双激光测试系统说明书.doc

双激光测试系统说明书一、主要用途检测路面纵断面、国际平整度指数IRI、平整度标准差、行驶质量指数RQI、路面构造深度TD等多种路面性能指标。主要用于：1、各等级公路、市政道路和机场跑道的路面施工现场控制和路面施工质量交工、竣工验收；2、为路面养护管理系统（CPMS）、路网普查进行路面平整度数据采集；3、为颠簸累积仪等2、3类平整度测试仪进行相关性标定；4、为研究路面谱特性提供原始路面纵断面数据；二、主要特点1、采用瑞典专业道路检测激光传感器；2、采用美国高精度伺服式加速度传感器；3、断面计算模型完全采用美国密歇根大学（UMTRI）/联邦公路局（FHWA）道路断面测量系统断面合成算法；4、主要技术性能参数超过世界银行46号报告对路面平整度级测试方法的定义，符合美国ASTM E950关于断面仪级标准的要求,测得的指标符合国家路面验收与养护标准规范；5、功能齐全的实时处理软件系统，以等距离方式实时采集、处理、显示和存储测点位置、车速、IRI、RQI及TD等数据；6、测试过程不受仪器装载车动态性能的影响，可以在较大车速范围内（20100km/h）变换测试车速而不影响测试结果。三、主要技术指标传感器个数激光传感器：13个加速度传感器：2个激光传感器 采样频率：16KHz 偏差：0.5mm 分辨率：400Hz偏差：2mg分辨率：1g测量范围：2.5g最小采样间隔1mm路面车辙深度报告间隔1m1000mIRI报告间隔10m1000m 断面响应波长500m距离测量系统（DMI） 距离检测精度：0.1%距离检测分辨率：0.99 检测范围：015m/km检测重复性：变异系数2%测试数据纵断面数据路面车辙深度国际平整度指标IRI 平整度标准差 行驶质量指数RQI 路面构造深度SMTD/PMTD输出格式 Excel、ASCII文本文件激光传感器底部到路面净距 300mm四、测试原理通过激光传感器、加速度传感器和距离传感器，分别测量激光传感器到断面的垂向距离、激光传感器的垂向加速度和沿断面纵向行驶的距离，然后用下面的公式可计算得到断面的高程 （上世纪60年代由美国通用汽车公司的Elson Spangler和William Kelly提出，仍然是目前国际上主要惯性断面类测量仪测量断面的理论基础）：式中：断面的纵向距离断面高程激光传感器到断面的垂向距离激光传感器的垂向加速度沿断面纵向行驶速度的平方测试原理示意图五、系统组成测试传感器单元及机械安装总成数据处理上位机 ：计算机数据采集下位机 ：前置信号调理控制单元+数据采集卡高精度DMI距离测量系统实时数据采集及处理软件300W/12V220V/逆变电源仪器装载车六、系统连接6.1 下位机面板介绍前面板示意图： 距离指示灯 激光电源指示灯 电源指示灯 USB接口 激光器开关 电源开关后面板示意图：激光器信号I激光器信号II距离信号电源6.2 下位机操作前面板USB接口用USB数据线连接到笔记本电脑USB接口，车尾左侧激光器信号线连接至下位机后面板激光器信号I接口；右侧激光器信号线连接至下位机后面板激光器信号II接口；距离测量轮(DMI)信号线连接至后面板距离信号接口；后面板电源接口接入12V直流电（车载点烟器或电瓶）。启动系统时，首先连接电源，打开前面板电源开关，再打开激光器开关；关闭系统时首先关闭激光器开关，再关闭电源开关，之后切断电源。七、软件操作7.1程序参数设置程序参数是对程序中需要的一些参数，如文件名，起始桩号，段长等进行预先设置。如图所示，单击系数参数设置，会出现参数设置的对话框。（图2）根据实际采集的需要，设置好保存平整度和构造深度的文件名，计算平整度的段长。根据公路的情况，设置好公路等级和顺或者逆桩号，单击确定保存设置就可以了。其中起点桩号要严格按给定的各式进行输入，否则系统会提示重新输入。图2 系统参数设置图7.2系统参数标定系统参数标定是计算激光信号和加速度信号与实际的高度值和加速度值的比例系数的过程，这样就能通过激光信号和加速度信号计算出平整度指数。如图所示，单击系统参数标定就会出现参数标定对话框，参数标定主要包含三项，激光信号标定，加速度信号标定，距离系数标定。7.2.1激光信号标定图3 激光信号标定界面操作步骤如下：A、将车停在水平地面，然后调节单激光的支架，使单激光也处于一个水平位置，在水平地面上放置一个标定平板，使激光束投射到标定平板上。激光头到地面的垂直距离，应在30050mm范围内。B、选择好需要标定的采集卡通道，对双激光来说，需要标定0、1、2、3共四个通道。首先选择0通道，点击采集零值按钮进行零值的采集，多采集几次，观察采集的数值，数值稳定后即可。C、将50mm的标准标定块放置到标定平板上，要使激光束投射到此标定块上， 点击采集终值按钮进行终值的采集，操作同上，等待数值稳定后即可。每采集一次终值，在比例系数中会计算出当前最新的比例系数，而在距离校验中会显示用上次保存过的比例系数计算出来的标定块的高度。D、如果校验出的高度值在误差允许的范围内（0.5mm），则上次保存的比例系数可继续使用，否则需要保存当前计算出的比例系数。点击保存结果即可保存当前最新计算出的比例系数。E、点击1通道，重复以上过程，从而计算出1通道的比例系数，左侧激光器信号标定完成。F、将标定板移至右侧激光器下重复上述操作，标定通道2、3。G、单击退出按钮退出标定对话框。7.2.2 加速度信号标定图4 加速度信号标定界面操作步骤如下：A、将车停在水平地面，然后调节激光器的支架，使激光器也处于一个水平位置，关闭主机上激光电源开关。B、选择需要标定的采集卡通道，双激光需要标定5、6通道。首先标定左侧激光器加速度信号，选择5通道，点击采集零值按钮进行零值的采集，并多次采集，观察采集的数值，数值稳定后即可。C、将激光器反转180度（即激光器底部朝上），调节支架，使激光器任处于水平位置。然后点击采集终值按钮进行终值的采集，操作同上，等待数值稳定后即可。每采集一次终值，在比例系数中会计算出当前最新的比例系数，而在距离校验中会显示用上次保存过的比例系数计算出来的加速度校验值。这个值正确的时候应改在2左右。D、如果校验出的高度值在误差允许的范围内，则上次保存的比例系数可继续使用，否则需要保存当前计算出的比例系数。点击保存结果即可保存当前最新计算出的比例系数。E、更换到右侧激光器，标定6通道，步骤同上。F、单击退出按钮退出标定对话框。7.2.3 距离系数标定图5 距离系数标定界面操作步骤如下：A、选择坡度变化小的平坦直线路段，用尺子量出至少300m的直线距离，标出起点终点和行驶轨迹。B、在测试距离一栏中输入要标定的距离，将测试车的前轮对准起点线，按下开始按钮，车辆沿着路段轨迹直线行驶，避免突然加速或减速。C.、接近终点时，减速停车，确保测试车的前轮对准终点线，按下停止按钮，停止距离脉冲的采集。D、重复此过程，确保距离校验的偏差在0.1%内，按下存盘按钮，保存距离系数，按下退出按钮，退出距离标定程序，结束距离标定过程。7.3 数据采集7.3.1 准备采集测试之前需要对测试系统各部分进行详细的检查。A. 装载车的轮胎气压应符合该车型的规定值，车胎应清洁，不得粘附杂物，车上人数及载重应与标定时一致，汽车底盘的悬挂机构性能完好，各部螺丝不松动，车辆行驶平顺，动平衡性能良好。B. 连接上下位机的电源及通信线缆，打开下位机开关，检查激光发射器中是否有激光射出 (禁止用眼睛直视激光发射器！) ，调整支架， 使激光器处于一个水平位置。7.3.2 实际数据采集A、进入数据采集主程序，在菜单中的系统参数设置一栏里根据数据采集的需求设置好各项参数并点击确定保存。B、设置参数完毕后，点击右上角的圆形按钮，打开平整度及构造深度测试开关，并点击准备采集按钮进行数据的预采集，此时司机开动测试车向被测路段驶去，到达测试起点前车速必须大于20km/h，此时程序应该显示出行驶的车速和距离；到达测试起点时，按下开始采集按钮，计算机即开始正式采集并保存数据，屏幕上显示测试速度和距离，同时以数值和图形两种方式输出平整度指数和构造深度值。C、在测试过程中，司机要尽量保持平稳的测试速度，操作员则注意观察数据采集状况以及测试路面状况，当测试桩号与实际桩号不相符，则在桩号修正一栏里面填入正确的桩号，填完后点击修正桩号按钮；当测试数据异常或需要取消当前测试数据，则点击增加错误标记按钮，状态栏将显示“无效数据”信息，同时在数据存储文件中会将该段数据加上标记“”，再次按下该按钮，可恢复正常测试。7.3.3 结束数据采集测试完毕后，按下停止采集按钮停止数据采集，按下退出按钮，退出车辙数据采集程序，关闭上下位机电源，结束数据采集过程八、系统维护双激光道路断面测试系统装载车部分的保养维修应按该车型汽车的规定进行，本处从略。在此仅简要介绍一下测试仪器部分的保养：1双激光道路断面测试系统中激光头为重要部件，要注意保护。平时多清理激光器底部出光口，避免异物或泥土遮挡光路。2电缆线及插座插头应注意保护，避免磨损或被重物碰击断裂，如有损坏应及时处理或更