落錘式彎沉儀
測試系統(tǒng)技術(shù)說明
概 述
落錘式彎沉儀測試系統(tǒng)（下面稱為系統(tǒng)）是一種新型的，目前正大力宣傳的產(chǎn)品，這種型號的設(shè)備至少已有三年以上的裝配、操作和維修經(jīng)驗。廠家提供一份至少有20個不同客戶/公司全名、地址和電話號碼的參照表，以證明其質(zhì)量可靠，設(shè)備完整而非樣機(jī)，并證實廠家具有提供符合其技術(shù)說明的FWD設(shè)備的能力。通過該參照表，用戶可以了解廠家所提供的所有零部件的詳細(xì)目錄，證實其良好的設(shè)備技術(shù)服務(wù)質(zhì)量。無論是否在這里作特別說明，系統(tǒng)都包含所做廣告的全部標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，包括廠家的標(biāo)準(zhǔn)擔(dān)保合同。系統(tǒng)由一個機(jī)電液壓路面加載裝置和一個相應(yīng)的電子包組成，電子包用來記錄系統(tǒng)施加的荷載和產(chǎn)生的彎沉，它包括一個硬件/軟件包，用于現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)的自動記錄和初始數(shù)據(jù)的處理。下面分項進(jìn)行說明。
細(xì) 則
拖車
1. 路面加荷裝置是一個裝配有落錘式彎沉儀的拖車，當(dāng)在一般公路上被牽引高速行駛時，這套裝置的結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)固耐用。拖車裝有慣性制動閘、手閘、減震器、鍍鋅防護(hù)板及尾燈（包括車牌燈）。
2. 不管是在交通行駛還是在測試模式下，拖車的最大尺寸，長×寬×高，不超過4.35×1.75×1.35米（171×69×53英寸）。拖車框架的前半部分可以轉(zhuǎn)動（可折疊），以便把拖車的最大長度減小至2.80米，這樣可以用小一些的飛機(jī)運送，可降低航空運費，并且在設(shè)備閑置時，可以減小貯存面積。
3. 路面加荷裝置和單軸拖車在最大落錘重量設(shè)定下（參看下面的第八部分）總重不超過1000 kg（2200 lbs），在基本的落錘重量設(shè)定下僅重700 kg（1550 lbs），串聯(lián)軸拖車（可選）比單軸拖車重不超過100 kg（220 lbs）。
4. 路面加荷裝置上所有的金屬部件，包括暴露的電線和液壓管路都是不銹鋼的，或者通過鍍鋅或先涂上高質(zhì)量的底漆再涂高質(zhì)量的瓷漆進(jìn)行防蝕保護(hù)。
路面加荷/彎沉測試系統(tǒng)
5. 系統(tǒng)可以通過位于牽引車內(nèi)部的自動控制裝置，在牽引位置自動降低和升高加載板/落錘/速度傳感器支架組件進(jìn)行檢測。當(dāng)降低加載板之后，自動控制裝置可以在提升加載板之前運行任何選定的測試序列，可以在任何連續(xù)高度或四個預(yù)選的高度組合下落錘達(dá)64次。另外系統(tǒng)還提供有手動控制裝置，以便使用戶手動控制執(zhí)行測試序列的每一步。
6. 單塊落錘/緩沖器組件系統(tǒng)可進(jìn)行裝配，對于任何落錘高度，都可以通過合理的緩沖器直接把落塊的全部能量傳給加載板，并獲得施加時間為25到30毫秒的荷載。加荷系統(tǒng)由液壓控制設(shè)計，這樣四種不同的質(zhì)量組合都可以采用。在這四種不同的質(zhì)量組合下，都產(chǎn)生一種近似半正弦波形的脈沖荷載，荷載持續(xù)時間為25到30毫秒，并且對于任何落高（所有的荷載），提升時間都為10～15毫秒。
7. 加荷系統(tǒng)可以施加峰值荷載幅值在7 kN到120 kN（1500 lbf到27000 lbf）范圍內(nèi)的任何沖擊荷載（荷載持續(xù)時間為25到30毫秒）。
8. 落錘和緩沖器可以進(jìn)行裝配，這樣落錘/緩沖器就可以在50 kg、150 kg、250 kg和300 kg落塊之間方便迅速的更換。緩沖器可根據(jù)相應(yīng)的落錘重方便迅速地交換裝配，以便使加載時間維持在25～30毫秒。各種落錘和緩沖器的組合裝配下，重錘都可以從不同的高度釋放。對四種不同錘重設(shè)定下所產(chǎn)生的峰值荷載范圍如下表：
| 重錘質(zhì)量 | 峰值荷載范圍 （加載時間為25-30毫秒） |
| 50 kg （110 lbm） 150 kg （330 lbm） 250 kg （550 lbm） 350 kg （770 lbm） | 7 kN – 21 kN （1,500 – 4,500 lbf） 16 kN – 52 kN （3,500 – 12,000 lbf） 27 kN – 85 kN （6,000 – 19,000 lbf） 40 kN – 120 kN （9,000 – 27,000lbf） |
9. 系統(tǒng)執(zhí)行完整的典型測試序列如下，在牽引車內(nèi)初始化自動執(zhí)行序列，系統(tǒng)按該序列降低加載板/落錘/速度傳感器支架等組件到被測試的道路表面，重復(fù)進(jìn)行3次80 kN （18000 lbf）荷載的測試（使用350 kg的落錘），然后提升組件到運輸鎖定位置。整個序列在35秒或更少的時間內(nèi)就可完成,
10. 加荷的組件和落錘由液壓裝置驅(qū)動,其中液壓裝置由液壓泵（由高效的12V直流馬達(dá)驅(qū)動）提供壓力。在運輸狀態(tài)下，所有的油缸軸都處在它們最內(nèi)部（關(guān)閉）位置以防止灰塵和腐蝕等。
11. 路面加荷裝置配有機(jī)械千斤頂設(shè)備，以備在緊急情況下（如電子液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障）將加載板、落錘和速度傳感器支架組件升離路面，從道路上撤離設(shè)備。
12. 可以提供兩種不同尺寸的加載板，一種直徑為300 mm，一種直徑為450 mm。
13. 系統(tǒng)有荷載傳感器，它能夠準(zhǔn)確地測出垂直施加到加載板上的力，荷載傳感器的分辨率是1 kPa或更小（450 mm加載板的荷載傳感器分辨率是36 lbf）。荷載也可用壓力來表示，它是加載板尺寸的函數(shù)。
14. 每次測試，系統(tǒng)可提供至少9個獨立的電子組件彎沉測試儀，一起的還有9個獨立的彎沉測試通道，用來記錄數(shù)據(jù)。
彎沉傳感器是速度傳感器，這樣就可在速度參照系中通過簡單的積分得到彎沉的幅值，為使標(biāo)定的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性達(dá)到最大，該積分和隨后的各種信號處理都是數(shù)字化進(jìn)行，換言之，不采用電路來作積分或頻率響應(yīng)補償，彎沉傳感器的緩沖輸出通過一個16位或更高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路來直接數(shù)字化。9個彎沉傳感器中的每一個在一毫秒之內(nèi)都要采樣不少于10次。
傳感器中，有1個裝在加載板的中心以測試路表彎沉，其余的8個裝于升降架的不同位置，距加載板中心最大距離可以達(dá)到2.45米（8英尺）。
所有的彎沉傳感器支座都裝有彈簧，以確保彎沉傳感器和被測路面很好地接觸，彎沉傳感器可以很容易地支座上取下來進(jìn)行交換和排除大的故障。彎沉傳感器可以經(jīng)受一般的現(xiàn)場測試條件而不會破壞。
后部彎沉傳感器延伸桿和后部/橫向彎沉傳感器延伸桿（星形桿）是可選件，可以容納至少兩個彎沉傳感器（后部延伸桿只能容納兩個），距加載板距離至少可達(dá)450 mm（1.5英尺）。如采用后部/橫向彎沉傳感器延伸桿，可以在橫向加4個傳感器，300 mm（1英尺）寬（每邊兩個），后面再加兩個，且距加載板距離至少可達(dá)450 mm（1.5英尺）。
15. 測量和處理荷載和彎沉的電子裝置記錄峰值的相對精度可達(dá)1％±1，絕對精度可達(dá)2％±2（其中，荷載以壓強表示，單位是千牛／平方米（kPa）,彎沉的單位是微米（10－6米），測試與記錄同步進(jìn)行）。彎沉的的讀數(shù)精度，用戶可選為1微米（0.00004英寸）或0.1微米，所測量的荷載和彎沉數(shù)據(jù)都可顯示出來以便比較（例如，檢驗設(shè)備的可重復(fù)性），且不會出現(xiàn)平均或半頻數(shù)據(jù)反常現(xiàn)象。
16. 設(shè)備的精度穩(wěn)定，不需要經(jīng)常進(jìn)行檢驗（不管測試現(xiàn)場的類型和彎沉傳感器距離等是否改變）。用戶對于具有質(zhì)量保證的彎沉傳感器，可用相對動力現(xiàn)場標(biāo)定的形式進(jìn)行標(biāo)定，過程是把最少9個彎沉傳感器放入一個機(jī)械筒狀設(shè)備內(nèi)，從荷載到至少2.5米（8英尺）遠(yuǎn)距離內(nèi)任意位置處進(jìn)行彎沉傳感器的相對標(biāo)定檢驗，以確保在規(guī)定的容限內(nèi)，不管彎沉值水平大還是小，距離荷載遠(yuǎn)還是近，在實際的ＦＷＤ加荷條件下，所有的傳感器輸出數(shù)據(jù)相同。
絕對動力標(biāo)定的程序和設(shè)備可以從廠家選購，系統(tǒng)用戶將另行付費，該程序利用系統(tǒng)在典型的道路路面，典型的加載序列下進(jìn)行沖擊加載，然后從加載板邊緣到距離加載板2.5m范圍內(nèi)所選取的任意位置，檢驗所有的彎沉傳感器，驗證其是否滿足第15部分所說的彎沉精度要求。
精度的穩(wěn)定性如技術(shù)說明所述，與所測試的路面材料無關(guān)（如測試工作需從一種路面類型轉(zhuǎn)到另一種路面類型，不需再對彎沉傳感器的放大系數(shù)或別的物理修正系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，也不需重新對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，即沒有位置依賴性），同時傳感器的精度也不隨傳感器到荷載中心距離的改變而受影響（即沒有距離依賴性）。
為了保證設(shè)備的穩(wěn)定性，對傳感器進(jìn)行不經(jīng)常的檢驗標(biāo)定也是必要的（如：半年一次，或為了研究最多一月一次），這不會妨礙正常的測試工作。
17. 系統(tǒng)提供的軟件包能夠生成和存儲荷載和彎沉?xí)r程的數(shù)字化記錄。測試時，用戶可以選擇繪制這些時程圖，對于10個通道（1個荷載傳感器通道加上9個彎沉傳感器通道），數(shù)據(jù)的采樣頻率最小為100 kHz，即每個通道每毫秒采10次樣，各次的采樣和各個樣本的值峰精度都相同。對所有的時程數(shù)據(jù)選擇“二進(jìn)制壓縮”以減少10個通道的數(shù)據(jù)（60毫秒的采樣周期）到7 kB，這樣就可以減少傳輸和存儲數(shù)據(jù)所需的時間。此外，用戶還可以選擇繪制路表模量圖（由各個彎沉值計算得到）。
18. 所有的電子記錄設(shè)備和電子液壓加荷設(shè)備的電能可以只由牽引車內(nèi)的90安培（最小要求）發(fā)電機(jī)提供的12V直流電供給，或者由牽引車驅(qū)動另外的一個50安培（最小要求）發(fā)電機(jī)供給，不管采用哪種方式，都必須向系統(tǒng)穩(wěn)定地輸入10.5V到14.5V的直流電。
數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)
19. 系統(tǒng)包括一個便攜式或筆記本個人電腦以及所有必需的軟件，以便能由計算機(jī)鍵盤控制全部的測試操作。計算機(jī)包括顯示屏，適合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)采集的磁盤和硬拷貝的打印機(jī)輸出設(shè)備。這些設(shè)備用來記錄現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，鍵入測點識別信息、時間、路面狀況、輪徑、傳感器間距、加載板尺寸等。而且系統(tǒng)可監(jiān)測所有的電子傳感器信號、液壓狀態(tài)傳感器信號、電壓以及整個系統(tǒng)的容許值范圍，計算機(jī)軟件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)輸出和設(shè)備操作出現(xiàn)錯誤的情況下會自動地對設(shè)備操作者提出警告，同時會顯示出相應(yīng)的故障排除方法。可以選擇對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，包括每次落錘的彎沉遞減檢查，彎沉超值檢查（超出彎沉傳感器的測量范圍），同一測點測試序列超出用戶所輸入荷載/彎沉變異百分率的檢查。
系統(tǒng)軟件基于OOP（面向?qū)ο蟪绦颍脩艚缑鏋橐幌盗胁捎孟吕讲藛蔚拇翱凇?/span>
軟件能同時處理9個彎沉通道（可選擇到15個），采樣頻率為100 kHz（參看前面的第17部分）。采樣窗口的長度（即采樣周期）可由用戶在40毫秒到120毫秒之間控制。
軟件可以進(jìn)行荷載傳感和彎沉傳感，并且可基于前面的幾錘來自動調(diào)整落錘高度以獲得設(shè)計的荷載（或彎沉）水平（包括在4個預(yù)設(shè)固定高度之間的任何高度）。
系統(tǒng)軟件能在模擬模式下運行（連接或不連接路面加荷設(shè)備都可以），可以模擬系統(tǒng)的全部功能，這個功能使得用戶可以在辦公室內(nèi)，在個人計算機(jī)系統(tǒng)或其它的兼容微機(jī)上得到詳細(xì)的操作訓(xùn)練和進(jìn)行演示。
廠家提供可選的輔助傳感器（要另外付費），它們可自動添加到系統(tǒng)軟件/硬件中，這些傳感器包括一個最小的自動式空氣（環(huán)境）溫度傳感器和自動距離測量儀（DMI）—參看可選硬件部分。
軟件輸出的標(biāo)準(zhǔn)文件格式與可選的結(jié)構(gòu)自動分析程序（廠家可提供，需另行付費）相容（即文件可直接被程序自動讀取，不要求手工輸入），這些程序可以在支持FWD系統(tǒng)的個人微機(jī)上操作運行。程序可以用FWD文件格式和用戶輸入的結(jié)構(gòu)層厚度和交通量數(shù)據(jù)，評價地基的非線性反應(yīng)，計算出可多達(dá)四層的路面各層模量（包括剛性路面和柔性路面），確定路面接縫傳荷效率，估計模量的季節(jié)性變化，預(yù)估路面未來的破損狀況，如用戶需要的話，可由用戶定義的材料破壞關(guān)系曲線及氣候變化情況，計算出路面的補強層厚度，還可以用FWD文件格式記錄的各測點彎沉盆數(shù)據(jù)進(jìn)行其它路面力學(xué)方面的計算。程序計算速度非�？欤ㄓ嬎愀鳒y點模量的時間不超過1秒）。所有程序（FWD現(xiàn)場測試程序和附加分析程序）都有詳細(xì)的文檔說明。
20. 所提供的現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢驗與編輯軟件與所選的個人計算機(jī)完全兼容，當(dāng)重錘下落之前，系統(tǒng)會自動執(zhí)行一次假測試，以確保荷載和彎沉信號處于零狀態(tài)，這樣環(huán)境噪聲或信號漂移在測試和采樣期間就不會超過預(yù)設(shè)水平。在采樣期，系統(tǒng)還會對每個傳感器的信號進(jìn)一步進(jìn)行檢查，采得一個正確的峰值。此外系統(tǒng)還對彎沉數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，在距荷載中心距離增加而出現(xiàn)彎沉值不遞減的情況時就會進(jìn)行警告。
21. 系統(tǒng)裝有電子觸發(fā)器，可在落錘沖擊路面的初始時刻立即觸發(fā)傳感器設(shè)備，以確保系統(tǒng)按第15部分所說的精度正確地采集荷載和彎沉值。如果這些值在測試過程中出現(xiàn)錯誤（參看第19部分），這些錯誤就會出現(xiàn)在釋放重錘前的顯示或檢測后的打印文件（如以警告旗幟的形式）中。
22. 操作者在打印（或再打�。┖奢d峰值時，可選擇以加載板上作用力的形式或者壓強的形式，單位可以用公制也可用英制，即千牛（kN）和千牛每平方米（kN/m2=千帕，kPa）或磅（lbf）和磅每平方英寸（psi），彎沉單位可用微米也可用毫英寸（1英寸×10-3）。所有的荷載和彎沉數(shù)據(jù)可以用kN/m2和微米的單位存入磁盤或用磅力和毫英寸的單位存入磁盤.
另外，廠家提供一個軟件系統(tǒng)編輯器（“定制器” ，可選件），允許用戶編輯（實際）任何系統(tǒng)軟件“對象”并創(chuàng)建出一個新的系統(tǒng)軟件。窗口，文本，菜單，信號，數(shù)值變量等等，都可以作為“對象”，用“定制器”進(jìn)行編輯，定制它們的外部特征等。“定制器”還能把“畫筆”PCX圖象文件加入到系統(tǒng)軟件中，它也能定制實際的數(shù)據(jù)采集格式，創(chuàng)建新的特殊數(shù)據(jù)文件格式。
可選硬件
23. 廠家以附加價格提供可選的傳感器設(shè)備/附件等硬件，可選件包括：
? 串聯(lián)軸拖車，在粗糙路面上可較平滑地行駛（但不便于從牽引車上脫掛）。
? 帶兩個彎沉傳感器支座的后部延伸桿，用來測量剛性路面（參看前面的第14條）。
? 用來測量剛性路面的帶有六個彎沉傳感器支座的“星形桿”�？梢酝瑫r很容易地檢測板角和連接（參看前面第14條）。
? 鉸接拖車（可折疊），可減小拖車的長度，為運輸（例如空運）和貯存考慮（參看前面的第2條）。
? 由液壓控制的自動交通鎖（每次升起加載板后將自動進(jìn)行鎖定）。
? 分割式加載板—一個直徑為300 mm的分割并組裝起來的板，在有車轍的路面，選用它可以改善接觸性能。
? 監(jiān)視系統(tǒng)—設(shè)計緊湊的耐風(fēng)雨硬件，在用（可選件）后部延伸桿（參見前面的第12條）測量混凝土路面的連接時，可協(xié)助操作員進(jìn)行測量，并監(jiān)視設(shè)備操作。監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視器和攝像機(jī)具有很高的解像度，其設(shè)計和安裝具有很好的抗震能力。
? 自動距離測量儀（DMI）—該DMI測量的樁號結(jié)果通過一個安裝在儀表板上的外置式液晶顯示屏顯示，并集成到FWD計算機(jī)操作程序中，和其它FWD數(shù)據(jù)（彎沉、荷載、溫度、時間等）一起存入磁盤。距離測量儀（DMI）性能包括雙向（上行/下行）計量、顯示六位數(shù)字、記數(shù)保持、顯示保持、有多個測量單位供選擇，并且由一根長的電纜把顯示器安裝到牽引車的相應(yīng)位置。
? 自動差動器GPS裝置，可確定絕對位置，精度為5米。
? 自動空氣溫度傳感器，直接把測試數(shù)據(jù)輸入現(xiàn)場測試程序。自動空氣溫度傳感器也可用來人工測量瀝青溫度。
? 自動非接觸紅外線溫度傳送器，僅用來監(jiān)測和存儲路表溫度。
? 顧客定做的汽油驅(qū)動的供電裝置（12V直流，100A），用于設(shè)備單獨供電，它安裝在FWD/HWD 拖車上，如果系統(tǒng)采用指定的牽引車，對該裝置不作要求和推薦。
? 安裝在尾部，帶有兩個黃色警燈的可折疊警告信號裝置。
文檔說明
24. 廠家提供兩套完整的用戶和維修手冊，除了所選計算機(jī)和任何專有印刷線路板外，包括一整套所有設(shè)備的圖，零件的清單，以及電子和液壓系統(tǒng)的詳細(xì)概況示意圖。以便購買者對設(shè)備進(jìn)行正確的操作和維修。
25. 當(dāng)要更換部件時，所有的專有電子組件都可以立即從廠家購得，它們都很容易更換。
26. 前面部分所描述的系統(tǒng)在各方面都與技術(shù)說明條款相一致。
