落錘式彎沉儀
測試系統技術說明
概 述
落錘式彎沉儀測試系統（下面稱為系統）是一種新型的，目前正大力宣傳的產品，這種型號的設備至少已有三年以上的裝配、操作和維修經驗。廠家提供一份至少有20個不同客戶/公司全名、地址和電話號碼的參照表，以證明其質量可靠，設備完整而非樣機，并證實廠家具有提供符合其技術說明的FWD設備的能力。通過該參照表，用戶可以了解廠家所提供的所有零部件的詳細目錄，證實其良好的設備技術服務質量。無論是否在這里作特別說明，系統都包含所做廣告的全部標準設備，包括廠家的標準擔保合同。系統由一個機電液壓路面加載裝置和一個相應的電子包組成，電子包用來記錄系統施加的荷載和產生的彎沉，它包括一個硬件/軟件包，用于現場測試數據的自動記錄和初始數據的處理。下面分項進行說明。
細 則
拖車
1. 路面加荷裝置是一個裝配有落錘式彎沉儀的拖車，當在一般公路上被牽引高速行駛時，這套裝置的結構十分穩固耐用。拖車裝有慣性制動閘、手閘、減震器、鍍鋅防護板及尾燈（包括車牌燈）。
2. 不管是在交通行駛還是在測試模式下，拖車的最大尺寸，長×寬×高，不超過4.35×1.75×1.35米（171×69×53英寸）。拖車框架的前半部分可以轉動（可折疊），以便把拖車的最大長度減小至2.80米，這樣可以用小一些的飛機運送，可降低航空運費，并且在設備閑置時，可以減小貯存面積。
3. 路面加荷裝置和單軸拖車在最大落錘重量設定下（參看下面的第八部分）總重不超過1000 kg（2200 lbs），在基本的落錘重量設定下僅重700 kg（1550 lbs），串聯軸拖車（可選）比單軸拖車重不超過100 kg（220 lbs）。
4. 路面加荷裝置上所有的金屬部件，包括暴露的電線和液壓管路都是不銹鋼的，或者通過鍍鋅或先涂上高質量的底漆再涂高質量的瓷漆進行防蝕保護。
路面加荷/彎沉測試系統
5. 系統可以通過位于牽引車內部的自動控制裝置，在牽引位置自動降低和升高加載板/落錘/速度傳感器支架組件進行檢測。當降低加載板之后，自動控制裝置可以在提升加載板之前運行任何選定的測試序列，可以在任何連續高度或四個預選的高度組合下落錘達64次。另外系統還提供有手動控制裝置，以便使用戶手動控制執行測試序列的每一步。
6. 單塊落錘/緩沖器組件系統可進行裝配，對于任何落錘高度，都可以通過合理的緩沖器直接把落塊的全部能量傳給加載板，并獲得施加時間為25到30毫秒的荷載。加荷系統由液壓控制設計，這樣四種不同的質量組合都可以采用。在這四種不同的質量組合下，都產生一種近似半正弦波形的脈沖荷載，荷載持續時間為25到30毫秒，并且對于任何落高（所有的荷載），提升時間都為10～15毫秒。
7. 加荷系統可以施加峰值荷載幅值在7 kN到120 kN（1500 lbf到27000 lbf）范圍內的任何沖擊荷載（荷載持續時間為25到30毫秒）。
8. 落錘和緩沖器可以進行裝配，這樣落錘/緩沖器就可以在50 kg、150 kg、250 kg和300 kg落塊之間方便迅速的更換。緩沖器可根據相應的落錘重方便迅速地交換裝配，以便使加載時間維持在25～30毫秒。各種落錘和緩沖器的組合裝配下，重錘都可以從不同的高度釋放。對四種不同錘重設定下所產生的峰值荷載范圍如下表：
| 重錘質量 | 峰值荷載范圍 （加載時間為25-30毫秒） |
| 50 kg （110 lbm） 150 kg （330 lbm） 250 kg （550 lbm） 350 kg （770 lbm） | 7 kN – 21 kN （1,500 – 4,500 lbf） 16 kN – 52 kN （3,500 – 12,000 lbf） 27 kN – 85 kN （6,000 – 19,000 lbf） 40 kN – 120 kN （9,000 – 27,000lbf） |
9. 系統執行完整的典型測試序列如下，在牽引車內初始化自動執行序列，系統按該序列降低加載板/落錘/速度傳感器支架等組件到被測試的道路表面，重復進行3次80 kN （18000 lbf）荷載的測試（使用350 kg的落錘），然后提升組件到運輸鎖定位置。整個序列在35秒或更少的時間內就可完成,
10. 加荷的組件和落錘由液壓裝置驅動,其中液壓裝置由液壓泵（由高效的12V直流馬達驅動）提供壓力。在運輸狀態下，所有的油缸軸都處在它們最內部（關閉）位置以防止灰塵和腐蝕等。
11. 路面加荷裝置配有機械千斤頂設備，以備在緊急情況下（如電子液壓系統出現故障）將加載板、落錘和速度傳感器支架組件升離路面，從道路上撤離設備。
12. 可以提供兩種不同尺寸的加載板，一種直徑為300 mm，一種直徑為450 mm。
13. 系統有荷載傳感器，它能夠準確地測出垂直施加到加載板上的力，荷載傳感器的分辨率是1 kPa或更小（450 mm加載板的荷載傳感器分辨率是36 lbf）。荷載也可用壓力來表示，它是加載板尺寸的函數。
14. 每次測試，系統可提供至少9個獨立的電子組件彎沉測試儀，一起的還有9個獨立的彎沉測試通道，用來記錄數據。
彎沉傳感器是速度傳感器，這樣就可在速度參照系中通過簡單的積分得到彎沉的幅值，為使標定的準確性和穩定性達到最大，該積分和隨后的各種信號處理都是數字化進行，換言之，不采用電路來作積分或頻率響應補償，彎沉傳感器的緩沖輸出通過一個16位或更高精度的數模轉換電路來直接數字化。9個彎沉傳感器中的每一個在一毫秒之內都要采樣不少于10次。
傳感器中，有1個裝在加載板的中心以測試路表彎沉，其余的8個裝于升降架的不同位置，距加載板中心最大距離可以達到2.45米（8英尺）。
所有的彎沉傳感器支座都裝有彈簧，以確保彎沉傳感器和被測路面很好地接觸，彎沉傳感器可以很容易地支座上取下來進行交換和排除大的故障。彎沉傳感器可以經受一般的現場測試條件而不會破壞。
后部彎沉傳感器延伸桿和后部/橫向彎沉傳感器延伸桿（星形桿）是可選件，可以容納至少兩個彎沉傳感器（后部延伸桿只能容納兩個），距加載板距離至少可達450 mm（1.5英尺）。如采用后部/橫向彎沉傳感器延伸桿，可以在橫向加4個傳感器，300 mm（1英尺）寬（每邊兩個），后面再加兩個，且距加載板距離至少可達450 mm（1.5英尺）。
15. 測量和處理荷載和彎沉的電子裝置記錄峰值的相對精度可達1％±1，絕對精度可達2％±2（其中，荷載以壓強表示，單位是千牛／平方米（kPa）,彎沉的單位是微米（10－6米），測試與記錄同步進行）。彎沉的的讀數精度，用戶可選為1微米（0.00004英寸）或0.1微米，所測量的荷載和彎沉數據都可顯示出來以便比較（例如，檢驗設備的可重復性），且不會出現平均或半頻數據反�，F象。
16. 設備的精度穩定，不需要經常進行檢驗（不管測試現場的類型和彎沉傳感器距離等是否改變）。用戶對于具有質量保證的彎沉傳感器，可用相對動力現場標定的形式進行標定，過程是把最少9個彎沉傳感器放入一個機械筒狀設備內，從荷載到至少2.5米（8英尺）遠距離內任意位置處進行彎沉傳感器的相對標定檢驗，以確保在規定的容限內，不管彎沉值水平大還是小，距離荷載遠還是近，在實際的ＦＷＤ加荷條件下，所有的傳感器輸出數據相同。
絕對動力標定的程序和設備可以從廠家選購，系統用戶將另行付費，該程序利用系統在典型的道路路面，典型的加載序列下進行沖擊加載，然后從加載板邊緣到距離加載板2.5m范圍內所選取的任意位置，檢驗所有的彎沉傳感器，驗證其是否滿足第15部分所說的彎沉精度要求。
精度的穩定性如技術說明所述，與所測試的路面材料無關（如測試工作需從一種路面類型轉到另一種路面類型，不需再對彎沉傳感器的放大系數或別的物理修正系數進行調整，也不需重新對傳感器進行標定，即沒有位置依賴性），同時傳感器的精度也不隨傳感器到荷載中心距離的改變而受影響（即沒有距離依賴性）。
為了保證設備的穩定性，對傳感器進行不經常的檢驗標定也是必要的（如：半年一次，或為了研究最多一月一次），這不會妨礙正常的測試工作。
17. 系統提供的軟件包能夠生成和存儲荷載和彎沉時程的數字化記錄。測試時，用戶可以選擇繪制這些時程圖，對于10個通道（1個荷載傳感器通道加上9個彎沉傳感器通道），數據的采樣頻率最小為100 kHz，即每個通道每毫秒采10次樣，各次的采樣和各個樣本的值峰精度都相同。對所有的時程數據選擇“二進制壓縮”以減少10個通道的數據（60毫秒的采樣周期）到7 kB，這樣就可以減少傳輸和存儲數據所需的時間。此外，用戶還可以選擇繪制路表模量圖（由各個彎沉值計算得到）。
18. 所有的電子記錄設備和電子液壓加荷設備的電能可以只由牽引車內的90安培（最小要求）發電機提供的12V直流電供給，或者由牽引車驅動另外的一個50安培（最小要求）發電機供給，不管采用哪種方式，都必須向系統穩定地輸入10.5V到14.5V的直流電。
數據記錄系統
19. 系統包括一個便攜式或筆記本個人電腦以及所有必需的軟件，以便能由計算機鍵盤控制全部的測試操作。計算機包括顯示屏，適合現場測試數據采集的磁盤和硬拷貝的打印機輸出設備。這些設備用來記錄現場測試數據，鍵入測點識別信息、時間、路面狀況、輪徑、傳感器間距、加載板尺寸等。而且系統可監測所有的電子傳感器信號、液壓狀態傳感器信號、電壓以及整個系統的容許值范圍，計算機軟件系統在數據輸出和設備操作出現錯誤的情況下會自動地對設備操作者提出警告，同時會顯示出相應的故障排除方法�？梢赃x擇對輸出數據進行檢查，包括每次落錘的彎沉遞減檢查，彎沉超值檢查（超出彎沉傳感器的測量范圍），同一測點測試序列超出用戶所輸入荷載/彎沉變異百分率的檢查。
系統軟件基于OOP（面向對象程序），用戶界面為一系列采用下拉式菜單的窗口。
軟件能同時處理9個彎沉通道（可選擇到15個），采樣頻率為100 kHz（參看前面的第17部分）。采樣窗口的長度（即采樣周期）可由用戶在40毫秒到120毫秒之間控制。
軟件可以進行荷載傳感和彎沉傳感，并且可基于前面的幾錘來自動調整落錘高度以獲得設計的荷載（或彎沉）水平（包括在4個預設固定高度之間的任何高度）。
系統軟件能在模擬模式下運行（連接或不連接路面加荷設備都可以），可以模擬系統的全部功能，這個功能使得用戶可以在辦公室內，在個人計算機系統或其它的兼容微機上得到詳細的操作訓練和進行演示。
廠家提供可選的輔助傳感器（要另外付費），它們可自動添加到系統軟件/硬件中，這些傳感器包括一個最小的自動式空氣（環境）溫度傳感器和自動距離測量儀（DMI）—參看可選硬件部分。
軟件輸出的標準文件格式與可選的結構自動分析程序（廠家可提供，需另行付費）相容（即文件可直接被程序自動讀取，不要求手工輸入），這些程序可以在支持FWD系統的個人微機上操作運行。程序可以用FWD文件格式和用戶輸入的結構層厚度和交通量數據，評價地基的非線性反應，計算出可多達四層的路面各層模量（包括剛性路面和柔性路面），確定路面接縫傳荷效率，估計模量的季節性變化，預估路面未來的破損狀況，如用戶需要的話，可由用戶定義的材料破壞關系曲線及氣候變化情況，計算出路面的補強層厚度，還可以用FWD文件格式記錄的各測點彎沉盆數據進行其它路面力學方面的計算。程序計算速度非�？欤ㄓ嬎愀鳒y點模量的時間不超過1秒）。所有程序（FWD現場測試程序和附加分析程序）都有詳細的文檔說明。
20. 所提供的現場數據檢驗與編輯軟件與所選的個人計算機完全兼容，當重錘下落之前，系統會自動執行一次假測試，以確保荷載和彎沉信號處于零狀態，這樣環境噪聲或信號漂移在測試和采樣期間就不會超過預設水平。在采樣期，系統還會對每個傳感器的信號進一步進行檢查，采得一個正確的峰值。此外系統還對彎沉數據進行監測，在距荷載中心距離增加而出現彎沉值不遞減的情況時就會進行警告。
21. 系統裝有電子觸發器，可在落錘沖擊路面的初始時刻立即觸發傳感器設備，以確保系統按第15部分所說的精度正確地采集荷載和彎沉值。如果這些值在測試過程中出現錯誤（參看第19部分），這些錯誤就會出現在釋放重錘前的顯示或檢測后的打印文件（如以警告旗幟的形式）中。
22. 操作者在打�。ɑ蛟俅蛴。┖奢d峰值時，可選擇以加載板上作用力的形式或者壓強的形式，單位可以用公制也可用英制，即千牛（kN）和千牛每平方米（kN/m2=千帕，kPa）或磅（lbf）和磅每平方英寸（psi），彎沉單位可用微米也可用毫英寸（1英寸×10-3）。所有的荷載和彎沉數據可以用kN/m2和微米的單位存入磁盤或用磅力和毫英寸的單位存入磁盤.
另外，廠家提供一個軟件系統編輯器（“定制器” ，可選件），允許用戶編輯（實際）任何系統軟件“對象”并創建出一個新的系統軟件。窗口，文本，菜單，信號，數值變量等等，都可以作為“對象”，用“定制器”進行編輯，定制它們的外部特征等。“定制器”還能把“畫筆”PCX圖象文件加入到系統軟件中，它也能定制實際的數據采集格式，創建新的特殊數據文件格式。
可選硬件
23. 廠家以附加價格提供可選的傳感器設備/附件等硬件，可選件包括：
? 串聯軸拖車，在粗糙路面上可較平滑地行駛（但不便于從牽引車上脫掛）。
? 帶兩個彎沉傳感器支座的后部延伸桿，用來測量剛性路面（參看前面的第14條）。
? 用來測量剛性路面的帶有六個彎沉傳感器支座的“星形桿”�？梢酝瑫r很容易地檢測板角和連接（參看前面第14條）。
? 鉸接拖車（可折疊），可減小拖車的長度，為運輸（例如空運）和貯存考慮（參看前面的第2條）。
? 由液壓控制的自動交通鎖（每次升起加載板后將自動進行鎖定）。
? 分割式加載板—一個直徑為300 mm的分割并組裝起來的板，在有車轍的路面，選用它可以改善接觸性能。
? 監視系統—設計緊湊的耐風雨硬件，在用（可選件）后部延伸桿（參見前面的第12條）測量混凝土路面的連接時，可協助操作員進行測量，并監視設備操作。監視系統的監視器和攝像機具有很高的解像度，其設計和安裝具有很好的抗震能力。
? 自動距離測量儀（DMI）—該DMI測量的樁號結果通過一個安裝在儀表板上的外置式液晶顯示屏顯示，并集成到FWD計算機操作程序中，和其它FWD數據（彎沉、荷載、溫度、時間等）一起存入磁盤。距離測量儀（DMI）性能包括雙向（上行/下行）計量、顯示六位數字、記數保持、顯示保持、有多個測量單位供選擇，并且由一根長的電纜把顯示器安裝到牽引車的相應位置。
? 自動差動器GPS裝置，可確定絕對位置，精度為5米。
? 自動空氣溫度傳感器，直接把測試數據輸入現場測試程序。自動空氣溫度傳感器也可用來人工測量瀝青溫度。
? 自動非接觸紅外線溫度傳送器，僅用來監測和存儲路表溫度。
? 顧客定做的汽油驅動的供電裝置（12V直流，100A），用于設備單獨供電，它安裝在FWD/HWD 拖車上，如果系統采用指定的牽引車，對該裝置不作要求和推薦。
? 安裝在尾部，帶有兩個黃色警燈的可折疊警告信號裝置。
文檔說明
24. 廠家提供兩套完整的用戶和維修手冊，除了所選計算機和任何專有印刷線路板外，包括一整套所有設備的圖，零件的清單，以及電子和液壓系統的詳細概況示意圖。以便購買者對設備進行正確的操作和維修。
25. 當要更換部件時，所有的專有電子組件都可以立即從廠家購得，它們都很容易更換。
26. 前面部分所描述的系統在各方面都與技術說明條款相一致。
