設備的主要技術參數、功能和特點；

2.1.JSTRI-FWD-2000落錘式彎沉儀產品簡介

1）概述

JSTRI-FWD-2000型落錘式彎沉儀是由江蘇省交通科學研究院自主研制的用于路面結構強度檢測的自動彎沉測量系統，被列入江蘇省科學技術廳2003年度江蘇省科研院所技術開發專項，產品性能達到了水平，并獲得中國實用新型（ZL.4）。其通過液壓系統提升重錘至設定高度后，釋放重錘，重錘做自由落體運動，沖擊放置于被測路面上的承載板，使被測路面產生Y定的形變量，同時數據采集控制器采集與路面緊密接觸的彎沉傳感器測量的地面形變量以及荷載傳感器測量的沖擊力，系統還可以采集空氣溫度、被測路面溫度以及瀝青溫度，這些數據被記錄在數據采集分析處理軟件的數據庫中，并由該軟件進行后續的分析處理，系統可以記錄Z長達120ms的時程數據。利用汽車發動機和輔助的蓄電池給設備供電，保證設備的正常運行，無需使用外部電源對蓄電池充電。高靈敏度的DMI距離測量系統不僅能準確測量車輛行駛的距離，還可以換算出當前行車速度，它在車輛低速和高速行駛時都能工作，可以滿足設備在檢測過程中確定測點位置的需要。

2）系統特點

JSTRI-FWD-2000型落錘式彎沉儀是全自動的彎沉測量系統，其具有如下特點：

l 彎沉檢測精度高、速度快，達到了國J同類產品水平

性能穩定，彎沉和荷載測量重復性達到1.0 %。重錘提升高度由高精度的非接觸式距離傳感器實時采集，控制系統可根據用戶輸入的荷載和預先建立的數學模型自動地在0~400mm范圍內任意設置重錘提升高度，產生12~120kN的沖擊載荷，足以滿足用戶對大多數路面的彎沉檢測要求。

本產品每檢測一個點整個過程僅需27秒，工作效率高，已超過了國J上同類的產品。

l 配有自主研發的數據處理軟件，專業實用

專業化的數據分析軟件能夠實現彎沉數據歸一化處理、與貝克曼梁數據轉換系數計算、路基與路面彈性模量反算（多點式）、水泥路面接縫傳荷能力評價（多點式）等功能。

l 操作簡便，自動化程度高

“一鍵式”操作的設計理念使得整個操作過程在車內就能完成。系統工作的過程是自動的，用戶在工作時僅需通過便攜計算機的鍵盤或鼠標在即可完成對設備的全部操作，包括對承載板的安全鎖定。

l DMI距離檢測系統能夠自動記錄每個檢測點的位置，不需人工干預

系統搭載有準確的DMI距離傳感器，并由控制主機統一控制。通過放置在駕駛臺上的距離顯示器來顯示測點之間的距離和累計距離，并且對駕駛員提供聲音提示。距離顯示器和數據采集控制器之間采用無線通信。安裝在承載車輛輪胎上

的DMI傳感器隨輪胎每旋轉一周可至少產生多個輪脈沖，定位精度可以準確到厘米，該距離傳感器已經升級為內置式安裝方式，相比外置式更安全、更可靠。

l 系統具有故障自診斷能力，維修方便

數據采集控制器每一次啟動時都要進行系統自檢，自檢內容包括CPU、RAM、AD參考電壓、以及USB通信；在系統工作時若出現故障，數據采集控制器會根據安裝在落錘系統上的各傳感器狀態判斷故障可能存在的部位，并提交給操作用便攜式計算機，數據采集軟件則以對話框的方式將其顯示在計算機的屏幕上，供操作人員參考。

系統自診斷功能

l 系統設有安全自鎖功能，確保了產品在車輛高速行駛時的安全

本系統特別設計了安全聯鎖機構、機械鎖止機構，在不符合測試條件時，實現對機械系統的自動鎖定，有效防止了產品在車輛高速行駛、以及人員誤操作造成的產品損壞。

l 擁有國內一套按M國標準構建的落錘式彎沉儀J對標定系統，確保產品檢測數據的準確性與重復性

落錘式彎沉儀中的彎沉傳感器及荷載傳感器，由于自身設計原理的原因，隨著使用時間的增加，以及使用環境的影響，如溫度變化、車輛振動等，它們的標定參數會發生漂移，結果將導致檢測數據不準。如果不及時進行重新校準，檢測數據的準確性將得不到保障，直接影響檢測工作的公正性。

在M國，政府共建有4個落錘式彎沉儀J對標定檢定站，每年強制對在用的落錘式彎沉儀進行標定，目的就是為了確保落錘式彎沉儀檢測數據的正確性，沒有通過檢測標定的落錘式彎沉儀將不能使用。

目前國內對落錘式彎沉儀J對標定的重要性尚認識不足，包括國外的落錘式彎沉儀生產廠商在國內都沒有配備J對標定系統，可以說我公司在國內開了落錘式彎沉儀J對標定的先河。

我公司在參考歐共體及M國落錘式彎沉儀標定技術標準的基礎上，在M國學者陳大豪博士的指導下自主開發出了一套落錘式彎沉儀J對標定系統，并已投入使用。J標定系統的使用有力地保證了我公司產品的質量，尤其為所售產品使用中的檢測數據正確性，提供了技術保障。

3)系統功能及性能指標

3.1系統功能

3.2主要性能指標

1、單點定位功能：測量點包含GPS坐標信息

2、落錘錘擊位置視頻監控功能                 

3、每點測試時間（s）—— ＜28                             

4、彎沉傳感器類型 ——地震波檢波器（符合規范要求速度傳感器）                   

5、彎沉傳感器個數 —— 1（可擴展至7只）                          

6、彎沉量程（um）——≥±2500 （可擴展至3500um）                         

7、彎沉分辨率（um）—— ≤1                                  

8、彎沉精度（%）—— ≤±2                                     

9、彎沉重復性（%）—— ≤±1                                   

10、液壓泵電動機功率（Kw）—— ＜ 1KW                       

11、荷載傳感器個數 —— 1                                  

12、荷載量程（kN）—— 12～120（可擴展）               

13、荷載脈沖形狀 —— 半正弦波                              

14、荷載精度（%）—— ≤±1                                     

15、荷載重復性（%）—— ≤±1                                   

16、荷載承載盤 —— 獨立4分盤雙球頭結構（滿足坡道檢測要求）  

17、溫度傳感器類型 —— 鉑點阻體+紅外探頭                   

18、溫度傳感器個數 —— 2                                   

19、溫度量程（℃）—— -20～100                             

20、溫度分辨率（℃）—— ≤0.1                                

21、溫度精度（%）—— ≤±0.5                                   

22、DMI 傳感器類型 —— 車載內置式脈沖編碼器                          

23、DMI 傳感器個數 —— 1                                   

24、DMI 分辨率（m）—— ≤0.5                                 

25、DMI 精度（%）—— ≤±0.1                                   

26、提錘方式 —— 液壓                                      

27、設備供電方式：液壓泵電動機工作電壓為直流12V（與汽車發電機匹配，滿足蓄電池浮充要求）                                           

28、操作軟件要求

1）狀態提示功能                                          

2）故障提示功能（提示故障代碼）                                        

3）語音提示功能

4）數據能“歸一化”處理

5）能與貝克曼梁數據進行相關性擬合

6）能顯示彎沉時程曲線

7）檢測原始數據防改寫功能，確保原始數據的真實性。

3.3產品主要部件配置表

說明：打“*”根據系統配置，彎沉傳感器數量可增加到7～9只。
4）系統結構

JSTRI-FWD-2000落錘式彎沉儀主要包括以下幾個部分：

l 落錘系統（含液壓泵站）

l 數據采集控制器

l 數據采集分析處理軟件

l 彎沉傳感器和荷載傳感器

l 手動操作面板

l 測點位置確定裝置

4.1 落錘系統

JSTRI-FWD-2000的落錘系統是整個系統的關鍵機械部件，它被設計成一個獨立的整體，安裝在底座上的懸掛支架由4mm鋼板經折彎拼焊加工為4邊形型材，具有強大的承載能力，在支架上通過兩條提升油缸懸掛承載板及重錘，承載板中心安裝有重錘提升油缸，該提升油缸頂部裝有液壓控制的掣制機構，重錘的提升與釋放由該機構完成。底座兩側安裝有由液壓控制的機械鎖定裝置，通過直徑20mm的銷軸實現對承載板的物理鎖定。落錘系統液壓泵站的液壓閥、電機等組件均為美、德等國原廠進口件，具有高的可靠性與穩定性。落錘系統底部的加載盤為四分盤設計，在車轍路面可以保證其G好地貼近路面。落錘系統見右圖。

4.2 傳感與控制

JSTRI-FWD-2000是全自動的彎沉測量系統，除安裝有須的彎沉傳感器和荷載傳感器外，還安裝有大量的傳感檢測元件，以便作為控制系統的反饋，使控制器容易判斷系統的當前狀態。

JSTRI-FWD-2000安裝有下列模擬量傳感器：

l 彎沉傳感器

l 荷載傳感器

l 溫度傳感器（3支，分別用于檢測環境、路面、瀝青溫度）

l 重錘高度傳感器

l 壓力傳感器

JSTRI-FWD-2000安裝有下列數字量傳感器：

l 重錘提升上限傳感器

l 重錘下落傳感器

l 承載板高位傳感器

l 承載板低位傳感器

l 液壓系統壓力高傳感器

l 鎖定機構鎖銷位置傳感器

l DMI距離傳感器

系統配置有專用的數據采集控制器，它可以實時接收便攜計算機的指令，并根據各傳感器的狀態控制落錘系統做出相應的動作，如升盤、落盤、升錘、落錘、鎖定、解除鎖定等。

4.3.1采集系統功能介紹

JSTRI-FWD-2000配有便攜式計算機，用于操作人員對系統進行控制以及分析處理數據采集控制器所采集的數據，數據采集控制器能夠以Z多每秒十萬次的速率實時地采集各傳感器所輸出的微小的電信號，當JSTRI-FWD-2000滿配置9只彎沉傳感器時（拖車多點式），對每一個彎沉通道以及荷載通道的采集速率為每秒鐘一萬次。

上圖為FWD采集系統的主界面，界面分為功能菜單條以及信息顯示兩大區域。在信息顯示區域主要顯示溫度、位置、設備狀態、FWD動作提示以及采集數據等信息內容。

FWD采集系統主要功能包括：

l 建立數據保存文件

l 關閉數據保存文件

l 測試參數設置

l 距離標定

l 查看電壓及采集波形信息

4.3.2采集系統功能介紹

l 采集數據的自動導入功能

即接受JSTRI-FWD2000數據采集系統的采集結果，并對采集數據進行初步篩選的功能，采集數據時往往在一個測點上采集n（n≥1）錘的數據，初步篩選時須確定是選取某一錘的數據還是取所有錘數據的平均值做為后期數據處理時該測點的代表數據。

l 數據的歸一化處理

由于支撐條件的差異，即使相同的落錘高度，作用在FWD承載板上的荷載也是不同的。為了使FWD的彎沉值對應于標準荷載（50KN）下的貝克曼梁彎沉值，應對采集的彎沉數據做歸一化處理，得出單點彎沉，歸一化處理包括以下三項內容。

l 單點分布的統計

統計各個取值范圍內的單點彎沉分布情況，取值范圍允許用戶自己定義，統計結果以柱狀圖的形式輸出。

 l 計算代表彎沉

根據用戶制定的評價范圍、評價長度自動計算每個評價段內的代表彎沉，并且能夠按照用戶的要求選擇是否剔除粗大誤差。

l 數據導出

本系統能夠將各類數據（包括原始檢測數據、單點彎沉數據、單點分布統計數據、代表彎沉數據等等）以圖片、excel表格的形式輸出，如單點彎沉的分布散點圖、單點分布的柱狀圖，以及各種中間數據的excel文件，便于檢測用戶后期編寫檢測報告時插入數據表格或是數據圖形。

l 計算貝克曼粱轉換系數

根據用戶輸入的FWD與貝克曼粱對比試驗數據，自動計算二者的線性相關系數以及轉換系數a、b。

l 模量反算軟件

能夠進行面層、基層、底基層、路基及以下四層模量的反算，能夠剔除反算結果的特異值，且不受初值影響，多次反算結果穩定、可靠。

本系統基于落錘式彎沉儀路面結構層模量線彈性反演在某些情況下的不足之處，針對Winkler地基、彈性半空間地基及彈性多層地基模型引入了系統識別理論，并結合非線性Z小二乘優化研究了彈性地基多塊板體系路面結構層材料剛度組成評定的有限元計算方法。通過將程序用于工程實際，驗證了本程序的工程實用性。

系統主要運用路面結構響應分析建立起的路面彎沉理論模型，通過人工調整路面結構各層的彈性模量，使用逐步逼近的方式擬合已測得的路面彎沉盆，由此來確定路面結構各層彈性模量。該方法的分析過程為首先假設一組初始模量，計算出路表面的彎沉值，再與已測得的彎沉值進行比較，在此基礎上調整各層的模量值，如此循環，Z終選定一套較為合適的模量值，使得計算的彎沉盆與實測彎沉盆能較好地擬合，則選定的模量即為路面結構各層的反算模量。本軟件系統經多次重復測試，基本不受初始模量值的影響，反算結果收斂穩定，可靠性較高。

4.4 安全保障機構

l JSTRI-FWD-2000型落錘式彎沉儀具有安全聯鎖機構，在檢測車輛的駐車制動器未被拉起的情況下，儀器無法工作，承載板不能被放下。

l JSTRI-FWD-2000型落錘式彎沉儀還具有機械鎖止機構，通常機械鎖止機構由手動控制按鈕啟動或解除，但在車輛行駛速度大于40km/h（可由程序設定）時，機械鎖止系統可以自動完成對承載板的強制鎖定，也可配置為每完成一次檢測后提升承載板時自動鎖定。

l 無論安全連鎖機構或機械鎖止機構工作時，都不影響數據分析軟件的正常運行。

l 具有手動液壓升盤裝置，以保證在液壓系統出現故障時，也能將加載盤手動升離路面，及時將設備從現場撤離。

4.5 手動操作

JSTRI-FWD-2000可以通過手動操作面板實現自動控制系統的全部功能，但不能進行數據的采集。當自動控制系統出現故障時，可以通過手動控制系統將設備恢復至運輸狀態，在設備調試時也需要使用該系統。

4．6 測點位置確定裝置

JSTRI-FWD-2000采用高靈敏度的DMI距離測量系統來確定測點位置，它不僅能準確測量車輛行駛的距離，還可以換算出當前行車速度，它在車輛低速和高速行駛時都能工作，可以滿足設備在檢測過程中確定測點位置的需要，DMI的測量精度超過0.5%。它所獲得的測點間距被自動寫入彎沉數據表中，同時通過無線通訊的方式在前端距離顯示器上顯示。

5.1設備啟動

首先將檢測車停穩并拉起駐車制動器，將控制器USB連接線與計算機USB端口連接，打開操作臺控制板上的電源，將動作旋鈕旋至“自動”狀態，隨后啟動數據采集計算機。

5.2參數設定

啟動FWD數據采集系統，點擊“開始采集”按鈕，系統開始采集溫度傳感器和DMI傳感器的數據。點擊“落錘設置”菜單，主要進行落錘序列的設置，即在每個測點上需采集的總錘數，以及每一錘的提錘依據，提錘依據分為高度和荷載兩種。提錘依據為高度時，系統直接按照用戶設置的數值控制提錘；提錘依據為荷載時，系統根據一個荷載高度關系將用戶設置的荷載值換算成高度值控制提錘。為得到準確的荷載高度關系，建議對每條道路在采集數據之前首行試錘試驗，試錘試驗包括兩個步驟，一為在落錘設置界面上設置落錘總數為5，落錘依據均為高度，且5個高度有所不同，確定后，系統開始采集信息得到5錘的荷載及彎沉數據，隨后進入下個環節（5.3所述）。

5.3荷載自動換算

點擊“試錘”菜單，點擊“計算”按鈕，系統自動對剛剛所采集的5錘數據的高度和荷載值進行相關分析，得出關系公式和相關系數，得到用戶的確認后，該關系將下載至控制器，用于控制提錘高度以得到用戶設定的荷載值。

5.4開始檢測

點擊“彎沉檢測”按鈕系統進入測試序列，首先打開承載板鎖定機構，放下承載板，按照設定的荷載提升重錘至相應高度，釋放重錘，完成D一錘的數據采集，重復上述動作直至完成D一測試序列，升起承載板，鎖定承載板。與此同時，在采集系統界面上同時能夠看到各開關量和設備運行狀態的提示信息，以及溫度傳感器的數據等等。整個測試序列完成后數據進行上傳，系統初步處理后提示用戶是否保存。

5.5數據存儲

得到用戶確認后，將測點序號、樁號、彎沉、溫度以及采集時間等信息保存至用戶的文件下面。

5.6設備復位鎖定

為了保證儀器在行車過程中的安全，當完成一個測試點以后，程序啟動鎖止機構，完成對承載板的強制鎖定；同時也可以防止在行車過程中工作人員對儀器的誤操作。

5.7車輛行駛

車輛行駛時，DMI開始工作并在前端距離顯示器顯示行走距離，在逼近D二測點時，前端顯示器會發出聲音提示，直到駕駛員停下車輛，直接進行D二測點的測試。

5.8停車

到達下一測試點后，將檢測車停穩并拉起駐車制動器，此時無需再對系統進行任何設置，直接按“彎沉檢測”鍵即可進入測試序列，進行D二測點的測試。

6）校準與標定

我們保證銷售的每一臺JSTRI-FWD-2000都是經過嚴格的校準與標定的。

在系統組裝之前，彎沉傳感器是在振動試驗臺上使用動態信號分析儀進行標定的（參照M國國J標準建立，其LVDT線性位移傳感器及配套二次儀表已在江蘇省高精度光柵精密測長儀上進行校準并獲得校準證書），標定所使用的振動頻率自1Hz直至200Hz，這涵蓋了幾乎全部典型路面在承受沖擊載荷時可能的振動頻率，振幅自-4.0mm直至4.0mm；同樣的，我們的數據采集控制器的采集通道采用高精度的模擬信號發生器進行校準；荷載傳感器都經過至少省級的質量技術監督部門進行的檢定。

在完成裝配之后，我們會利用我們投巨資建立的校準實驗室對組裝好的JSTRI-FWD-2000進行J對校準。我們在校準實驗室內鋪設了符合大多數典型路面狀況的試驗面，對于彎沉，采用架設在基準梁上的高精度LVDT傳感器進行校準，基準梁被架設在7.3×3米，深度為兩米的基坑中心，保障試驗面受到的沖擊荷載對基準梁不產生任何影響，校準試驗也盡可能地覆蓋JSTRI-FWD-2000的測量范圍。對于荷載，我們采用更高精度等級的荷載傳感器以疊加沖擊的方式進行對比試驗。

只有通過嚴格校準的產品才會被允許銷售，投入工程應用。

與國內某家公司的產品優勢：

1、 充電效率及蓄電池壽命

設備的供電方案：部分產家為了一味的追求設備工作速度，人為的加大液壓泵直流電機的功率，加大電機功率只能選用更高的24伏直流電機，但因汽車的發電機供電系統是12伏直流系統，這樣的系統無法為24伏的直流電機蓄電池組直接供電，只好用大功率逆變電源將12伏的直流電逆變成220伏交流再通過充電機轉換成24伏直流為蓄電池組充電，多次的轉換降低了充電效率，一般充電效率只有60%，蓄電池組得不到足夠的充電電流來補充消耗，蓄電池組因過放電而提前報廢。我方的產品在不影響正常檢測的前提下選用的是與進口同類產品相同的供電方案，即直接從汽車自身14.5的伏直流發電機取電向蓄電池組供電，這種方式充電效率高，連續長時間工作也不會使蓄電池虧電，確保蓄電池電力充沛，大大延長了蓄電池的壽命（新款的發電機是額定14.5伏155安大功率發電機，性能更強）。

2、 坡道檢測性能優勢

為了確保彎沉儀能在Y定坡度的道路上正常檢測，整個加載系統包括加載板、四分盤等設計成自適應方式，工作中該系統能自動匹配路面坡度而不影響檢測結果及數度。反觀其他廠家的產品，因設計沒有考慮該種情況，存在先天缺陷，其加載板及四分盤等機構是導柱、導套剛性結構，在平路或者坡度較小的情況下檢測沒有明顯問題，但是在坡度較大的場合因重力的分力作用，使得加載的作用力分布不均，因而所檢測的數據誤差較大。