本发明专利技术公开了一种车载式高精度弯沉测量装置及其伺服控制系统，其中车载式高精度弯沉测量装置，包括承载体钢梁和若干多普勒激光传感器，且若干多普勒激光传感器均固定安装在承载体钢梁上，承载体钢梁通过被动震动控制系统放置在车厢地板上，并安装有主动震动控制系统，主动震动控制系统与工控机相连，承载体钢梁上安装有测量元件；伺服控制系统采用电流闭环、速度闭环、角速度稳定闭环和位置闭环这四个闭环的复合控制；其通过主动和被动震动控制系统，及时隔离车载体的扰动，实现了对路面弯沉进行高速、稳定并且精准的测量，并通过伺服控制系统，快速、准确的控制承载体钢梁的平稳，使得车载式高精度弯沉测量装置对路面弯沉的测量值更加精准。
【技术实现步骤摘要】
车载式高精度弯沉测量装置及其伺服控制系统
本专利技术涉及一种车载式弯沉测量装置，尤其涉及一种同时具有主动和被动震动控制系统的车载式高精度弯沉测量装置及其伺服控制系统。
技术介绍
弯沉是表征路基路面整体强度的参数，一般是指路基或路面表面在规定标准荷载作用下轮隙位置产生的总垂直变形(总弯沉)或垂直回弹变形值(回弹弯沉)，以0.01mm为单位，路面弯沉是表征路面结构强度的重要技术指标，是施工验收及路面评价和养护管理必须检测的重要项目。自从1951年，贝克曼为美国各州公路工作者西部协会(WASHO)在爱达荷州道路试验设计了一种结合千分表使用的梁臂式仪器贝克曼梁(BenkeLmanBeam)，测定路面在一定轮荷载作用下的弯沉(垂直位移)来表征路面强度的测试方法后，这种方法迅速在世界许多国家得到推广应用，成为路面强度测试的一种主要方法。随着电子及计算机技术的快速发展，到了20世纪70年代末，英法等国研制出了以拉克鲁瓦弯沉仪为代表的第二代激光自动弯沉仪有了较大的改进，这种设备以位移传感器自动测试弯沉信号，通过工业微机设置程序控制测量机构自动运作，消除了繁琐的人工操作，但是此类设备的测试速度一般较慢，最大的测试速度也只能达到3～4km/h。此类激光自动弯沉仪的基本测试原理是模仿了贝克曼梁的工作方式，只是采用位移传感器替换了百分表进行自动测量，同时改变了测臂的长度比例，通过工业微机固化程序控制测量机构自动运行，并将所测的弯沉值自动记录到微机中，消除了工作人员人工抬梁的繁琐工作量，极大的减轻了测试人员的劳动强度，保障了测试人员的人身安全，同时检测速度也相对人工贝克曼梁法有了一定的提高。我国虽然在弯沉检测技术方面起步较晚，但起点较高，通过设备引进，完成了技术的消化吸收，在国外自动弯沉仪的基础上设计并研发出来稳定性更好，测试精度更高，测试效率也有所提高的激光自动弯沉仪，目前此类设备的测试速度已经能提高至5～6km/h。此外还有一种落锤式自动弯沉仪(FWD)可以对路面弯沉进行检测，落锤式弯沉仪的工作原理是以冲击或震动方式对路面进行施加动力荷载的方法来获得路面弯沉值，它通过计算机控制下的液压系统提升并释放重锤，对路面施加一脉冲荷载，来模拟行车荷载对路面的作用。通过起落架上7～9个高频速度传感器测定距加载板不同距离处路面的弯沉。目前被世界各国广泛应用于动态弯沉检测和结构性能评价中，这种测试方法检测速度约为4～5km/h。现有的路面弯沉检测技术存在以下缺点：1)测试速度低，目前此类的设备的检测速度均较慢，最快的速度也不会超过7km/h，相对道路路面的其它主要技术指标如平整度、车辙、横向力系数等指标的检测速度(≥50Km/h)仍有较大差距；2)测试人员的人身安全性得不到有效保证。由于测试速度较慢，或是需要静态条件下测试，因此在高速公路上检测时，容易发生后车追尾，引发严重的交通事故；3)此类检测设备得到的弯沉值是在慢速或是静态条件下得到的，与实际道路行车过程中的车辆对路面的作用效果有一定差异；4)此类设备在检测时，需要占用道路资源或是封闭交通，影响了道路的正常使用，造成道路资源的浪费。为了解决上述路面弯沉检测装置存在的缺点，提出了一种车载式高精度弯沉测量装置，其通过将安装有多普勒激光传感器的承载体钢梁放置在检测车上，利用多普勒激光传感器对路面弯沉进行测量，同时利用车载式，提高了其检测的效率，从而解决了上述传统路面弯沉检测装置存在的问题。但随之而来的是：由于采用车载式，安装多普勒激光传感器的承载体钢梁由于受到车辆震动干扰而会导致激光传感器聚焦失效，要使得激光传感器应对准指定的弯沉盆，并且不受车辆震动的影响，承载体钢梁的稳定是保证精确测量的前提。目前，解决承载体钢梁震动控制措施一般分为两种：一种是被动震动控制系统，也就是弹性减震器。通常采用无源控制方法，包括隔震、吸震和耗能三大控制形式,采用直接减少、隔离、转移、消耗能量的方法达到减小结构震动的目的，但其往往存在控制效果较差,达不到减震隔震要求的缺点。尽管可以在承载体钢梁上采用陀螺仪监测，并在对弯沉计算时进行相关修正补偿，但其不易实现，同时测量结果也不精确。如中国专利文献CN102162217A公开一种激光动态弯沉测量车，其只加装了被动减震装置，并在承载体钢梁上设置了三个光纤陀螺仪，且三个光纤陀螺仪成空间正交布置，用于在对弯沉计算时进行相关修正补偿，但会使得其得出的计算值偏差更大。另一种是主动震动控制系统，主动震动控制就是有意产生可控次级力来消除多余的扰动力的震动控制方式,对机械系统附加动力减震器是常用的主动震动控制措施，通常采用测量传感器、控制器、作动执行器与机械结构为一体的方案。对于承载体钢梁仅采用主动控制系统时,需要很大的主动控制力,从而导致主动控制系统的造价提高,能耗较大，体积和重量也较大，不易实现。并且由于系统响应速度慢，无法解决系统的稳定性和精度之间的矛盾。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种车载式高精度弯沉测量装置及其伺服控制系统，其通过主动和被动震动控制系统，及时隔离车载体的扰动，实现了对路面弯沉进行高速、稳定并且精准的测量，并通过伺服控制系统，快速、准确的控制承载体钢梁的平稳，使得车载式高精度弯沉测量装置对路面弯沉的测量值更加精准。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种车载式高精度弯沉测量装置，包括承载体钢梁和若干多普勒激光传感器，所述若干多普勒激光传感器均固定安装在承载体钢梁上，所述承载体钢梁通过被动震动控制系统放置在车厢底板上，并安装有主动震动控制系统，所述主动震动控制系统与工控机相连，所述承载体钢梁上安装有测量元件。进一步的，所述被动震动控制系统包括若干对弹簧支撑杆和被动震动控制装置，所述每对弹簧支撑杆设置在承载体钢梁两侧，且其上端与承载体钢梁顶部连接固定，下端安装在两根平行的钢管上，所述两根钢管与车厢底板连接处均设置有被动震动控制装置。进一步的，所述主动震动控制系统包括两组主动震动控制装置，并分别设置在承载体钢梁两端，所述每组主动震动控制装置均包括门形钢梁架和伺服电机，所述门形钢梁架两侧底部焊接在两根平行的钢管上，所述门形钢梁架中部安装有伺服电机，且伺服电机下端与承载体钢梁顶部连接固定。进一步的，所述承载体钢梁上安装的测量元件包括加速度仪、光纤陀螺仪和激光测距仪。进一步的，所述承载体钢梁上固定安装有四个多普勒激光传感器，且其中三个多普勒激光传感器均布安装在承载体钢梁靠车厢底板后侧一端，作为测量多普勒激光传感器，另一个多普勒激光传感器安装在承载体钢梁的另一端，作为参考多普勒激光传感器。进一步的，所述弹簧支撑杆为五对，且每个弹簧支撑杆上端、下端均设置有球铰头，所述每对弹簧支撑杆上端通过长销轴与承载体钢梁顶部的耳座a相配合，将弹簧支撑杆上端与承载体钢梁顶部连接固定，下端通过短销轴和钢管顶部设置的耳座b相配合，将弹簧支撑杆下端与钢管顶部连接固定。进一步的，所述伺服电机与门形钢梁架连接处设置有弹簧隔震器，所述门形钢梁架一侧安装有三角形固定架，且在安装连接处设置有被动震动控制装置。进一步的，所述承载体钢梁采用不锈钢矩形钢梁。进一步的，所述被动震动控制装置为空气弹簧隔震器。本专利技术还提供一种伺服控制系统，该控制系统用于控制上述中所述的主动震动控制系统，包括工控机、运动控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种车载式高精度弯沉测量装置，包括承载体钢梁(1)和若干多普勒激光传感器(2)，所述若干多普勒激光传感器(2)均固定安装在承载体钢梁(1)上，其特征在于：所述承载体钢梁(1)通过被动震动控制系统放置在车厢底板(18)上，并安装有主动震动控制系统，所述主动震动控制系统与工控机(19)相连，所述承载体钢梁(1)上安装有测量元件；所述被动震动控制系统包括若干对弹簧支撑杆(3)和被动震动控制装置，每对所述弹簧支撑杆(3)设置在承载体钢梁(1)两侧，且其上端与承载体钢梁(1)顶部连接固定，下端安装在两根平行的钢管(4)上，所述两根钢管(4)与车厢底板(18)连接处均设置有被动震动控制装置，所述被动震动控制装置为空气弹簧隔震器(17)；所述主动震动控制系统包括两组主动震动控制装置，并分别设置在承载体钢梁(1)两端，每组所述主动震动控制装置均包括门形钢梁架(5)和伺服电机(6)，所述门形钢梁架(5)两侧底部焊接在两根平行的钢管(4)上，所述门形钢梁架(5)中部安装有伺服电机(6)，且伺服电机(6)下端与承载体钢梁(1)顶部连接固定。2.根据权利要求1所述的车载式高精度弯沉测量装置，其特征在于：所述承载体钢梁(1)上安装的测量元件包括加速度仪(7)、光纤陀螺仪(8)和激光测距仪(9)。3.根据权利要求1所述的车载式高精度弯沉测量装置，其特征在于：所述承载体钢梁(1)上固定安装有四个多普勒激光传感器(2)，且其中三个多普勒激光传感器(2)均布安装在承载体钢梁(1)靠车厢底板(18)后侧一端，作为测量多普勒激光传感器，另一个多普勒激光传感器(2)安装在承载体钢梁(1)的另一端，作为参考多普勒激光传感器。4.根据权利要求1所述的车载式高精度弯沉...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴智山，呼六福，侯君辉，孙成来，李孝兵，
申请(专利权)人：北京市路兴公路新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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