專利名稱：公路路面微變形測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及公路路面微變形測量裝置。
背景技術(shù)：
公路路面由于施工、設(shè)計、材料原因以及使用期重車，特別是超載車的影響產(chǎn)生變形為不可避免。從實踐看，公路路面的變形大多有以下幾種類型第一，波浪型或凹凸型變形。這種變形一般沿縱向變化，在公路路面的所有變形中最為常見。這些變形使路面平整度嚴(yán)重下降，行車的舒適性與安全性變差。第二，車轍型。這種變形沿路面的橫向變化，在高等級公路上由于實行渠化交通，容易出現(xiàn)車轍變形。它使橫向平整性下降，錯車?yán)щy，行車危險性增加。第三，沉陷型。這種變形大多由路基路面的壓實度與強(qiáng)度不足引起，路面沉陷，形成跳車，同樣使行車舒適性與安全性降低。本實用新型所稱的微變形是相對于大坑槽來說，上述變形具有較小變形的特征，故稱為微變形。為了了解公路路面的變形情況，并控制其發(fā)展，且對大變形提出修補(bǔ)計劃，就需要定期對公路路面的變形進(jìn)行檢測，無疑，這種檢測對于掌握路面變形情況，及時采取修補(bǔ)措施，降低養(yǎng)護(hù)成本，確保公路路面的正常工作具有重要意義?！兑?guī)范》中的檢測方法，普遍較為落后，有的測速慢，有的測量時人身安全得不到保證，有的精度不高，或多或少地影響著對公路路面變形的正確評價。引進(jìn)國外設(shè)備，價格昂貴(如一臺平整度儀約為30萬美元)，且維修困難。為此，國內(nèi)自行開發(fā)現(xiàn)代公路路面變形檢測設(shè)備，就有著重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，精度較高的公路路面微變形測量裝置。
本實用新型的技術(shù)解決方案是一種公路路面微變形測量裝置，包括激光源、光電傳感器和數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置，所述的激光源與光電傳感器之間的光路上設(shè)有由透鏡和其上設(shè)有小孔的遮光板組成的平行光斑發(fā)射源，光電傳感器與雜光補(bǔ)償器連接，光電傳感器輸出端連接數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置。所述的光電傳感器包括光電池片或CCD片或位置傳感器、固定板和底座，固定板與底座固定，固定板上設(shè)有光電池片或CCD片或位置傳感器，固定板中心設(shè)有垂直轉(zhuǎn)動軸鉸接活動板，活動板底部設(shè)有平衡塊。
所述的遮光板上的小孔為半圓形或長方形。
本實用新型可檢測所有公路路面的橫向凹凸深度、變形曲線與縱向平整度以及路面垂直向變形及其變形盆曲線等，具有多功能效用。本實用新型采用光電池作為傳感器，反應(yīng)靈敏，路面微變形量通過光照射在光電池上的面積變化反應(yīng)，光電池將光照面積變化轉(zhuǎn)化為電流或電壓變化量。本實用新型可實現(xiàn)任何路面狀況測量時，確保測量精度。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，精度高。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2為光電傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為角變形測量原理角度變化示意圖。
圖4為角變形測量原理示意圖。
圖5為垂直變形測量原理示意圖。
具體實施方式
一種公路路面微變形測量裝置，包括激光源1、光電傳感器4和數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置5，所述的激光源1采用平面型激光發(fā)射器，激光發(fā)射器發(fā)射直徑為1mm左右光點。激光源1與穩(wěn)壓電路6連接。所述的激光源1與光電傳感器4之間的光路上設(shè)有由凹透鏡2和其上設(shè)有小孔的遮光板3組成的平行光斑發(fā)射源，凹透鏡2擴(kuò)散倍數(shù)為1～50倍，擴(kuò)散距離為1cm～600cm。近距測量時用低倍數(shù)，遠(yuǎn)距測量時用高倍數(shù)，它的作用使點光變成平面光。遮光板3上小孔有半圓形或長方形兩種。半圓形時直徑2cm，長方形時2cm×1.5cm。遮光板3可在凹透鏡2后面移動，移動距離為1cm～5cm。光電傳感器4一般采用光電池片41，也可用CCD片或位置傳感器，該光電池片41受到光照后產(chǎn)生電流或電壓。所述的光電傳感器4結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括光電池片或CCD片或位置傳感器41、底座46和固定板43，光電池片41為半圓形或方形，短路電流100mA左右，開路電壓為600mV左右。固定板43固定光電池41用，其通過底座46與測定車連接，固定板43面積為2.5cm×3cm，厚1.5cm左右。固定板43上設(shè)有垂直轉(zhuǎn)動軸42，轉(zhuǎn)動軸42軸徑1毫米，突出端長1厘米。活動板44與固定板43通過轉(zhuǎn)動軸42鉸接，活動板44可繞轉(zhuǎn)動軸42轉(zhuǎn)動，固定板43與活動板44作相對運(yùn)動，可產(chǎn)生角度。活動板44面積為2.5cm×2.5cm，活動板44底部設(shè)有平衡塊45。平衡塊45主要為減震用，可上下移動，上下調(diào)節(jié)可達(dá)到最佳抗震效果，平衡塊45為正方形，中心有螺絲孔，直徑為φ3。底座46為可移動式，近距離測量時固定在自做小車或汽車上，遠(yuǎn)距離測量時置于路面上。光電傳感器4與雜光補(bǔ)償器7連接，所述的雜光補(bǔ)償器7采用濾光器或兩片相同的光電池片反接或惠斯登電橋調(diào)整電路。光電傳感器4輸出端連接數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置5。
本實用新型測量原理如下1、凹凸深度(縱橫向)測量凹凸深度測量通過測量角變形實現(xiàn)。參見圖1和圖2，激光源1經(jīng)凹透鏡2和遮光板3發(fā)出平行光，遮光板3上的小孔為半圓形，此時光照成半圓形，該光射到光電傳感器4上，通過雜光補(bǔ)償器7排除雜光干擾后，剩下即是有用光照。由于本實用新型安設(shè)在車上，當(dāng)車行走時，遇到公路路面凹凸或車槽等變形，隨即活動板44在重力和平衡塊45作用下，繞轉(zhuǎn)動軸42轉(zhuǎn)動，活動板44保持水平位置，光電池片41隨著小車沿路面傾斜，光電池片41與活動板44產(chǎn)生角度θi，引起光照量變化，變化情況如圖3所示在圖3中，(a)為原位，(b)角度向上，(c)角度向下。由圖3看出，原來 面的光照量已變成 面的光照量，少了 面光照量，而這一光照量正是由于覆蓋角變形θi的結(jié)果。這一角度θi對應(yīng)的是減小的光電池面積，根據(jù)光電池特性，面積與電量(電流或電壓)成正比，因此，該角度也與電量成正比，表達(dá)式(1)所示 ∴θi=kiQi---(1)]]>式中 為減小的光照面積或光電量面積。
θi為變化的受光面積角度，用度表示。這一角度即為路面變形所引起的對應(yīng)角變化的光照角度。
ki為比例常數(shù)，需由標(biāo)定確定。
θi角變化與路面凹凸變形量的關(guān)系由圖4所示。
作AO延長線交于原路面于H點，顯然，∠AOC＝∠AHG，而∠AHG＝∠GEF，因此，∠GEF＝∠AOC＝θi，按(1)式，又等于∠GEF＝θi＝kiQi，為此，可由θi求出凹凸變形深度，以下式(2)表示∵rt△EFG中，F(xiàn)G/EF＝sin∠GEF＝sinθi∴變形FG＝EF·sinθi＝EF·sin kiQi(2)或中FG為路面變形量(垂直于路面，又稱標(biāo)高變形量)；EF為車子前后軸距(10cm～300cm)；Qi由光電池檢出，ki由標(biāo)定求得。
若車在行進(jìn)中，選擇合適的采樣點，則可得到無數(shù)個角變形θi值，亦即能得到無數(shù)個凹凸標(biāo)高FG，輸入計算機(jī)處理，最后得到路面凹凸深度值與平整度均方差σ，并由換算可得國際指標(biāo)IRI與顛簸累積值。
2、垂直變形測量遮光板3上小孔采用長方形，此時光照成長方形。將整個測量裝置從車上移下，并將光電傳感器4置于距激光源6m處受力點，此時，光電傳感器上下移動，角變形θi為零，如圖5所示由圖5(a)，初始光照量為AC面，而當(dāng)外力除去后，路面隨即回彈，恢復(fù)到圖5(b)狀態(tài)，此時，光照面變成了AC′，因而，垂直變形量應(yīng)由下式(3)求得a＝AC′-AC (3)式中a為光照增加量，相對應(yīng)的為路面卸載后的實際回彈變形量。
AC′為卸載后路面回彈變形量。
AC為初始光照量。
由光照增加量a變成路面實際回彈變形幾何量由標(biāo)定求得，且由式(4)表示L＝κ2·a (4)式中L為公路路面卸載時的實際回彈變形量，mma為光電增加量，mV或mAκ2為轉(zhuǎn)換系數(shù)，由標(biāo)定求得，mm/mV或mm/mA。
權(quán)利要求1.一種公路路面微變形測量裝置，包括激光源(1)、光電傳感器(4)、數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置(5)，激光源(1)與光電傳感器(4)之間的光路上設(shè)有由透鏡(2)和其上設(shè)有小孔的遮光板(3)組成的平行光斑發(fā)射源，光電傳感器(4)與雜光補(bǔ)償器(7)連接，光電傳感器(4)輸出端連接數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置(5)，其特征在于所述的光電傳感器(4)包括光電池片或CCD片或位置傳感器(41)、固定板(43)和底座(46)，固定板(43)與底座(46)固定，固定板(43)上設(shè)有光電池片或CCD片或位置傳感器(41)，固定板(43)中心設(shè)有垂直轉(zhuǎn)動軸(42)鉸接活動板(44)，活動板(44)底部設(shè)有平衡塊(45)。
2.如權(quán)利要求1所述的公路路面微變形測量裝置，其特征在于所述的遮光板(3)上的小孔為半圓形或長方形。
專利摘要公路路面微變形測量裝置，包括激光源、光電傳感器、數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置，所述的激光源與光電傳感器之間的光路上設(shè)有由凹透鏡和其上設(shè)有小孔的遮光板組成的平行光斑發(fā)射源，光電傳感器與雜光補(bǔ)償器連接，光電傳感器輸出端連接數(shù)據(jù)處理電路與顯示裝置。本實用新型可檢測所有公路路面的橫向凹凸深度、變形曲線與縱向平整度以及路面垂直向變形及其變形盆曲線等，具有多功能效用。本實用新型采用光電池作為傳感器，反應(yīng)靈敏。本實用新型可實現(xiàn)任何路面狀況測量時，確保測量精度。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，精度高。
文檔編號G01B21/20GK2546848SQ02224949
公開日2003年4月23日 申請日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者盛安連, 段錫偉 申請人:盛安連, 段錫偉