-1+V4-H*conθ4-1；
在此状态下，可准确获得1号激光器的倾斜角度值
如图2所示，移动式检测横梁处在最右端时，即：检测横梁5沿滑动导轨2向左侧移动，使四个激光多普勒测速仪依次进入路面弯沉盆以外的位置。每次移动到弯沉盆以外的位置，通过锁定机构(8)固定检测横梁支架(2)，依次对第2、3、…、n个激光器多普勒测速仪进行安装角度校准。
车辆行驶时，某一时刻，位于路面上的第2、3、…、n个激光多普勒测速仪得到每路激光多普勒测速仪的测量速度分别为而半挂车的运动速度在每个激光多普勒测速仪激光束上的速度分量为Vi*sinθ1-1、Vi*sinθ2-1、Vi*sinθ3-1、Vi*sinθ4-1,此时路面变形的速率分别为零。
因此，有：
第二激光多普勒测速仪、第三激光多普勒测速仪、第四激光多普勒测速仪安装角度为：
当激光多普勒测速仪数量无限大时，由试验可以计算出各个激光多普勒测速仪安装角度为根据安装角度可以测得路面的弯沉值。
综上所述，此种标定方法中，在保证检测横梁5和滑动导轨2的刚性条件下，测量系统及其测量装置的各部分的设计均易于实现，可以真正实际用于快速弯沉检测设备中各激光多普勒测速仪安装角度的校准。此外，本发明中的快速检测装置操作起来简单易行，弯沉检测横梁中各激光器的安装角度的校准过程也非常简单快捷。
注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种用于路面弯沉快速检测的方法，应用在路面弯沉的快速检测装置中，所述路面弯沉的快速检测装置包括后拖式测试车和减震系统，所述减震系统内置于后拖式测试车车厢(1)内，所述车厢下方一侧设有挂车后轴(13)，另一侧设有牵引车后轴(14)，所述车厢(1)内设有滑动导轨(2)，所述滑动导轨(2)下方设有导轨支撑架(3)，所述滑动导轨(2)上方设置有钢梁支架(4)，所述钢梁支架(4)通过其下方的滑块在滑动导轨(2)上滑动；所述钢梁支架(4)上设置有检测横梁(5)，所述检测横梁(5)上设有不少于两个的激光多普勒测速仪(6)，所述激光多普勒测速仪(6)与数据采集处理系统(7)相连，所述减震系统包括设置在钢梁支架上的阻尼气缸(8)；
所述钢梁支架(4)与导轨支撑架(3)间设有导轨锁定机构(12)；
其特征在于，包括如下步骤：
S101、将检测装置置于与挂车后轮同一侧，启动挂车并开启靠近挂车后轮的激光多普勒测速仪，同时激光多普勒测速仪将测得的路面变形速度传输给数据采集处理系统；
S102、数据采集处理系统根据接收到的路面变形速度以及挂车的行驶速度,计算每台激光多普勒测速仪在垂直方向的速度及偏转角；
偏转角根据公式得出；
其中，是激光多普勒测速仪的测量速度；
Vi 0是半挂车的运动速度；
S103、调节激光多普勒测速仪在垂直方向的偏转角并计算弯沉值；
所述激光多普勒测速仪(6)在测试过程中依次进入路面弯沉盆以外的位置，测试时弯沉盆以外的激光多普勒测速仪(6)向数据采集处理系统(7)传 输数据，其他激光多普勒测速仪则处于关闭状态，每次移动到弯沉盆以外的位置，通过锁定机构(12)固定检测横梁支架。
2.根据权利要求1所述的用于路面弯沉快速检测的方法，其特征在于，所述检测横梁(5)两侧还设有检测横梁支架(9)，所述检测横梁支架上端设置导风槽(10)，所述导风槽(10)上设置有风扇(15)用以为检测装置降温。
3.根据权利要求2所述的用于路面弯沉快速检测的方法，其特征在于，所述检测横梁支架(9)的一侧还设置有筋板(11)用于稳固检测横梁支架。
4.根据权利要求3所述的用于路面弯沉快速检测的方法，其特征在于，所述检测横梁(5)上设置有4-10个激光多普勒测速仪(6)。
5.根据权利要求4所述的用于路面弯沉快速检测的方法，其特征在于，所述激光多普勒测速仪(6)的中心轴与水平面呈2°夹角。
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