基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定方法及系统

1.本发明涉及道面fwd/hwd测试设备中组件的标定，具体地指基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定方法及系统。


背景技术：

2.机场道面是直接支撑飞机起飞、着陆、滑行和停放的结构物，对飞机的地面运行安全和效率至关重要。因此，中国民用航空局《运输机场运行安全管理规定(ccar-140-r1)》明确要求：机场管理机构应当确保跑道、滑行道和机坪的道面始终处于适航状态；每年至少进行一次对飞行区状况的分析研究；至少每五年对跑道、滑行道和机坪道面状况进行一次综合评价；应当定期测试跑道摩擦系数(对跑道日航空器着陆架次大于210架次的，摩擦系数测试频率不少于每周一次)。
3.机场道面适航安全测试的三大核心内容包括结构性能、抗滑性能和平整度，对应的主流测试设备分别是落锤/重锤式弯沉仪(fwd/hwd)、跑道摩擦系数测试车、车载激光平整度仪等。但是，在道面测试中，道面测试设备存在以下问题：1、同类设备的技术性能不一，测试结果差异显著；2、同一台设备随着使用年限的增加自身性能逐渐衰变，导致测试结果前后不一致、时变性突出。以上存在问题的根源在于对相关测试设备缺乏必要的技术标定和数据校正。因此，如何对道面fwd/hwd测试设备的组件进行标定，对于机场道面适航安全测试具有重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定方法及系统，该标定方法能够对fwd/hwd测试设备的精准度进行标定，且适用性广。
5.实现本发明目的采用的技术方案是一种基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定方法，该方法包括：
6.对fwd/hwd测试设备中组件的标定：对组件中各传感器分别进行绝对标定和相对标定；
7.对fwd/hwd测试设备的整体标定：模拟fwd/hwd测试设备在多工况条件下的工作环境，对不同工作环境下的测试结果进行标定。
8.在上述技术方案中，所述绝对标定是检测各传感器的精准度；所述相对标定是根据测试数据序列中每组传感器的数据分布情况进行偏差和方差分析，检测是否存在异常的传感器。
9.在上述技术方案中，所述传感器包括弯沉传感器、荷载传感器、温度传感器、距离传感器。
10.在上述技术方案中，通过激光测振仪激光测振仪获取加载过程中弯沉传感器测试点位的弯沉值及波形曲线，对弯沉传感器的加速度二次积分来修正弯沉测量值。
11.在上述技术方案中，对用于fwd/hwd测试设备标定测试的道面板，通过调整结构厚度、矿料集配、基础填料类型变量，控制测试道面板的模量范围和分级，以适用于不同型号的fwd/hwd测试设备。
12.在上述技术方案中，所述整体标定具体包括控制测试道面板的结构参数和温湿度等环境参数。在标准工况条件下开展逐级多次加载试验，获取随荷载变化的传感器数据曲线，利用编制的计算软件拟合分析标定因子；调整工况条件，重复标定试验，实现多变量可调可控的fwd/hwd整体标定。
13.此外，本发明还提供一种基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定系统，该平台包括：
14.激光测振仪激光测振仪，获取加载过程中弯沉传感器测试点位的弯沉值及波形曲线；
15.振动传感器，用于实时监测激光测振仪激光测振仪的稳定性；
16.数据采集模块，用于采集组件中各传感器的数据、道面板和环境数据，以及采集所述激光测振仪激光测振仪和振动传感器的数据；
17.检测电脑，与所述数据采集模块连接，用于根据所采集的数据计算分析标定结果是否合格。
18.进一步地，标定平台的四周设置振动响应的柔性隔离带。
19.本发明具有以下优点：基于fwd/hwd测试设备的各组件标定，减少fwd/hwd整体标定的系统误差；基于非接触式弯沉真值获取技术，提高fwd/hwd整体标定的精准性；基于标准板结构变量控制技术，提高fwd/hwd整体标定的适用性。
附图说明
20.图1为本发明基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定方法的流程示意图。
21.图2为本发明基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定系统的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
23.如图1所示，本发明基于激光测振的落锤式弯沉仪整体标定方法包括以下步骤：
24.s1、对fwd/hwd测试设备中组件的标定：对组件中各传感器分别进行绝对标定和相对标定；其中，绝对标定是检测各传感器的精准度；所述相对标定是根据测试数据序列中每组传感器的数据分布情况进行偏差和方差分析，检测是否存在异常的传感器。所述传感器包括弯沉传感器、荷载传感器、温度传感器、距离传感器。通过激光测振仪激光测振仪获取加载过程中弯沉传感器测试点位的弯沉值及波形曲线，对弯沉传感器加速度的二次积分来修正弯沉测量值(实施时可使用速度进行一次积分)。本步骤中，基于fwd/hwd测试设备的各组件标定，减少fwd/hwd整体标定的系统误差；基于非接触式弯沉真值获取技术，提高fwd/hwd整体标定的精准性。
25.s2、对fwd/hwd测试设备的整体标定：模拟fwd/hwd测试设备在多工况条件下的工作环境，对不同工作环境下的测试结果进行标定。具体包括控制测试道面板的结构参数和温湿度等环境参数。在标准工况条件下开展逐级多次加载试验，获取随荷载变化的传感器
数据曲线，利用编制的计算软件拟合分析标定因子；调整工况条件，重复标定试验，实现多变量可调可控的fwd/hwd整体标定。
26.作为本发明的一种优选实施方案，还可以先使用标准的fwd/hwd测试设备在各种不同工况的环境进行标定，得到标准的标定值r0，r0＝z0·
t0·v0
，z0为道面板的结构参数，t0为环境参数，v0为传感器检测的数据，为了获得更多的样本，z0、t0、v0尽可能地选择更多的数据作为样本，以满足实际标定过程中可能出现的工况，最后将各种工况下得到的标定值制作成标准标定表。
27.当实际中进行标定时，获得实际的标定值r
x
，再从标准标定表中找出该工况下的标准标定值r0，最后计算r
x
与r0的相关系数：
[0028][0029]
如相关系数r在阈值范围内则标定合格，如超出阈值范围则标定不合格，阈值可以根据道面安全的要求计算而得。
[0030]
由于标准标定表中的工况与实际工况可能会存在较大差异，从而导致相关系数r出现较大误差。为了进一步提高标定的准确度，在标定时，可以让待测待标定的fwd/hwd测试设备与一台标准的fwd/hwd测试设备先后通过标定平台，将获得的r
x’与r0’
根据上式计算相关系数r’，最后计算r和r’的相似度，如两者相似度在规定的阈值范围内，则该设备的标定合格。
[0031]
本发明中，对用于fwd/hwd测试设备标定测试的道面板，通过调整结构厚度、矿料集配、基础填料类型变量，控制测试道面板的模量范围和分级，以适用于不同型号的fwd/hwd测试设备。
[0032]
本发明用于道面fwd/hwd测试设备的标定系统设于实际检测场地的截面示意图如图2所示，该标定系统包括：激光测振仪、振动传感器、数据集采模块和检测电脑，其中，激光测振仪用于获取加载过程中弯沉传感器测试点位的弯沉值及波形曲线；振动传感器用于实时监测激光测振仪的稳定性；数据采集模块用于采集组件中各传感器的数据、道面板和环境数据，以及采集所述激光测振仪和振动传感器的数据；检测电脑与数据采集模块连接，用于根据所采集的数据计算分析标定结果是否合格。
[0033]
本实施例通过用固定式悬臂梁挂载激光测振仪，此外在标定测试平台四周设置振动响应的柔性隔离带等，消除加载过程中标定测试平台的振动扩散；并通过振动传感器实时监测激光测振仪的稳定性。