專(zhuān)利名稱(chēng)：激光道面彎沉測(cè)試車(chē)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量機(jī)場(chǎng)道面彎沉的測(cè)試設(shè)備，它屬于對(duì)非電量的光電測(cè)量領(lǐng)域。該激光道面彎沉測(cè)試車(chē)可以直接對(duì)機(jī)場(chǎng)的剛性道面或柔性道面進(jìn)行動(dòng)彎沉測(cè)量，可測(cè)量最大彎沉值也可測(cè)量出整個(gè)彎沉盆曲線。它適用于軍用機(jī)場(chǎng)、民航、交通公路和市政工程部門(mén)。
激光道面彎沉測(cè)試車(chē)的發(fā)明是針對(duì)快速測(cè)量機(jī)場(chǎng)剛性道面或柔性道面的彎沉而研制的，機(jī)場(chǎng)道面的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到飛機(jī)起降的安全。道面的承載強(qiáng)度對(duì)于新建機(jī)場(chǎng)或使用時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)場(chǎng)特別重要，通過(guò)測(cè)量道面的彎沉曲線可直接用于計(jì)算這一強(qiáng)度指標(biāo)。一些使用時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)場(chǎng)，由于各種原因使彎沉曲線發(fā)生變化，以至難以保證飛機(jī)起落，尤其是對(duì)一些大型機(jī)更是難以勝任。
目前國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)道面彎沉的檢測(cè)手段是定點(diǎn)加載、靜態(tài)測(cè)量，每次測(cè)量的只是彎沉盆上的幾個(gè)點(diǎn)，數(shù)據(jù)率較低，測(cè)量費(fèi)時(shí)。國(guó)外也還處于非破壞性快速定點(diǎn)測(cè)試階段。如法國(guó)的LaCroix彎沉繪圖儀和CEBTP曲率計(jì)，蘇聯(lián)的YHK-4型自動(dòng)彎沉儀，日本的自動(dòng)彎沉測(cè)試車(chē)等，都只能測(cè)量道面的最大彎沉值和曲率半徑，特別是主要適用于柔性道面，對(duì)剛性道面的測(cè)試重復(fù)性很差，且購(gòu)置費(fèi)昂貴，維修費(fèi)也很高。國(guó)外近年來(lái)用得較多的振動(dòng)彎沉儀，落錘彎沉儀等測(cè)試設(shè)備均屬定點(diǎn)加載、定點(diǎn)測(cè)試，且造價(jià)和使用費(fèi)較高。要測(cè)量道面的承載強(qiáng)度，如何準(zhǔn)確科學(xué)地測(cè)量出機(jī)場(chǎng)道面的彎沉是個(gè)關(guān)鍵，本發(fā)明的研制成功，就解決了這一技術(shù)難題。本設(shè)備的測(cè)量結(jié)果，可準(zhǔn)確而客觀地評(píng)價(jià)道(路)面承載力指標(biāo)，為積累改進(jìn)道(路)面設(shè)計(jì)方法和維護(hù)工作需要的反饋資料以及選擇適當(dāng)?shù)木S修時(shí)機(jī)、最佳的維修方法和最有效的使用維修經(jīng)費(fèi)提供必要的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的任務(wù)是提供了一種激光道面彎沉測(cè)試設(shè)備，它可客觀評(píng)價(jià)已經(jīng)使用機(jī)場(chǎng)道面或新建機(jī)場(chǎng)道面的質(zhì)量。為使機(jī)場(chǎng)的合理使用，適時(shí)而有效的進(jìn)行維修、保養(yǎng)提供科學(xué)依據(jù)，它是機(jī)場(chǎng)道面質(zhì)量管理由經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)型過(guò)渡的關(guān)鍵性設(shè)備。
本發(fā)明與現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外彎沉測(cè)試設(shè)備相比，具有如下特點(diǎn)1、從性能上說(shuō)，既可用于剛性道面的測(cè)試，也可用于柔性道面的測(cè)試;不僅可測(cè)量出道面的最大動(dòng)彎沉值，而且能測(cè)出動(dòng)彎沉盆曲線。
2、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單，采用技術(shù)先進(jìn)。將激光準(zhǔn)直技術(shù)運(yùn)用于機(jī)場(chǎng)道面彎沉測(cè)試。采用激光發(fā)射、結(jié)構(gòu)光成型技術(shù)、光敏線陣圖象傳感器、超象素?cái)?shù)據(jù)處理及微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)和平臺(tái)自動(dòng)調(diào)整、測(cè)頭自動(dòng)升降架設(shè)等的整機(jī)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3、測(cè)試精度高。測(cè)得的動(dòng)彎沉曲線光滑平穩(wěn)，規(guī)律性和重復(fù)性好。可用于道面承載強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算處理。
具體測(cè)試指標(biāo)如下(1)測(cè)量彎沉范圍50～2500微米(2)測(cè)量精度±(5微米+h×1%)(h為被測(cè)彎沉值)(3)可測(cè)動(dòng)彎沉半徑最大值約5米(4)動(dòng)彎沉曲線點(diǎn)數(shù)25～255(5)通過(guò)式動(dòng)載速度3～9公里/小時(shí)(6)輸出結(jié)果a、打印動(dòng)彎沉數(shù)據(jù)、曲線;
b、標(biāo)明加載重量、速度、加載重心點(diǎn)到測(cè)試點(diǎn)距離;
c、標(biāo)明測(cè)試日期、時(shí)間、場(chǎng)地名稱(chēng)、編號(hào)、測(cè)試點(diǎn)位置等;
d、應(yīng)用分析軟件能計(jì)算原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差、曲線擬合誤差;
e、計(jì)算動(dòng)彎沉盆外的發(fā)射基準(zhǔn)點(diǎn)離盆邊緣的距離。
4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，操作使用靈活方便，具有較高的性能價(jià)格比。
上述特點(diǎn)表明該測(cè)試設(shè)備主要性能指標(biāo)已接近和達(dá)到當(dāng)前國(guó)際同類(lèi)設(shè)備的先進(jìn)水平，且便于生產(chǎn)推廣和使用維護(hù)，高性能價(jià)格比，使測(cè)試設(shè)備在國(guó)際市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述

圖1.測(cè)試車(chē)組成框2.激光發(fā)射器A.高壓電源B.連接導(dǎo)線C.激光管圖3.精密光學(xué)裝置A.濾色片B、D.擴(kuò)束透鏡組C.柱面透鏡圖4.光敏線陣圖象傳感接收器A.CCD光敏接收器，B.QD信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)理C.F-F放大滬波，D.S-H采樣保持，E.P-S脈沖產(chǎn)生形成。
圖5.多維自動(dòng)平臺(tái)調(diào)整裝置原理圖A、驅(qū)動(dòng)調(diào)理電路，SA為傾角傳感器B、A/D傾角模數(shù)轉(zhuǎn)換器C、CPU微機(jī)系統(tǒng)D、M步進(jìn)電機(jī)E、BSX變速箱F、TP調(diào)整平臺(tái)圖6.測(cè)試車(chē)測(cè)試道面彎沉狀態(tài)
A.升降伺服機(jī)構(gòu)B.發(fā)射端平臺(tái)與外罩C.接收端平臺(tái)與外罩D.加載重物E.操作控制臺(tái)F.屏蔽管圖7.平臺(tái)調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖，A、信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)理B、傾角傳感器C、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)D、變速箱E、固定支腳F、活動(dòng)支腳G、平臺(tái)H、外罩I、連接電纜J、屏蔽管K、CCD接收器L、V型槽M、軟橡皮墊本發(fā)明采用先進(jìn)技術(shù)和高性能分機(jī)部件。現(xiàn)在就其組成、功能簡(jiǎn)述如下1.激光發(fā)射器，如圖1所示，主要由激光管和專(zhuān)用高壓電源模塊組成。后者激勵(lì)激光管，使其發(fā)出一激光束，以建立高穩(wěn)定的水平基準(zhǔn)。
2、精密光學(xué)裝置。如圖2所示，它由擴(kuò)束透鏡組B、D、柱面透鏡C和濾色片A組成，使之在接收端形成一束細(xì)長(zhǎng)的眉狀結(jié)構(gòu)光。以便光敏接收器均勻地接收和光束容易尋“的”。這結(jié)構(gòu)光是通過(guò)擴(kuò)束透鏡組和柱面透鏡后形成的，濾色片是用來(lái)衰減光強(qiáng)，使照射到接收端的光不致使傳感器飽和。
3、光敏線陣圖象接收器。如圖3所示，它由脈沖產(chǎn)生形成電路P-S、傳感器CCD及其驅(qū)動(dòng)電路Q(chēng)D、低噪聲放大濾波電路F-F、采樣保持電路S-H組成，該接收器具有高靈敏度、高分辨率、高穩(wěn)定性、象素多的特點(diǎn)，試驗(yàn)對(duì)比證明它是用于接收該激光的理想敏感設(shè)備。
4、微機(jī)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。如圖5中A/D和CPU所示。
通常線陣傳感器接收的數(shù)據(jù)不經(jīng)任何數(shù)學(xué)處理只能得到一個(gè)象素的精度，而它的象素空間分辨率滿足不了測(cè)量精度的要求。利用超象素?cái)?shù)據(jù)處理方法可得到實(shí)測(cè)精度超出象素空間分辨率的精度，這只有借助計(jì)算機(jī)建立一定精度的連續(xù)曲線數(shù)學(xué)模型來(lái)代替離散的實(shí)時(shí)采樣的圖象，通常采用多項(xiàng)式和最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，實(shí)現(xiàn)逼近，達(dá)到提高測(cè)試精度的目的。超象素?cái)?shù)據(jù)處理和微機(jī)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使得這一設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)，它既滿足了較高的測(cè)試精度，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)處理的速度。
5、多維平臺(tái)自動(dòng)調(diào)整裝置。如圖5所示，它由傾斜角傳感器SA(含驅(qū)動(dòng)器)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、微機(jī)CPU波形產(chǎn)生與放大、步進(jìn)電機(jī)M、變速箱機(jī)構(gòu)BSX、調(diào)整平臺(tái)TP等幾部分組成，它是個(gè)機(jī)電控制的操作系統(tǒng)，它的作用是收發(fā)端平臺(tái)通過(guò)調(diào)整后應(yīng)處在同一水平位置上，使發(fā)射的激光束能準(zhǔn)確地照射在接收器件上。它的調(diào)整操作過(guò)程如下收發(fā)兩端放置在相距4.5米的被測(cè)道面上，兩平臺(tái)上各相互垂直放置兩個(gè)傾斜角傳感器，若平臺(tái)的某個(gè)方位傾斜不平，傾斜傳感器輸出相應(yīng)的角度信息，經(jīng)放大濾波送到A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)入計(jì)算機(jī)處理，得到與傾斜角大小相應(yīng)的脈沖信號(hào)，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠具有一定精度的變速箱將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變速，它控制平臺(tái)調(diào)整該方位，使平臺(tái)在該方位作出相反方向的變化，直到傾斜角傳感器輸出為零，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，表示該方位調(diào)整完畢。由于調(diào)整是穩(wěn)定而快速的，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，平臺(tái)的多維調(diào)整過(guò)程是在幾分鐘之內(nèi)完成的。圖7畫(huà)出了接收端平臺(tái)兩維調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的道面彎沉測(cè)試車(chē)組成、工作原理及操作激光道面彎沉測(cè)試車(chē)主要由以下幾部分組成，如圖1，激光發(fā)射器、精密光學(xué)系統(tǒng)、光敏線陣接收器、數(shù)據(jù)采集和微機(jī)處理系統(tǒng)、收發(fā)端多維平臺(tái)自動(dòng)調(diào)整裝置、測(cè)頭自動(dòng)升降裝置、收發(fā)端屏蔽罩和光路屏蔽管、交流不間斷供電電源(UPS)和直流穩(wěn)壓電源。上述設(shè)備裝配在一小型測(cè)試車(chē)內(nèi)。見(jiàn)圖6。
它的工作原理是激光發(fā)射一束激光作為水平基準(zhǔn)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)形成一眉狀結(jié)構(gòu)光，橫向照射在垂直放置的光敏接收器上。通過(guò)式動(dòng)載使道面上監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生彎沉(回彈)形變，接收器接收提取道面測(cè)點(diǎn)形變模擬信號(hào)，送入包括摸數(shù)變換(A/D)在內(nèi)的微機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，測(cè)出該測(cè)試點(diǎn)的動(dòng)彎沉曲線。
測(cè)試時(shí)，測(cè)試車(chē)停在待測(cè)點(diǎn)附近，機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)將收發(fā)平臺(tái)和外罩(屏蔽管剛性連接)著地(見(jiàn)圖7接收端平臺(tái)調(diào)整結(jié)構(gòu))。實(shí)現(xiàn)收發(fā)端平臺(tái)G和外罩H的自動(dòng)松脫，即V型槽L脫開(kāi)，收發(fā)端通過(guò)支腳E、F、F三點(diǎn)穩(wěn)定地落在待測(cè)點(diǎn)位置上，外罩與道面通過(guò)橡皮圈M穩(wěn)定密封“軟”接觸。收發(fā)端平臺(tái)安放著傾角傳感器A，信號(hào)調(diào)理B，角度信號(hào)通過(guò)A/D輸送到計(jì)算機(jī)，再輸出一串脈沖，由電纜線I加到步進(jìn)電機(jī)C，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)變速箱D傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使之平臺(tái)上的活動(dòng)支腳F上下移動(dòng)，達(dá)到平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平的目的，加之“尋的”等空間其它維調(diào)整，使激光束通過(guò)屏蔽管J準(zhǔn)確地照射到CCD接收器K上。這時(shí)監(jiān)視器上觀測(cè)到照射在接收器的信號(hào)。收發(fā)端架設(shè)調(diào)整完畢。微機(jī)采集系統(tǒng)處于循環(huán)采樣等待工作狀態(tài)。當(dāng)加載重物以一定的速度通過(guò)待測(cè)點(diǎn)時(shí)，微機(jī)采集其相應(yīng)距離上道面彎沉與回彈時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)以待處理。然后伺服機(jī)構(gòu)將收發(fā)探頭連同屏蔽管提起、收回。至此完成了該點(diǎn)彎沉的測(cè)試。由于平臺(tái)外罩及屏蔽管是構(gòu)成具有一定定位精度一體化連接整體，測(cè)試時(shí)的操作控制是由車(chē)內(nèi)操作人員通過(guò)觀測(cè)控制臺(tái)與監(jiān)測(cè)信號(hào)和按動(dòng)控制面板上按鈕(開(kāi)關(guān))實(shí)現(xiàn)的。該點(diǎn)測(cè)試完畢，測(cè)試車(chē)又行進(jìn)到下一個(gè)待測(cè)點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試車(chē)，用于測(cè)試機(jī)場(chǎng)道面彎沉曲線的測(cè)試車(chē)，主要組成有激光發(fā)射器、精密光學(xué)系統(tǒng)、收發(fā)端多維自動(dòng)調(diào)整平臺(tái)，測(cè)頭自動(dòng)升降裝置等，其特征在于有一產(chǎn)生眉狀結(jié)構(gòu)光的光學(xué)發(fā)射調(diào)整裝置，當(dāng)有一重載體通過(guò)機(jī)場(chǎng)道面，在光敏接收裝置的道面監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，使道面產(chǎn)生彎沉、形變、通過(guò)光敏接收裝置轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，輸出到信號(hào)采集微機(jī)處理監(jiān)測(cè)設(shè)備上，由此輸出得到彎沉曲線，為精確、快速得到彎沉曲線，在發(fā)收兩端，建立了一對(duì)多維空間調(diào)整平臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)試車(chē)，其特征在于發(fā)收兩端的多維空間調(diào)整平臺(tái)的外部各有起定位和屏蔽作用的外殼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2的測(cè)試車(chē)，其特征在于起定位和屏蔽作用的外殼，當(dāng)多維調(diào)整平臺(tái)落地工作時(shí)，與外殼自動(dòng)松脫，外殼與地面“軟”接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量機(jī)場(chǎng)道面彎沉的測(cè)試設(shè)備，它屬于對(duì)非電量的光電測(cè)量領(lǐng)域。該激光道面彎沉測(cè)試車(chē)可以直接對(duì)機(jī)場(chǎng)的剛性道面或柔性道面進(jìn)行彎沉測(cè)量，適用于軍用機(jī)場(chǎng)、民航交通公路和市政工程部門(mén)。機(jī)場(chǎng)道面質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到飛機(jī)起降安全，道面的承載強(qiáng)度對(duì)于新建機(jī)場(chǎng)或使用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)場(chǎng)特別重要，通過(guò)測(cè)量道面的彎沉可以計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)。為積累改進(jìn)道(路)面設(shè)計(jì)方法和維修工作需要的反饋資料以及選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)提供必要的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B11/24GK1073260SQ9111149
公開(kāi)日1993年6月16日 申請(qǐng)日期1991年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月12日
發(fā)明者甘朝鶴, 高貴勝, 于龍, 鄭恩厚, 李光偉, 張志學(xué), 李鴻海, 羅芳萍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍空軍第二研究所