CN1073260A - 激光道面弯沉测试车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种测量机场道面弯沉的测试 设备，它属于对非电量的光电测量领域。该激光道面 弯沉测试车可以直接对机场的刚性道面或柔性道面 进行弯沉测量，适用于军用机场、民航交通公路和市 政工程部门。机场道面质量的好坏直接关系到飞机 起降安全，道面的承载强度对于新建机场或使用时间 较长时间的机场特别重要，通过测量道面的弯沉可以 计算强度指标。为积累改进道(路)面设计方法和维 修工作需要的反馈资料以及选择适当时机提供必要 的数据。

Description

本发明涉及的是一种测量机场道面弯沉的测试设备，它属于对非电量的光电测量领域。该激光道面弯沉测试车可以直接对机场的刚性道面或柔性道面进行动弯沉测量，可测量最大弯沉值也可测量出整个弯沉盆曲线。它适用于军用机场、民航、交通公路和市政工程部门。

激光道面弯沉测试车的发明是针对快速测量机场刚性道面或柔性道面的弯沉而研制的，机场道面的质量好坏直接关系到飞机起降的安全。道面的承载强度对于新建机场或使用时间较长的机场特别重要，通过测量道面的弯沉曲线可直接用于计算这一强度指标。一些使用时间较长的机场，由于各种原因使弯沉曲线发生变化，以至难以保证飞机起落，尤其是对一些大型机更是难以胜任。

目前国内机场道面弯沉的检测手段是定点加载、静态测量，每次测量的只是弯沉盆上的几个点，数据率较低，测量费时。国外也还处于非破坏性快速定点测试阶段。如法国的La    Croix弯沉绘图仪和CEBTP曲率计，苏联的YHK-4型自动弯沉仪，日本的自动弯沉测试车等，都只能测量道面的最大弯沉值和曲率半径，特别是主要适用于柔性道面，对刚性道面的测试重复性很差，且购置费昂贵，维修费也很高。国外近年来用得较多的振动弯沉仪，落锤弯沉仪等测试设备均属定点加载、定点测试，且造价和使用费较高。要测量道面的承载强度，如何准确科学地测量出机场道面的弯沉是个关键，本发明的研制成功，就解决了这一技术难题。本设备的测量结果，可准确而客观地评价道（路）面承载力指标，为积累改进道（路）面设计方法和维护工作需要的反馈资料以及选择适当的维修时机、最佳的维修方法和最有效的使用维修经费提供必要的数据。

本发明的任务是提供了一种激光道面弯沉测试设备，它可客观评价已经使用机场道面或新建机场道面的质量。为使机场的合理使用，适时而有效的进行维修、保养提供科学依据，它是机场道面质量管理由经验型向科学型过渡的关键性设备。

本发明与现有的国内外弯沉测试设备相比，具有如下特点：

1、从性能上说，既可用于刚性道面的测试，也可用于柔性道面的测试;不仅可测量出道面的最大动弯沉值，而且能测出动弯沉盆曲线。

2、设计方案简单，采用技术先进。将激光准直技术运用于机场道面弯沉测试。采用激光发射、结构光成型技术、光敏线阵图象传感器、超象素数据处理及微机数据采集与处理技术和平台自动调整、测头自动升降架设等的整机一体化结构设计。

3、测试精度高。测得的动弯沉曲线光滑平稳，规律性和重复性好。可用于道面承载强度指标的计算处理。

具体测试指标如下：

（1）测量弯沉范围：50～2500微米

（2）测量精度：±（5微米+h×1%）    （h为被测弯沉值）

（3）可测动弯沉半径最大值约5米

（4）动弯沉曲线点数    25～255

（5）通过式动载速度：3～9公里/小时

（6）输出结果：

a、打印动弯沉数据、曲线;

b、标明加载重量、速度、加载重心点到测试点距离;

c、标明测试日期、时间、场地名称、编号、测试点位置等;

d、应用分析软件能计算原始数据的标准偏差、曲线拟合误差;

e、计算动弯沉盆外的发射基准点离盆边缘的距离。

4、结构简单、轻便，操作使用灵活方便，具有较高的性能价格比。

上述特点表明该测试设备主要性能指标已接近和达到当前国际同类设备的先进水平，且便于生产推广和使用维护，高性能价格比，使测试设备在国际市场上具有一定的竞争力。

下面结合附图对本发明做进一步描述：

图1.测试车组成框图

图2.激光发射器

A.高压电源    B.连接导线    C.激光管

图3.精密光学装置

A.滤色片    B、D.扩束透镜组    C.柱面透镜

图4.光敏线阵图象传感接收器

A.CCD光敏接收器，B.QD信号驱动调理

C.F-F放大沪波，D.S-H采样保持，

E.P-S脉冲产生形成。

图5.多维自动平台调整装置原理图

A、驱动调理电路，SA为倾角传感器

B、A/D：倾角模数转换器

C、CPU：微机系统

D、M：步进电机

E、BSX：变速箱

F、TP：调整平台

图6.测试车测试道面弯沉状态

A.升降伺服机构    B.发射端平台与外罩

C.接收端平台与外罩    D.加载重物

E.操作控制台    F.屏蔽管

图7.平台调整结构示意图，

A、信号驱动调理    B、倾角传感器

C、步进电动机    D、变速箱

E、固定支脚    F、活动支脚

G、平台    H、外罩

I、连接电缆    J、屏蔽管

K、CCD接收器    L、V型槽

M、软橡皮垫

本发明采用先进技术和高性能分机部件。现在就其组成、功能简述如下：

1.激光发射器，如图1所示，主要由激光管和专用高压电源模块组成。后者激励激光管，使其发出一激光束，以建立高稳定的水平基准。

2、精密光学装置。如图2所示，它由扩束透镜组B、D、柱面透镜C和滤色片A组成，使之在接收端形成一束细长的眉状结构光。以便光敏接收器均匀地接收和光束容易寻“的”。这结构光是通过扩束透镜组和柱面透镜后形成的，滤色片是用来衰减光强，使照射到接收端的光不致使传感器饱和。

3、光敏线阵图象接收器。如图3所示，它由脉冲产生形成电路P-S、传感器CCD及其驱动电路QD、低噪声放大滤波电路F-F、采样保持电路S-H组成，该接收器具有高灵敏度、高分辨率、高稳定性、象素多的特点，试验对比证明它是用于接收该激光的理想敏感设备。

4、微机采集与数据处理系统。如图5中A/D和CPU所示。

通常线阵传感器接收的数据不经任何数学处理只能得到一个象素的精度，而它的象素空间分辨率满足不了测量精度的要求。利用超象素数据处理方法可得到实测精度超出象素空间分辨率的精度，这只有借助计算机建立一定精度的连续曲线数学模型来代替离散的实时采样的图象，通常采用多项式和最小二乘法进行曲线拟合，实现逼近，达到提高测试精度的目的。超象素数据处理和微机数据采集与数据处理技术有机结合，使得这一设想得以实现，它既满足了较高的测试精度，同时也提高了数据处理的速度。

5、多维平台自动调整装置。如图5所示，它由倾斜角传感器SA（含驱动器）、模数转换器A/D、微机CPU波形产生与放大、步进电机M、变速箱机构BSX、调整平台TP等几部分组成，它是个机电控制的操作系统，它的作用是收发端平台通过调整后应处在同一水平位置上，使发射的激光束能准确地照射在接收器件上。它的调整操作过程如下：收发两端放置在相距4.5米的被测道面上，两平台上各相互垂直放置两个倾斜角传感器，若平台的某个方位倾斜不平，倾斜传感器输出相应的角度信息，经放大滤波送到A/D转换器，进入计算机处理，得到与倾斜角大小相应的脉冲信号，以控制步进电机的转动，依靠具有一定精度的变速箱将电机的转动变速，它控制平台调整该方位，使平台在该方位作出相反方向的变化，直到倾斜角传感器输出为零，电机停止转动，表示该方位调整完毕。由于调整是稳定而快速的，在整个测试过程中，平台的多维调整过程是在几分钟之内完成的。图7画出了接收端平台两维调整结构示意图。

本发明的道面弯沉测试车组成、工作原理及操作：

激光道面弯沉测试车主要由以下几部分组成，如图1，激光发射器、精密光学系统、光敏线阵接收器、数据采集和微机处理系统、收发端多维平台自动调整装置、测头自动升降装置、收发端屏蔽罩和光路屏蔽管、交流不间断供电电源（UPS）和直流稳压电源。上述设备装配在一小型测试车内。见图6。

它的工作原理是激光发射一束激光作为水平基准，经光学系统形成一眉状结构光，横向照射在垂直放置的光敏接收器上。通过式动载使道面上监测点产生弯沉（回弹）形变，接收器接收提取道面测点形变模拟信号，送入包括摸数变换（A/D）在内的微机数据采集和处理系统，测出该测试点的动弯沉曲线。

测试时，测试车停在待测点附近，机电伺服机构将收发平台和外罩（屏蔽管刚性连接）着地（见图7接收端平台调整结构）。实现收发端平台G和外罩H的自动松脱，即V型槽L脱开，收发端通过支脚E、F、F三点稳定地落在待测点位置上，外罩与道面通过橡皮圈M稳定密封“软”接触。收发端平台安放着倾角传感器A，信号调理B，角度信号通过A/D输送到计算机，再输出一串脉冲，由电缆线I加到步进电机C，电机旋转带动变速箱D传动机构，使之平台上的活动支脚F上下移动，达到平台自动调平的目的，加之“寻的”等空间其它维调整，使激光束通过屏蔽管J准确地照射到CCD接收器K上。这时监视器上观测到照射在接收器的信号。收发端架设调整完毕。微机采集系统处于循环采样等待工作状态。当加载重物以一定的速度通过待测点时，微机采集其相应距离上道面弯沉与回弹时信号数据，并将其存储以待处理。然后伺服机构将收发探头连同屏蔽管提起、收回。至此完成了该点弯沉的测试。由于平台外罩及屏蔽管是构成具有一定定位精度一体化连接整体，测试时的操作控制是由车内操作人员通过观测控制台与监测信号和按动控制面板上按钮（开关）实现的。该点测试完毕，测试车又行进到下一个待测点继续进行测试。

Claims (3)

1、一种测试车，用于测试机场道面弯沉曲线的测试车，主要组成有激光发射器、精密光学系统、收发端多维自动调整平台，测头自动升降装置等，其特征在于有一产生眉状结构光的光学发射调整装置，当有一重载体通过机场道面，在光敏接收装置的道面监测点上，使道面产生弯沉、形变、通过光敏接收装置转变成电信号，输出到信号采集微机处理监测设备上，由此输出得到弯沉曲线，为精确、快速得到弯沉曲线，在发收两端，建立了一对多维空间调整平台。

2、根据权利要求1的测试车，其特征在于发收两端的多维空间调整平台的外部各有起定位和屏蔽作用的外壳。

3、根据权利要求1、2的测试车，其特征在于起定位和屏蔽作用的外壳，当多维调整平台落地工作时，与外壳自动松脱，外壳与地面“软”接触。

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