专利名称：：一种车载式道路纵断面测量方法及其测量系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种路面测量方法，特别是关于一种用于非接触式高速路面纵断面形状测量的车载式道路纵断面测量方法及其测量系统。
背景技术：
：车载式路面纵断面形状测量系统，该系统主要由加速度计和激光位移传感器组成，其中激光位移传感器用于测量检测梁到路面的精确距离，加速度计则用于测量检测梁的纵向加速度信号，并对其进行二次积分后得到检测梁本身的纵向位移，将这两个位移叠加后，最终得到路面纵断面的形状。如图1所示，图中A为检测梁，B为被测道路基线。路型的测量基于加速度计换算的纵向位移z2(t)与由激光传感器测量的相对距离z4(t)，联合得到。即A(t)=Z「Z。—z3(t)=Z「Z。-[z4(t)-z2(t)](1)其中&和Z2为常量，不会影响测得的路型；z4(t)为x里程处检测梁上激光传感器检测到的梁与路面的距离，为已知量；^(t)为x里程处检测梁相对于开始点的纵向位移，可以根据检测梁上的加速度传感器数据换算得到；A(t)为被测路面的真实起伏情况。因此只需根据加速度计的输出，解算出任一个里程处的检测梁的纵向位移zjt)，就可以得到需要的被测路面的真实起伏情况A(t)，从而计算出路面形状。加速度计的选型非常重要，目前广泛使用的加速度计主要包括压电式加速度计、电容式加速度计、ICP加速度计等，每种加速度计都有自己的特性和适用的场合，其频响范围也不尽相同。应用于道路检测的加速度计主要用于测量检测梁的振动，该振动既有由于车自身的颠簸而引起的，也有因为道路起伏而叠加到检测梁上去的，根据实际经验看来，既有高频率小振幅的振动，也有低频率大振幅的起伏，其频率范围为0HzlKHz。因此，要全面而准确地计算出检测梁的纵向位移z2(t)，首先必须对加速度计的选取进行选择。目前的路面测量产品中仅使用一个加速度计测量该振动，而一个加速度计往往只对一种频率范围内的加速度信息测量比较准确，无法覆盖0lKHz的所有频率区间，因此存在加速度测量不准的问题，从而无法准确得到路面的真实起伏。
发明内容针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量准确、精度较高且采用不同类型加速度计与激光位移传感器配合的车载式道路纵断面测量方法及其测量系统。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种车载式道路纵断面测量方法，利用一石英加速度计、一陶瓷剪切压电式加速度计和一激光位移传感器这三个传感器进行测量，其步骤如下(l)对两个加速度计和激光位移传感器进行标定，将得到传感器与实际测量值之间的比例参数输入到车载式计算机的数据处理程序中；(2)对三个传感器测量到的数据信号进行采集，当系统开始工作时，由车载式计算机内的控制模块开启三个传感器对路面进行数据采集，采集到的数据信息输入车载式计算机中；(3)由车载式计算机对由数3据采集器输入的数据进行处理，通过车载式计算机内的软件处理模块将三个传感器所测量到的数据信息进行相互融合，形成路面纵断面的形状数据。所述激光位移传感器采用瑞士的SLS5000系列的型号为SLS5200/300的激光位移传感器。所述石英加速度计采用型号为SRJ-01的石英加速度计。所述陶瓷剪切压电式加速度计采用美国PCB公司生产的型号为352C33的ICP加速度计。—种实现上述车载式道路纵断面测量方法的测量系统，其特征在于它包括一个激光位移传感器、两个不同频率范围的加速度计、一个数据采集器和一个车载式计算机；所述激光位移传感器、两所述加速度计并联连接所述数据采集器的输入端，将同步测量到的检测梁相关数据由所述数据采集器进行采集，并将数据送入所述车载式计算机内。两所述加速度计分别为石英加速度计和陶瓷剪切压电式加速度计。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用两频响区域不同的加速度计与激光位移传感器配合，两个加速度计的频率响应范围加起来覆盖了从OHz到lKHz的全部频率空间，这样可以很好的完成对加速度计位移的还原。因此实现了对检测梁纵向位移的真实还原提供了基础数据，具有测量准确，不丢失信息的特点。2、本发明由于采用一个激光位移传感器与两个不同类型的加速度传感器对检测梁的位移与加速度信号进行同步采集，然后将加速度信号与激光位移信号输入到车载式计算机内，在车载式计算机中对采集到的信号进行处理，因此准确的得到了路面的纵断面形状。3、本发明由于采用两个加速度计，因此可以针对不同频率范围进行分析，当需要分析某一频率范围的路面情况时，可以根据需要选择不同的加速度传感器来进行信号分析。并且当其中一个加速度计因为各种原因出现问题后，可以直接使用另一个传感器的数据，而不至于无法进行数据分析。因此大大增加了系统的可靠性。本发明可以广泛应用于各种道路测量系统中。图1是现有技术中的路面测量系统示意图图2是本发明的测量系统结构示意图图3是本发明的石英加速度计的频响曲线示意图图4是本发明的陶瓷剪切压电式加速度计的频响曲线示意图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。本发明采用的两个加速度计分别为一石英加速度计和一ICP(陶瓷剪切压电式)加速度计，利用激光位移传感器、石英加速度计和ICP加速度计三个传感器进行测量，其步骤如下(1)首先对两个加速度计和激光位移传感器进行标定，标定的目的是为了得到传感器与实际测量值之间的比例参数，标定完成以后将得到的数据输入到车载式计算机内的数据处理程序中；(2)对三个传感器测量到的数据信号进行采集，当系统开始工作时，由车载式计算机内的控制模块开启三个传感器对路面进行数据采集，采集到的数据信息输入车载式计算机中，并以实时窗口方式在车载式计算机的屏幕上显示出相应图形；(3)由车载式计算机对由数据采集器输入的数据进行处理，通过车载式计算机内的软件处理模块将三个传感器所测量到的数据信息进行相互融合，形成路面纵断面的形状数据。如图2所示，本发明的测量系统包括一个激光位移传感器1、两个不同频率范围的石英加速度计2和ICP加速度计3、一个数据采集器4和一个车载式计算机5。激光位移传感器1、两加速度计2、3并联连接数据采集器4的输入端，将同步测量到的检测梁相关数据由数据采集器4进行采集，并将数据送入车载式计算机5内，由车载式计算机5内的软件处理模块对数据采集器4输入的数据进行解算处理。上述实施例中，车载式计算机5内的软件处理模块对数据解算处理后，可以得到不同频率范围内检测梁的纵向位移，根据现有道路纵断面测量计算公式(1)A(t)=Z「Z0-z3(t)二Z「Z。-[Z4(t)-Z2(t)]，可以得到路面的纵断面形状。式中，ZJPZ2为常量；z4(t)为x里程处检测梁上激光传感器检测到的梁与路面的距离，为已知量；^(t)为x里程处检测梁相对于开始点的纵向位移，可以根据检测梁上的加速度传感器数据换算得到；A(t)为被测路面的真实起伏。上述实施例中，本发明采用的激光位移传感器1为瑞士的SLS5000系列的型号为SLS5200/300的激光位移传感器，其相关测量参数如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>上述实施例中，本发明采用的石英加速度计2是型号为SRJ-01的石英加速度计，该石英加速度计是一种力平衡式传感器，根据惯性原理设计而成的精密仪表。它将输入加速度转换成其挠性摆片的微小位移，并用反馈力加以平衡。当加速度沿加速度计敏感轴方向作用时，惯性力使挠性杆支撑的检测质量偏离中心位置，信号传感器利用电容(感)的变化敏感加速度作用造成的位移变化，通过伺服电路将电容(感)的变化转化成施加在力矩器上的电流变化，通过测量力矩器上的电流，实现加速度的测量。SRJ-01石英加速度计的指标如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>如图3所示，根据SRJ-01石英加速度计的频率特性可以看出，其可以准确测量的频率范围为0200Hz，该石英挠性加速度计具有精度和灵敏度高、功耗小、热稳定性好、机械迟滞和弹性后效小、易于小型化等特点，在惯性导航系统、大地测量系统中有广泛的用途。这种加速度计的主要缺点是，不能承受太大的冲击振动，线性度频响范围较小，一般为0到几百KHz，但因为石英挠性加速度计采用差动电容结构，所以其灵敏度高、低频范围内的响应好，还能作静态测量使用。本测量仪器中使用的SRJ-01加速度计的分辨率可达到lug，在0200Hz频率范围内，准确度优于土2%。上述实施例中，本发明采用的ICP加速度计3是美国PCB公司生产的型号为352C33的ICP加速度计，该ICP加速度计是一种高分辨率普通陶瓷剪切压电式加速度传感器。也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如陶瓷的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。352C33加速度计的具体技术指标如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如图4所示，根据本发明使用的352C33型ICP加速度计的频响曲线可以看出，该ICP加速度计可以准确测量的频率范围为0.510KHz。综上所述，本发明采用两个频率范围不同的加速度计，有效地覆盖了0lKHz的所有频率区间，因此加速度可以准确的测量，进而准确得到路面的真实起伏情况。上述各实施例仅是本发明的优选实施方式，在本
技术领域：
内，凡是基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。权利要求一种车载式道路纵断面测量方法，利用一石英加速度计、一陶瓷剪切压电式加速度计和一激光位移传感器这三个传感器进行测量，其步骤如下(1)对两个加速度计和激光位移传感器进行标定，将得到传感器与实际测量值之间的比例参数输入到车载式计算机的数据处理程序中；(2)对三个传感器测量到的数据信号进行采集，当系统开始工作时，由车载式计算机内的控制模块开启三个传感器对路面进行数据采集，采集到的数据信息输入车载式计算机中；(3)由车载式计算机对由数据采集器输入的数据进行处理，通过车载式计算机内的软件处理模块将三个传感器所测量到的数据信息进行相互融合，形成路面纵断面的形状数据。2.如权利要求1所述的一种车载式道路纵断面测量方法，其特征在于所述激光位移传感器采用瑞士的SLS5000系列的型号为SLS5200/300的激光位移传感器。3.如权利要求1所述的一种车载式道路纵断面测量方法，其特征在于所述石英加速度计采用型号为SRJ-01的石英加速度计。4.如权利要求1所述的一种车载式道路纵断面测量方法，其特征在于所述陶瓷剪切压电式加速度计采用美国PCB公司生产的型号为352C33的ICP加速度计。5.—种如权利要求14所述车载式道路纵断面测量方法的测量系统，其特征在于它包括一个激光位移传感器、两个不同频率范围的加速度计、一个数据采集器和一个车载式计算机；所述激光位移传感器、两所述加速度计并联连接所述数据采集器的输入端，将同步测量到的检测梁相关数据由所述数据采集器进行采集，并将数据送入所述车载式计算机内。6.如权利要求5所述的车载式道路纵断面测量系统，其特征在于两所述加速度计分别为石英加速度计和陶瓷剪切压电式加速度计。全文摘要本发明涉及一种车载式道路纵断面测量方法及其测量系统，(1)对两个加速度计和激光位移传感器进行标定，得到传感器与实际测量值的比例参数输入到车载式计算机的数据处理程序中；(2)对三个传感器测量到的数据进行采集，由车载式计算机内的控制模块开启三个传感器对路面进行数据采集，采集到的数据信息输入车载式计算机中；(3)由车载式计算机对由数据采集器输入的数据进行处理，通过车载式计算机内的软件处理模块将三个传感器所测量到的数据信息进行相互融合，形成路面纵断面的形状数据。本发明采用两频响区域不同的加速度计与激光位移传感器配合，因此实现了对检测梁纵向位移的真实还原提供基础数据，具有测量准确，不丢失信息的特点。本发明可以广泛应用于各种道路测量系统中。文档编号G01C7/04GK101718546SQ20091024239公开日2010年6月2日申请日期2009年12月10日优先权日2009年12月10日发明者杨殿阁,连小珉,韩毅申请人:清华大学