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无损检测之路面无损检测技术的新发展


  来源: 21IC中国电子网 时间:2018-10-16 编辑:思扬
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90年代中、后期,连续式激光断面仪在我国逐渐得到应用,是目前最先进的平整度和车辙检测设备,正常测试速度为80km/h,并且同时还可以测量横坡、纵坡、转弯曲率等指标[2],目前在国内约有近20台。 激光断面仪的基本原理是:通过横向分布的若干个(国内通常为5~9个)激光传感器测试距离路面的高度,得到一个横断面,从而可以计算车辙;通过对应于轮迹位置的激光传感器测得距离路面的高度,随着车辆的行驶可以得到路面纵向断面,即可计算纵向平整度,其中车辆振动带来的影响通过加速度传感器(对应左右轮迹各一个)记录数据的两次积分来扣除;惯性运动传感器(1个)可以反映水平纵向、水平横向和竖向的角度。

 围绕激光断面仪所展开的研究主要是:平整度测试的可重复性、可再现性研究。对同一个测试路段,采用同一个设备进行多次测量,各次数据间的吻合性称为可重复性;对同一个测试路段,采用原理相同或类似的不同设备进行测量,数据间的吻合性称为可再现性。欧洲和美国均进行过较大规模的可重复性和可再现性研究,在其所使用的主流设备类型和品牌之间建立了相关关系。

目前在我国使用的激光断面仪有多种品牌,有的一种品牌还有第一代产品和第二代产品,这些设备已经开始大量使用,但由于尚没有进行系统的可再现性研究,不同设备之间数据的可比性就不得而知。激光传感器个数和车辙测试精度的关系。由于激光断面仪是一种离散的车辙检测设备,通常用若干个点的连线来代表横断面,同时,其测试宽度小于一个车道的宽度。因此,它所反映的道路横断面是近似的,由此所计算的车辙也必然是近似的。美国的LTPP项目认为沿横向分布3个传感器的断面仪不能用于车辙测量,配置5个传感器后测试结果仍与横向连续测试的结果有较大差异,但相关性较好,相关系数为80%,建议在修正后用于路网普查;美国得州运输部的研究表明,5个传感器的测试结果约为连续测量结果的80%,并推荐横向每100mm配置一个传感器,这样精度可以达到95%[3]。 

由于激光传感器价格昂贵,横向每100mm配置一个是不经济的。目前在加拿大出现了两种不同的车辙检测设备,可以较好地解决这个问题:一种是在轮迹处仍采用激光传感器测试平整度,而其它位置采用密布超声波传感器代替激光传感器,由于超声波传感器的价格只有激光传感器的几十分之一,虽然单个传感器的测试精度有所降低,但用于绘制横断面和计算车辙是足够精确和经济的;另一种是用两个激光束接发器发射激光束,横向连续覆盖整个车道,因此精度是相当高的。两种设备在配置完整的情况下均可以同时高速采集平整度数据。

1.3 抗滑能力测试目前车载或车牵引的高速自动化路面抗滑能力测试设备主要有三种:横向力系数测试仪、刹车式摩擦系数测试仪、不完全刹车式摩擦系数测试仪。横向力系数测试仪是在我国应用最为广泛的自动摩擦系数仪,20世纪90年代中期实现了国产化[4]。该设备的基本原理是设定试验轮与行车方向成一定角度,以便产生一个同试验轮平面垂直的横向力,该横向力与试验轮对路面荷载的比值即为横向力系数,横向力系数反映的是车辆在路面上侧滑的危险性,正常测试速度约50Km/h;刹车式摩擦系数测试仪是在行驶的过程中,每间隔指定的距离自动对测试轮刹车,刹车期间测试轮在路面上滑动,根据传感器所记录的力,即可计算制动力系数

该设备在美国是抗滑能力测试标准设备之一,测试速度最高可以达到110Km/h;不完全刹车式摩擦系数测试仪的测试轮和行驶轮之间用不等直径的同轴齿轮和链条连接,使得测试轮的滚动线速度小于行驶轮的滚动线速度,在正常测试时呈现连滚带滑的运动状态,根据力传感器记录的数据即可计算路面摩擦系数。

该设备在路面上的测试速度为50Km/h左右,在欧洲应用较多,尤其在机场道面的抗滑能力测试方面。 我国目前在路面抗滑能力测试方面仍主要采用摆式摩擦系数仪,进口的和国产的都有;横向力系数仪已逐渐拥有了相当多的用户;刹车式和不完全刹车式摩擦系数测试仪目前仅有极少数用户。很明显地,摆式摩擦系数仪已经越来越不适应我国高速公路建设的需要,一方面该测试方法对交通的影响较大,存在不安全因素,另一方面它不能较好地反映路面的宏观纹理构造对摩擦系数的影响,而宏观纹理构造是高速公路路面抗滑能力的决定因素。因此,应当大力推广自动化的抗滑能力测试仪在中国的应用。

1.4 路表破损采集路面表面破损率是路面养护决策的重要指标,也是群众评价公路管理部门工作效率的最直观依据。我国各级公路管理部门对表面破损一向都比较重视,但该项指标的数据采集工作是一个令人头疼的问题,目前还主要依靠人工采集,除了主观性大、效率低外,也存在很大的安全隐患,尤其在高速公路上。

关键词:无损检测 测试 路面检测    浏览量:4676

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