專利名稱：便攜式激光路面彎沉檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種路面彎沉檢測裝置，特別是一種便攜式激光路面彎沉檢測儀。
路面彎沉是評價公路和機場等各種路面強度的一個重要且規范必測的參數。彎沉值是指路面承受額定載荷W時的下沉量h1，與釋去載荷后殘余的下沉量h2之差值，即Δh＝h2-h1，對一般優良路面h2值應近似為零，彎沉值Δh也應是一個很小的量，約0.4～0.6mm，因此，對于路面彎沉測試儀器的靈敏度和精度要求很高，其精度應達到0.01～0.05mm才能滿足要求，目前國內外最常用的彎沉測量儀如貝克曼梁式彎沉儀和車載落錘式彎沉儀，貝克曼梁彎沉儀是一種基于杠桿原理的縱向微形變測試裝置，即一個由高待測點2-3米支點支承的、總長為3～5米的橫梁構成，為保證支點為基準點，一般臂長較大(2米以上)，測頭置于載荷汽車兩輸之間，支點的另一端用一千分表測量縱向位移量，載荷車壓路時指示值為H1，載荷車開走后指示值為H2，則由簡單計算可算出彎沉值Δh＝h2-h1，精度可達0.02mm，但這種彎沉測試儀存在的缺點是，為保證其測量精度，要求貝克曼梁必須有很好的剛性，另外要使支點處無形變又必須有足夠的長度，因此其體積與質量都較大，長達3米～5米，重達上百斤，攜帶極為不便，且測量必須人工逐點手動完成。落錘式彎沉儀是一種國際流行的路面智能比較高的測試車，它是基于彈性力學原理，直接測量落錘打擊路面后的形變值，對路面是一種接觸式有損測量，因此這種方法的代價很高，中國專利CN1073260在93年6月16日公告了“一種激光道路彎沉測試車”，其結構復雜，明顯存在嚴格基準困難，難以保證高精度等問題，更不適于便攜測量，且至今未見實施報道。
本實用新型的目的在于提供一種結構簡單，智能化程度高且優于現有方法測試精度的便攜式激光路面彎沉檢測儀。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的，便攜式激光路面彎沉檢測儀，它包括激光發射器、準直鏡、CCD攝像機和信息處理與顯示系統，其特征是激光發射器采用半導體激光器，在半導體激光器與CCD攝像機之間的光路上，還設置由透鏡和直角棱鏡組成的定向放大合作目標位移敏感器以及毛玻璃接收屏，定向放大合作目標位移敏感器下連接有探頭；探頭被置于一個可使其在縱向自由運動的槽架內，且探頭長度大于槽架的縱向長度，信息處理與顯示系統由視頻預處理器、同步控制器、數據采集處理系統、數據顯示器和數據存貯器組成；視頻預處理器和同步控制器的輸入分別接CCD攝像機的輸出，它們的輸出分別接數據采集處理系統的輸入，數據采集處理系統的輸出分別接數據顯示器和數據存貯器，本實用新型所述檢測儀由充電電池供電，使用時帶合作目標位移敏感器及探頭的槽架置于載荷額定噸位的汽車兩輪之間，在道路的縱向設置激光發射器和信息處理顯示系統，由半導體激光器發出的激光經準直后的激光束，射向位于車輪處的定向放大合作目標位移敏感器，光經透鏡和直角棱鏡后再回射到位于CCD攝像機前的毛玻璃接收屏上，由CCD攝像機攝取毛玻璃上光斑圖像，其輸出的視頻信號一路送視頻預處理器進行視頻信號的鉗位、放大、低通濾波與模數轉換，另一路信號送同步控制器，進行同步分高以及產生數據采集所需的所有中斷控制信號。視頻預處理器輸出的數據送數據采集處理系統的數據輸入端，同步控制器的輸出信號送數據采集處理系統的控制輸入端，數據采集處理系統在同步控制信號的控制下進行數據的采集、運算、其運算結果數據一路送數據顯示器顯示，另一路送數據存貯器存貯，以便以后調用，該組數據采集處理后，再將載荷汽車開走，置于原待測路面的合作目標位移敏感器，由于其下端連接的探頭產生縱向位移，使其也隨之產生縱向位移，這樣，在毛玻璃上的光斑位置也相應發生變化，因透鏡的放大作用光斑位移是較合作目標位移敏感器實際位移另有一放大，CCD攝像機和信號處理與顯示系統給出光斑位移量，從而精確測出合作目標在加載前后的位移量，即路面彎沉值。由于CCD攝像機的像素間距為10～20μm，故CCD攝像機對光斑的分辨率可達20μm，即2絲，若合作目標位移敏感器放大倍數取4倍，則可保證精度優于0.01mm，從而達到路面彎沉測試精度要求。
本實用新型與現有技術相比，其顯著的積極效果是(1)精度高，由于采用合作目標位移敏感器光放大和CCD光斑位置處理，其精度可優于0.01mm，甚至達μm級；(2)基準點高測點可充分遠，本實用新型用光束傳輸信息，基準測試儀器可距形變點幾米至十米，可避免現有技術如貝克曼梁測試法因重量和強度限制而難以完全消除的測點應變影響，本檢測儀還可對遠處如橋梁彎曲、形變進行測量；(3)結構簡單，體積小，重量輕，整機重量約5公斤，體積不到0.1m3，不到貝克曼梁測試儀的1/10，可便攜于任何現場實驗；智能化程度高，可實時顯示測量值，現場測量，可連續存貯百多個測點值。不僅可用于路面彎沉形變測量，而且可推廣用于各種構件的微變形、路面的不平度與水平度檢測。
本實用新型的具體結構由以下附圖和實施例給出。
圖1是根據本實用新型所述便攜式激光路面彎沉檢測儀的光路結構示意圖。
圖2是便攜式激光路面彎沉檢測儀中合作目標位移敏感器結構示意圖。
圖3是本實用新型中信息處理與顯示系統的電路方框圖。
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
見圖1，根據本實用新型制作的便攜式激光路面彎沉檢測儀，采用功率為2mw；波長為0.67μm的半導體激光器1，加半導體激光專用準直鏡2形成準直指示光束，合作目標位移敏感器用25×25×10mm直角棱鏡4與焦距為0.5mm的透鏡3組合，見圖2，合作目標位移敏感器下連接探頭12，它們置于一個可在縱向隨路面形變自由運動、而橫向方向確定的槽架13內，探頭12與槽架13之間的磨擦力要盡量小，保證探頭只有縱向位移的敏感能力，槽架13橫向開有寬15mm、深20mm的槽，主要用于合作目標位移敏感器的定位以及方便檢測儀的調試。再見圖1，毛玻璃接收屏5為普通厚1mm窗玻璃精細磨砂即可，它設置在合作目標位移敏感器的回射光路上、CCD攝像機6選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，信息處理與存貯以及顯示系統，由視頻預處理器7、同步控制器8、數據處理系統9、數據顯示器10和數據存貯器11組成，它們均為市售制式元器件，電路連接參照第5部份的敘述，電原理見圖3所示，整個系統由充電電池供電。
本實用新型已形成樣機，經實驗檢測，達到理想結果，是一臺用于檢測各種路面強度特性，精密測定其彎沉值及路平面度、水平度檢測，評價路面特性及橋梁、構件受載荷應變特性及振動特性的測試儀器。
權利要求一種便攜式激光路面彎沉檢測儀，它包括激光發射器、準直鏡、CCD攝像機和信息處理與顯示系統，其特征是激光發射器為半導體激光器[1]。在半導體激光器[1]與CCD攝像機[6]之間的光路上還設置由透鏡[3]和直角棱鏡[4]組成的定向放大合作目標位移敏感器以及接收屏[5]。定向放大合作目標位移敏感器下連接有探頭[12]，探頭[12]放置于一個可使其在縱向自由運動的槽架[13]內，探頭[12]的長度大于槽架[13]的縱向長度；信息處理與顯示系統由視頻預處理器[7]、同步控制器[8]、數據采集處理系統[9]、數據顯示器[10]和數據存貯器[11]組成，視頻預處理器[7]和同步控制器[8]的輸入分別接CCD攝像機[6]，輸出分別接數據采集處理系統[9]的兩個輸入，數據采集處理系統[9]的輸出分別接數據顯示器[10]和數據存儲器[11]，檢測儀由充電電池供電。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式激光路面彎沉檢測儀,其發明特點在于采用半導體激光準直光束,具有縱向位移光放大的特殊定向合作目標位移敏感器和CCD光斑定位與信息處理、存貯和顯示,其優點是結構簡單,操作方便,精度高、體積小、重量輕、智能化程度高,可實時顯示測量值,不僅可用于路面彎沉形變測量,還可推行用于各種構件的微形變、微位移與平面度、水平度的檢測。
文檔編號G01B11/16GK2302499SQ9723593
公開日1998年12月30日 申請日期1997年5月5日 優先權日1997年5月5日
發明者賀安之, 陳錢 申請人:南京理工大學