公路工程中激光检测技术课件

第七章公路工程中激光检测技术

7.1激光检测概述与基本原理

我国近几十年来，研制与开发了一大批具有现代水平的激光测量仪器，如激光雷达、激光测速陀螺与激光测距仪等，对国家科学技术以及激光总体水平的提高起到了促进作用。然而，激光用于道路与交通检测技术方面，特别是在公路工程路基路面的质量与指标的检测技术上发展较为缓慢。

激光检测概述

激光检测概述激光检测基本原理用激光进行路基路面检测，目前只限于激光纹理测定、弯沉测定与平整度测定等领域。弯沉

柔性路面在荷载作用下会产生竖向变形，在荷载作用后变形会恢复，能够恢复的那部分变形量就是弯沉。它是直接反映路面强度的一个重要指标。如果弯沉值过大，其变形也就越大，路面各层也就容易破裂。弯沉值过大，其原因一般与路面各层的材料性质，厚度，整体性，压实度等有关，还与气候条件有关，雨季会偏大。 一般路基顶层弯沉值为300-400。路面面层为30-60。

第一类:激光衍射原理 激光在衍射时，屏幕上出现亮暗相间的条纹，而亮暗相干条纹又与狭缝宽窄有关，当狭缝变宽时，亮条或暗条增加，狭缝变窄时，亮条或暗条相应减少。这样，可根据亮条或暗条的数目来确定缝的宽狭，即可得到实际的弯沉位移变形大小。

第二类:光电转化原理

激光光强愈强——光能愈大——光电流愈强 用光电转化器将光能转换成电能（例如硅光电池），当激光光强发生变化时，光电流也随之发生变化。当事先做好光电流—位移变形标定线后，即可根据光电流的变化反算弯沉位移的变化量多少。

第三类:光时差原理激光能用反射时间差来记录所测量的极短长度。

激光检测基本原理7.2激光检测的主要仪器

由于采用贝克曼梁测定弯沉基本上是静态弯沉，与汽车荷载作用下的实际情况有所不同，而且整个过程为人工操作，速度慢、精度低，目前各国都正在对快速连续或动态测定进行研究；当前使用比较普遍的有激光弯沉仪及落锤式弯沉仪等。激光弯沉仪依靠光线作为臂长，可以射得很远，由于激光发射角窄，光点小而红亮，10m之远仍清晰可见，读数稳定，精度高，且操作简易。

国产5.4米贝克曼梁7.2激光检测的主要仪器贝克曼梁检测方法路面测点的回弹弯沉公式：LT----在路面温度T时的回弹弯沉值（0.01mm）L1----车轮中心临近弯沉仪侧头时百分表的最大读数（0.01mm）L2----汽车驶出弯沉影响半径后百分表的最终读数（0.01mm）7.2激光检测的主要仪器2．仪器工作基本原理光电流的增加或减少与硅光电池测头的变动距离有密切关系：路面回弹变形小落入小孔的激光量少光电流少；路面（或路基）回弹变形增大落入小孔且射到硅光电池上的激光量增加光电流大。因此，通过光电流的大小可以测出路面实际回弹变形（回弹弯沉）的数值，这就是利用激光—硅光电池原理测定路基路面回弹弯沉值的基本工作原理。1-激光器；2-激光束；3-进光小孔；4-硅光电池；5-测头稳块；6-电桥②硅光电池选择

硅光电池是激光弯沉仪的核心部件，在设计仪器时可根据变形量需要精心选择。

4．光电流温度修正一般，硅光电池的工作温度为30℃，当超过30℃时，光电流产生将要受到温度影响，而野外进行弯沉测定有时路面温度超过30℃，为此，需要对光电流进行温度影响修正。温度影响修正的速率以5℃间隔上升为宜，并在20℃～60℃范围内变化，且量取它们的变化值，即可得到光电流温度影响修正值曲线。5．光点的校正在激光器发射口套一个光罩，其上开一个方形口子，大小可以调节，使落在硅光电池上的光成为正方形光束。一般这种正方形光束的面积略大于硅光电池面积，在布局上左右两边对称，以利光束正常工作。二、激光路面平整度测定仪激光路面平整度测定仪是一种与路面无接触的测量仪器1．G型激光路面平整度测定仪构成与原理激光路面平整度测定仪二、激光路面平整度测定仪由后组发射的调制平行激光方形波束射到路面A点，被后组集光器的反射镜接收至硅光电池，产生光电流A1，在同样时间里，由前组发射的同样激光方形波束射到路面B点，产生光电流A2，通过仪器中的减法器得到前后两组装置所测光电流之差，即△A=︱A1-A2︱，由图看出，该△A正是由于路面高差△h引起，当光电流之差值由仪器中减法器给出，路面凹凸值随即得出。二、激光路面平整度测定仪附：公路工程中射线检测技术

第一节射线检测概述

射线是同位素或核子散发的一种无形的能束，而同位素中的某些元素所散发的能束，与土壤的密度与水分有着十分密切的关系，而且，具有十分明显的规律性，射线检测技术就是利用了某些同位素的这种特性。射线检测技术具有快速、无损（也可有损）、测法简单的独特优点，因而，国内外许多专家较早地设计了核子检测仪器，用于土壤密实度与土壤含水量的测定。我国于80年代初，开始研制土壤核子密实度检测仪，目前，在我国公路工程中已得到了较好的应用。

射线检测技术用于土壤密实度与含水量测定，一般归纳为四种结构类型，（1）散射插入型（2）透射插入型、（3）透射表面型（4）散射表面型。第二节射线检测基本原理及应用

射线法检测一般以路面与路基施工质量监测为多，而路基施工监测以0～30cm厚度为主要质量检测对象，因此，这里主要叙述散射表面式测定原理。一、密实度测量散射表面式密实度测量原理如图8-1b）所示：射线源发出的是特定的射线，因为这一种射线只与密实度发生关系，而与水分与土质基本无关。射线发射后，与物质的原子外围电子进行弹性碰撞而向四周散射，散射后的射线能量显著减小，而且方向改变，这就是著名的康普顿散射效应。物质密实度愈大，康普顿散射的机率也愈大，亦即物质所吸收的射线能量愈大。这样，通过测量射线散射前后的强度变化就能判断出被测物质的密度。二、含水量测量

从核子含水量测定原理可知，射线的特性基本上只与物质的密实度发生关系，而与物质中的含水量关系不大，显然，用射线测量物质（如土壤）的含水量就成为不可能。因而，专门研究了一种同位素，它能发射一种快中子射线（e0射线），用它撞击物质中水分的氢原子时，速度减