公路工程中激光檢測技術(shù)課件

第七章公路工程中激光檢測技術(shù)

7.1激光檢測概述與基本原理

我國近幾十年來，研制與開發(fā)了一大批具有現(xiàn)代水平的激光測量儀器，如激光雷達(dá)、激光測速陀螺與激光測距儀等，對國家科學(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)的檢測技術(shù)上發(fā)展較為緩慢。

激光檢測概述

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

柔性路面在荷載作用下會產(chǎn)生豎向變形，在荷載作用后變形會恢復(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)度的一個重要指標(biāo)。如果彎沉值過大，其變形也就越大，路面各層也就容易破裂。彎沉值過大，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，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，亮條或暗條增加，狹縫變窄時，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，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:光時差原理激光能用反射時間差來記錄所測量的極短長度。

激光檢測基本原理7.2激光檢測的主要儀器

由于采用貝克曼梁測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，而且整個過程為人工操作，速度慢、精度低，目前各國都正在對快速連續(xù)或動態(tài)測定進(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，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，且操作簡易。

國產(chǎn)5.4米貝克曼梁7.2激光檢測的主要儀器貝克曼梁檢測方法路面測點(diǎn)的回彈彎沉公式：LT----在路面溫度T時的回彈彎沉值（0.01mm）L1----車輪中心臨近彎沉儀側(cè)頭時百分表的最大讀數(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頭的變動距離有密切關(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，通過光電流的大小可以測出路面實(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30℃時，光電流產(chǎn)生將要受到溫度影響，而野外進(jìn)行彎沉測定有時路面溫度超過30℃，為此，需要對光電流進(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)射口套一個光罩，其上開一個方形口子，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稱，以利光束正常工作。二、激光路面平整度測定儀激光路面平整度測定儀是一種與路面無接觸的測量儀器1．G型激光路面平整度測定儀構(gòu)成與原理激光路面平整度測定儀二、激光路面平整度測定儀由后組發(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，通過儀器中的減法器得到前后兩組裝置所測光電流之差，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、激光路面平整度測定儀附：公路工程中射線檢測技術(shù)

第一節(jié)射線檢測概述

射線是同位素或核子散發(fā)的一種無形的能束，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，射線檢測技術(shù)就是利用了某些同位素的這種特性。射線檢測技術(shù)具有快速、無損（也可有損）、測法簡單的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而，國內(nèi)外許多專家較早地設(shè)計(jì)了核子檢測儀器，用于土壤密實(shí)度與土壤含水量的測定。我國于80年代初，開始研制土壤核子密實(shí)度檢測儀，目前，在我國公路工程中已得到了較好的應(yīng)用。

射線檢測技術(shù)用于土壤密實(shí)度與含水量測定，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)射線檢測基本原理及應(yīng)用

射線法檢測一般以路面與路基施工質(zhì)量監(jiān)測為多，而路基施工監(jiān)測以0～30cm厚度為主要質(zhì)量檢測對象，因此，這里主要敘述散射表面式測定原理。一、密實(shí)度測量散射表面式密實(shí)度測量原理如圖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，通過測量射線散射前后的強(qiáng)度變化就能判斷出被測物質(zhì)的密度。二、含水量測量

從核子含水量測定原理可知，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，速度減