8 Метод измерения неровностей покрытия с помощью профилометров.

Профилометр — прибор, позволяющий получать ряд значений относительных отметок по четко определенному направлению пути фактического дорожного профиля.

Работа профилометра включает определение трех величин: относительного уровня отметок, вертикального расположения отметок по отношению к данному уровню, продольного расстояния.

К высокоскоростным приборам, позволяющим непосредственно измерять микропрофиль поверхности покрытия, относятся профилографы и профилометры. Данные приборы монтируются на транспортное средство или буксируемый прицеп. Получаемая таким образом измерительная установка может оснащаться лазерными, оптическими, ультразвуковыми бесконтактными датчиками вместе с акселерометрами и гироскопами, а также датчиками, как правило, угловых перемещений и др.

.

Гироско́п — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат, как правило, основанное на законе сохранения вращательного момента

Рис. 2.9. Инерционный профилометр:

1 — уровень инерционного продольного профиля;

2 — относительное превышение уровня (лазерный, оптический или ультразвуковой датчик); 3 — акселерометр;

4 — датчик скорости транспортного средства

Обработка данных производится согласно алгоритмам преобразования ускорения по отношению к инерционному уровню, который определяется как мгновенное превышение акселерометра в базовом транспортном средстве. Превышение относительно уровня поверхности покрытия — это расстояние между акселерометром, находящимся в транспортном средстве, и поверхностью покрытия непосредственно под акселерометром. Данное превышение измеряется бесконтактным датчиком, таким как лазер, ультразвуковой или оптический датчик. Пройденное расстояние измеряется датчиком пути, установленным в транспортное средство.

К недостаткам оптических и ультразвуковых датчиков, как показывают исследования, можно отнести невысокую точность, большой разброс данных, низкую скорость измерения по сравнению с лазерными датчиками, которые, однако, отличаются значительно более высокой стоимостью.

Лазерный профилометр «Профилограф» представляет собой передвижную лабораторию для измерения профиля дорожного покрытия. Разработан датской компанией для непрерывного обследования до 400 км одной полосы профильных характеристик автомобильных дорог (продольной, поперечной ровности и геометрических параметров) и макротекстуры автомобильных дорог.

Установка смонтирована на микроавтобусе в виде поперечной балки, оснащенной 15 лазерами для измерения профилей и одним лазером для измерения макротекстуры (шероховатости) поверхности, устанавливаемым вдоль левой или правой полосы наката. Расстояние между балкой и поверхностью дороги (рис. 2.10) измеряется лазерами, положение балки в пространстве определяется при помощи двух оптических гироскопов, динамика изменения местоположения балки (ускорения) — трех акселерометров. Установка оснащена компьютером для записи, обработки и хранения результатов измерений. Макротекстура определяется отдельно от профильных измерений.

Рис. 2.10. Схема работы лазерного датчика профилографа:

1 — полупроводниковый лазер и оптические устройства;

2 — расстояние до поверхности измеряемого покрытия;

3 — диапазон измерений;

4 — приемные оптические устройства;

5 — позиционно-чувствительный фотодетектор

Основным измерительным органом в установке «Профилограф» являются лазерные датчики. При движении автомобиля луч света полупроводникового лазерного диода с частотой 16 кГц падает на поверхности покрытия. Детектор, установленный в корпусе датчика, определяет профиль поверхности покрытия, т.е. ее отклонение от условного среднего уровня, преобразуя полученное значение, в электрический сигнал, на основании которого электронные устройства могут вычислить фактическое расстояние до объекта измерения.

Конструкция лазерного датчика позволяет производить измерения по высоте от его нижней грани на среднее расстояние 300 мм в диапазоне ±100 мм. Разрешение лазерных датчиков при измерении составляет 0,1 мм. Измерения, как правило, выполняются через каждые 10 см пути движения установки. Все сигналы передаются в цифровой форме.

По результатам измерений на участок протяженностью 1м, 10 м, 100 м, 1000 м вычисляют:

□ вертикальные кривые и средний нескорректированный уклон;

□ горизонтальные кривые;

□ глубины левой и правой колей;

□ поперечный профиль по пятнадцати лазерам в условных отметках;

□ колейность;

□ продольную ровность по любому лазеру или комбинации лазеров;

□ длину волны продольного профиля в пределах 1,3...200 м;

□ ровность по 5-метровой рейке (Виаграф);

□ макротекстуры по песчаному пятну и среднюю глубину профиля макротекстуры.

Лазерный профилометр ЛГС (лазерно-гироскопическая система) разработан во ФГУП «СоюздорНИИ» (Россия). Позволяет производить продольные и поперечные (до 2,4 м) измерения ровности.

ЛГС оборудована шестью лазерами, двумя гироскопами и акселерометром, дает возможность выполнять измерения со скоростью до 100 км/ч.

Использование данных многолетних наблюдений по ровности для сети дорог позволяет прогнозировать изменение транспортно-эксплуатационного состояния. Следовательно, измерения ровности должны производиться на значительной части дорожной сети ежегодно. Современные системы сбора данных и компьютерное обеспечение позволяют обрабатывать и хранить большое количество измеренных данных. Немаловажным является и то, что измерения ровности можно вы поднять со скоростью транспортного потока, не нарушая его установившегося режима, которое ранее могло быть вызвано движением измерительной установки с малой или постоянной скоростью измерения.