公路工程中激光檢測(cè)技術(shù)課件

第七章公路工程中激光檢測(cè)技術(shù)

7.1激光檢測(cè)概述與基本原理

我國(guó)近幾十年來(lái)，研制與開發(fā)了一大批具有現(xiàn)代水平的激光測(cè)量?jī)x器，如激光雷達(dá)、激光測(cè)速陀螺與激光測(cè)距儀等，對(duì)國(guó)家科學(xué)技術(shù)以及激光總體水平的提高起到了促進(jìn)作用。然而，激光用于道路與交通檢測(cè)技術(shù)方面，特別是在公路工程路基路面的質(zhì)量與指標(biāo)的檢測(cè)技術(shù)上發(fā)展較為緩慢。

激光檢測(cè)概述

激光檢測(cè)概述激光檢測(cè)基本原理用激光進(jìn)行路基路面檢測(cè)，目前只限于激光紋理測(cè)定、彎沉測(cè)定與平整度測(cè)定等領(lǐng)域。彎沉

柔性路面在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生豎向變形，在荷載作用后變形會(huì)恢復(fù)，能夠恢復(fù)的那部分變形量就是彎沉。它是直接反映路面強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)。如果彎沉值過(guò)大，其變形也就越大，路面各層也就容易破裂。彎沉值過(guò)大，其原因一般與路面各層的材料性質(zhì)，厚度，整體性，壓實(shí)度等有關(guān)，還與氣候條件有關(guān)，雨季會(huì)偏大。 一般路基頂層彎沉值為300-400。路面面層為30-60。

第一類:激光衍射原理 激光在衍射時(shí)，屏幕上出現(xiàn)亮暗相間的條紋，而亮暗相干條紋又與狹縫寬窄有關(guān)，當(dāng)狹縫變寬時(shí)，亮條或暗條增加，狹縫變窄時(shí)，亮條或暗條相應(yīng)減少。這樣，可根據(jù)亮條或暗條的數(shù)目來(lái)確定縫的寬狹，即可得到實(shí)際的彎沉位移變形大小。

第二類:光電轉(zhuǎn)化原理

激光光強(qiáng)愈強(qiáng)——光能愈大——光電流愈強(qiáng) 用光電轉(zhuǎn)化器將光能轉(zhuǎn)換成電能（例如硅光電池），當(dāng)激光光強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)，光電流也隨之發(fā)生變化。當(dāng)事先做好光電流—位移變形標(biāo)定線后，即可根據(jù)光電流的變化反算彎沉位移的變化量多少。

第三類:光時(shí)差原理激光能用反射時(shí)間差來(lái)記錄所測(cè)量的極短長(zhǎng)度。

激光檢測(cè)基本原理7.2激光檢測(cè)的主要儀器

由于采用貝克曼梁測(cè)定彎沉基本上是靜態(tài)彎沉，與汽車荷載作用下的實(shí)際情況有所不同，而且整個(gè)過(guò)程為人工操作，速度慢、精度低，目前各國(guó)都正在對(duì)快速連續(xù)或動(dòng)態(tài)測(cè)定進(jìn)行研究；當(dāng)前使用比較普遍的有激光彎沉儀及落錘式彎沉儀等。激光彎沉儀依靠光線作為臂長(zhǎng)，可以射得很遠(yuǎn)，由于激光發(fā)射角窄，光點(diǎn)小而紅亮，10m之遠(yuǎn)仍清晰可見，讀數(shù)穩(wěn)定，精度高，且操作簡(jiǎn)易。

國(guó)產(chǎn)5.4米貝克曼梁7.2激光檢測(cè)的主要儀器貝克曼梁檢測(cè)方法路面測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉公式：LT----在路面溫度T時(shí)的回彈彎沉值（0.01mm）L1----車輪中心臨近彎沉儀側(cè)頭時(shí)百分表的最大讀數(shù)（0.01mm）L2----汽車駛出彎沉影響半徑后百分表的最終讀數(shù)（0.01mm）7.2激光檢測(cè)的主要儀器2．儀器工作基本原理光電流的增加或減少與硅光電池測(cè)頭的變動(dòng)距離有密切關(guān)系：路面回彈變形小落入小孔的激光量少光電流少；路面（或路基）回彈變形增大落入小孔且射到硅光電池上的激光量增加光電流大。因此，通過(guò)光電流的大小可以測(cè)出路面實(shí)際回彈變形（回彈彎沉）的數(shù)值，這就是利用激光—硅光電池原理測(cè)定路基路面回彈彎沉值的基本工作原理。1-激光器；2-激光束；3-進(jìn)光小孔；4-硅光電池；5-測(cè)頭穩(wěn)塊；6-電橋②硅光電池選擇

硅光電池是激光彎沉儀的核心部件，在設(shè)計(jì)儀器時(shí)可根據(jù)變形量需要精心選擇。

4．光電流溫度修正一般，硅光電池的工作溫度為30℃，當(dāng)超過(guò)30℃時(shí)，光電流產(chǎn)生將要受到溫度影響，而野外進(jìn)行彎沉測(cè)定有時(shí)路面溫度超過(guò)30℃，為此，需要對(duì)光電流進(jìn)行溫度影響修正。溫度影響修正的速率以5℃間隔上升為宜，并在20℃～60℃范圍內(nèi)變化，且量取它們的變化值，即可得到光電流溫度影響修正值曲線。5．光點(diǎn)的校正在激光器發(fā)射口套一個(gè)光罩，其上開一個(gè)方形口子，大小可以調(diào)節(jié)，使落在硅光電池上的光成為正方形光束。一般這種正方形光束的面積略大于硅光電池面積，在布局上左右兩邊對(duì)稱，以利光束正常工作。二、激光路面平整度測(cè)定儀激光路面平整度測(cè)定儀是一種與路面無(wú)接觸的測(cè)量?jī)x器1．G型激光路面平整度測(cè)定儀構(gòu)成與原理激光路面平整度測(cè)定儀二、激光路面平整度測(cè)定儀由后組發(fā)射的調(diào)制平行激光方形波束射到路面A點(diǎn)，被后組集光器的反射鏡接收至硅光電池，產(chǎn)生光電流A1，在同樣時(shí)間里，由前組發(fā)射的同樣激光方形波束射到路面B點(diǎn)，產(chǎn)生光電流A2，通過(guò)儀器中的減法器得到前后兩組裝置所測(cè)光電流之差，即△A=︱A1-A2︱，由圖看出，該△A正是由于路面高差△h引起，當(dāng)光電流之差值由儀器中減法器給出，路面凹凸值隨即得出。二、激光路面平整度測(cè)定儀附：公路工程中射線檢測(cè)技術(shù)

第一節(jié)射線檢測(cè)概述

射線是同位素或核子散發(fā)的一種無(wú)形的能束，而同位素中的某些元素所散發(fā)的能束，與土壤的密度與水分有著十分密切的關(guān)系，而且，具有十分明顯的規(guī)律性，射線檢測(cè)技術(shù)就是利用了某些同位素的這種特性。射線檢測(cè)技術(shù)具有快速、無(wú)損（也可有損）、測(cè)法簡(jiǎn)單的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而，國(guó)內(nèi)外許多專家較早地設(shè)計(jì)了核子檢測(cè)儀器，用于土壤密實(shí)度與土壤含水量的測(cè)定。我國(guó)于80年代初，開始研制土壤核子密實(shí)度檢測(cè)儀，目前，在我國(guó)公路工程中已得到了較好的應(yīng)用。

射線檢測(cè)技術(shù)用于土壤密實(shí)度與含水量測(cè)定，一般歸納為四種結(jié)構(gòu)類型，（1）散射插入型（2）透射插入型、（3）透射表面型（4）散射表面型。第二節(jié)射線檢測(cè)基本原理及應(yīng)用

射線法檢測(cè)一般以路面與路基施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)為多，而路基施工監(jiān)測(cè)以0～30cm厚度為主要質(zhì)量檢測(cè)對(duì)象，因此，這里主要敘述散射表面式測(cè)定原理。一、密實(shí)度測(cè)量散射表面式密實(shí)度測(cè)量原理如圖8-1b）所示：射線源發(fā)出的是特定的射線，因?yàn)檫@一種射線只與密實(shí)度發(fā)生關(guān)系，而與水分與土質(zhì)基本無(wú)關(guān)。射線發(fā)射后，與物質(zhì)的原子外圍電子進(jìn)行彈性碰撞而向四周散射，散射后的射線能量顯著減小，而且方向改變，這就是著名的康普頓散射效應(yīng)。物質(zhì)密實(shí)度愈大，康普頓散射的機(jī)率也愈大，亦即物質(zhì)所吸收的射線能量愈大。這樣，通過(guò)測(cè)量射線散射前后的強(qiáng)度變化就能判斷出被測(cè)物質(zhì)的密度。二、含水量測(cè)量

從核子含水量測(cè)定原理可知，射線的特性基本上只與物質(zhì)的密實(shí)度發(fā)生關(guān)系，而與物質(zhì)中的含水量關(guān)系不大，顯然，用射線測(cè)量物質(zhì)（如土壤）的含水量就成為不可能。因而，專門研究了一種同位素，它能發(fā)射一種快中子射線（e0射線），用它撞擊物質(zhì)中水分的氫原子時(shí)，速度減