CN2302499Y - 便携式激光路面弯沉检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式激光路面弯沉检测仪,其发明特点在于采用半导体激光准直光束,具有纵向位移光放大的特殊定向合作目标位移敏感器和CCD光斑定位与信息处理、存贮和显示,其优点是结构简单,操作方便,精度高、体积小、重量轻、智能化程度高,可实时显示测量值,不仅可用于路面弯沉形变测量,还可推行用于各种构件的微形变、微位移与平面度、水平度的检测。

Description

便携式激光路面弯沉检测仪

本实用新型涉及一种路面弯沉检测装置，特别是一种便携式激光路面弯沉检测仪。

路面弯沉是评价公路和机场等各种路面强度的一个重要且规范必测的参数。弯沉值是指路面承受额定载荷W时的下沉量h₁，与释去载荷后残余的下沉量h₂之差值，即Δh＝h₂-h₁，对一般优良路面h₂值应近似为零，弯沉值Δh也应是一个很小的量，约0.4～0.6mm，因此，对于路面弯沉测试仪器的灵敏度和精度要求很高，其精度应达到0.01～0.05mm才能满足要求，目前国内外最常用的弯沉测量仪如贝克曼梁式弯沉仪和车载落锤式弯沉仪，贝克曼梁弯沉仪是一种基于杠杆原理的纵向微形变测试装置，即一个由高待测点2-3米支点支承的、总长为3～5米的横梁构成，为保证支点为基准点，一般臂长较大(2米以上)，测头置于载荷汽车两输之间，支点的另一端用一千分表测量纵向位移量，载荷车压路时指示值为H₁，载荷车开走后指示值为H₂，则由简单计算可算出弯沉值Δh＝h₂-h₁，精度可达0.02mm，但这种弯沉测试仪存在的缺点是，为保证其测量精度，要求贝克曼梁必须有很好的刚性，另外要使支点处无形变又必须有足够的长度，因此其体积与质量都较大，长达3米～5米，重达上百斤，携带极为不便，且测量必须人工逐点手动完成。落锤式弯沉仪是一种国际流行的路面智能比较高的测试车，它是基于弹性力学原理，直接测量落锤打击路面后的形变值，对路面是一种接触式有损测量，因此这种方法的代价很高，中国专利CN1073260在93年6月16日公告了“一种激光道路弯沉测试车”，其结构复杂，明显存在严格基准困难，难以保证高精度等问题，更不适于便携测量，且至今未见实施报道。

本实用新型的目的在于提供一种结构简单，智能化程度高且优于现有方法测试精度的便携式激光路面弯沉检测仪。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的，便携式激光路面弯沉检测仪，它包括激光发射器、准直镜、CCD摄像机和信息处理与显示系统，其特征是激光发射器采用半导体激光器，在半导体激光器与CCD摄像机之间的光路上，还设置由透镜和直角棱镜组成的定向放大合作目标位移敏感器以及毛玻璃接收屏，定向放大合作目标位移敏感器下连接有探头；探头被置于一个可使其在纵向自由运动的槽架内，且探头长度大于槽架的纵向长度，信息处理与显示系统由视频预处理器、同步控制器、数据采集处理系统、数据显示器和数据存贮器组成；视频预处理器和同步控制器的输入分别接CCD摄像机的输出，它们的输出分别接数据采集处理系统的输入，数据采集处理系统的输出分别接数据显示器和数据存贮器，本实用新型所述检测仪由充电电池供电，使用时带合作目标位移敏感器及探头的槽架置于载荷额定吨位的汽车两轮之间，在道路的纵向设置激光发射器和信息处理显示系统，由半导体激光器发出的激光经准直后的激光束，射向位于车轮处的定向放大合作目标位移敏感器，光经透镜和直角棱镜后再回射到位于CCD摄像机前的毛玻璃接收屏上，由CCD摄像机摄取毛玻璃上光斑图像，其输出的视频信号一路送视频预处理器进行视频信号的钳位、放大、低通滤波与模数转换，另一路信号送同步控制器，进行同步分高以及产生数据采集所需的所有中断控制信号。视频预处理器输出的数据送数据采集处理系统的数据输入端，同步控制器的输出信号送数据采集处理系统的控制输入端，数据采集处理系统在同步控制信号的控制下进行数据的采集、运算、其运算结果数据一路送数据显示器显示，另一路送数据存贮器存贮，以便以后调用，该组数据采集处理后，再将载荷汽车开走，置于原待测路面的合作目标位移敏感器，由于其下端连接的探头产生纵向位移，使其也随之产生纵向位移，这样，在毛玻璃上的光斑位置也相应发生变化，因透镜的放大作用光斑位移是较合作目标位移敏感器实际位移另有一放大，CCD摄像机和信号处理与显示系统给出光斑位移量，从而精确测出合作目标在加载前后的位移量，即路面弯沉值。由于CCD摄像机的像素间距为10～20μm，故CCD摄像机对光斑的分辨率可达20μm，即2丝，若合作目标位移敏感器放大倍数取4倍，则可保证精度优于0.01mm，从而达到路面弯沉测试精度要求。

本实用新型与现有技术相比，其显著的积极效果是：(1)精度高，由于采用合作目标位移敏感器光放大和CCD光斑位置处理，其精度可优于0.01mm，甚至达μm级；(2)基准点高测点可充分远，本实用新型用光束传输信息，基准测试仪器可距形变点几米至十米，可避免现有技术如贝克曼梁测试法因重量和强度限制而难以完全消除的测点应变影响，本检测仪还可对远处如桥梁弯曲、形变进行测量；(3)结构简单，体积小，重量轻，整机重量约5公斤，体积不到0.1m³，不到贝克曼梁测试仪的1/10，可便携于任何现场实验；智能化程度高，可实时显示测量值，现场测量，可连续存贮百多个测点值。不仅可用于路面弯沉形变测量，而且可推广用于各种构件的微变形、路面的不平度与水平度检测。

本实用新型的具体结构由以下附图和实施例给出。

图1是根据本实用新型所述便携式激光路面弯沉检测仪的光路结构示意图。

图2是便携式激光路面弯沉检测仪中合作目标位移敏感器结构示意图。

图3是本实用新型中信息处理与显示系统的电路方框图。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

见图1，根据本实用新型制作的便携式激光路面弯沉检测仪，采用功率为2mw；波长为0.67μm的半导体激光器1，加半导体激光专用准直镜2形成准直指示光束，合作目标位移敏感器用25×25×10mm直角棱镜4与焦距为0.5mm的透镜3组合，见图2，合作目标位移敏感器下连接探头12，它们置于一个可在纵向随路面形变自由运动、而横向方向确定的槽架13内，探头12与槽架13之间的磨擦力要尽量小，保证探头只有纵向位移的敏感能力，槽架13横向开有宽15mm、深20mm的槽，主要用于合作目标位移敏感器的定位以及方便检测仪的调试。再见图1，毛玻璃接收屏5为普通厚1mm窗玻璃精细磨砂即可，它设置在合作目标位移敏感器的回射光路上、CCD摄像机6选用普通市售商品如敏通CCD，它接收毛玻璃接收屏5上的光斑像，信息处理与存贮以及显示系统，由视频预处理器7、同步控制器8、数据处理系统9、数据显示器10和数据存贮器11组成，它们均为市售制式元器件，电路连接参照第5部份的叙述，电原理见图3所示，整个系统由充电电池供电。

本实用新型已形成样机，经实验检测，达到理想结果，是一台用于检测各种路面强度特性，精密测定其弯沉值及路平面度、水平度检测，评价路面特性及桥梁、构件受载荷应变特性及振动特性的测试仪器。

Claims (1)

1. 一种便携式激光路面弯沉检测仪，它包括激光发射器、准直镜、CCD摄像机和信息处理与显示系统，其特征是激光发射器为半导体激光器[1]。在半导体激光器[1]与CCD摄像机[6]之间的光路上还设置由透镜[3]和直角棱镜[4]组成的定向放大合作目标位移敏感器以及接收屏[5]。定向放大合作目标位移敏感器下连接有探头[12]，探头[12]放置于一个可使其在纵向自由运动的槽架[13]内，探头[12]的长度大于槽架[13]的纵向长度；信息处理与显示系统由视频预处理器[7]、同步控制器[8]、数据采集处理系统[9]、数据显示器[10]和数据存贮器[11]组成，视频预处理器[7]和同步控制器[8]的输入分别接CCD摄像机[6]，输出分别接数据采集处理系统[9]的两个输入，数据采集处理系统[9]的输出分别接数据显示器[10]和数据存储器[11]，检测仪由充电电池供电。