《雷射動態彎沉測量車》是武漢武大卓越科技有限責任公司於2010年11月18日申請的發明專利，該專利的申請號為2010105617207，公布號為CN102162217A，公布日為2011年8月24日，發明人是李清泉、毛慶洲、付智慧型、曹民、張德津。
《雷射動態彎沉測量車》其包括移動測量平台、測量橫樑、工作輪、測速輪、加速度計和數據採集與處理裝置。該發明所述的雷射動態彎沉測量車利用雷射都卜勒測速原理和慣性測量原理，在車輛以正常交通速度（15～80千米/小時）行駛過程中，由安裝在車輛載荷輪前的多個雷射都卜勒測振儀同步測量各測點的路面相對運動速度，經過慣性補償計算後，獲得路面的瞬時彎沉變形速度，再通過道路層狀彈性力學模型，反演得到路面動態彎沉值，用於普查與評估道路網的承載能力。
2014年11月6日，《雷射動態彎沉測量車》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《雷射動態彎沉測量車》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：雷射動態彎沉測量車
- 公布號：CN102162217A
- 公布日：2011年8月24日
- 申請號：2010105617207
- 申請日：2010年11月18日
- 申請人：武漢武大卓越科技有限責任公司
- 地址：湖北省武漢市東湖開發區武大科技園4路6號
- 發明人：李清泉、毛慶洲、付智慧型、曹民、張德津
- 分類號：E01C23/01（2006.01）I；G01B11/16（2006.01）I
- 代理機構：北京科龍寰宇智慧財產權代理有限責任公司
- 類別：發明專利
- 代理人：孫皓晨；朱世定
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2010年11月，自1960年以來，雷射都卜勒技術由於在測量中具有高的空間和時間解析度，不接觸測量物體，不擾動測量對象，能測量原有測速技術難以測量的對象而引人注目。1964年，YEH和CUMMIUS發表了第1篇關於雷射都卜勒技術測速的論文後，此項技術立即受到各方面的重視並進行了大量的理論分析和試驗研究，取得了顯著的成果。20世紀70年代後，中國國外廠商已經開始向市場提供比較完備的產品並在不斷更新。雷射都卜勒測振技術現在成為科學技術及許多行業中不可少的檢測方法，已經從流體和固體的速度測量發展到了振動測量領域。
振動測量因為能反映物體的動態特性，特別是高速運動的物體，在工程技術中十分重要。雷射都卜勒測振儀從1983年南安普敦大學的光振研究所的發明開始，從單光束、交叉光束測量發展到了多光束測量。雷射振動測量最開始是利用差動式雷射都卜勒測速儀進行扭轉振動測量，隨後雷射扭轉振動儀的理論開始獨立發展，已經取得了很大的成果。生產雷射都卜勒測振儀的廠家B&K公司研究並製造出商品型號為2523的雷射扭振儀。該產品中使用了單個雷射干涉儀。而同樣知名的德國Polytec公司4000系列中的產品中包含了兩個雷射干涉儀，測量效果得到了進一步的提高。中國國內天津大學、西安交通大學等研究部門也進行了相應的研究。
雷射都卜勒測速（測振）技術最早是從雷射測速技術發展來的。其物理原理在於探測從運動物體散射回來的反射光的都卜勒頻移。圖9為單光束測速光路結構。
由雷射器發出的頻率為f雷射束經分光鏡入射到被測表面，由於測量表面的運動，反射光將產生都卜勒頻移fD：
，式中，v為表面運動速度，λ為雷射的波長。頻率為f+fr的參考光束和頻率為f+fD反射光混合併投射到光電探測器上產生了拍頻信號，經過電子信號處理系統，最後得到頻率為fD-fr的拍頻的電信號，對其進行分析和處理就可得到所需的振動信號。由於混合了參考光束，這種光路結構能夠分辨出被測表面的運動方向。
彎沉盆是指路面在荷載作用下形成的類似盆狀變形，是路面彈性變形與塑性變形的總和，彎沉盆可以有效地反映路面的承載能力狀況。中國公路路面設計中，柔性路面的彎沉盆半徑設計值為3.6米，半剛性路面的彎沉盆半徑設計值為5.4米。
路面彎沉的檢測是評價路面承載力的基礎，對於工程質量的控制和檢驗至關重要，此外，它還決定著路網養護決策的科學化水平和可信度，直接影響養護資金分配和舊路改造設計的合理性。雖然世界各國測試彎沉的設備和方法有所不同，但對彎沉基本概念的理解是相同的。彎沉定義一般是指路基或路面表面在規定標準車的荷載作用下輪隙位置產生的總垂直變形值（總彎沉）或垂直回彈變形值（回彈彎沉），以0.01毫米為單位。
路面結構承載力的合理定義為：路面結構在達到不能接受的結構性破壞或功能性破壞之前，所能承受的一定類型車輛的通過次數。一般認為，瀝青路面開裂造成的結構性破壞主要與面層材料中的最大拉應力或最大拉應變有關，路面出現車轍或者平整度降低造成的功能性破壞主要與基層或路基散粒體材料中的最大壓應力或最大壓應變有關。
中國柔性路面設計是以回彈模量作為設計參數，以彎沉作為力學控制指標。其力學定義為模型在豎向力作用下的表面豎向位移分量，即路基路面在荷載作用下，頂面發生的垂直變形。雖然大量實踐和研究資料表面，路基彎沉與其承載力並不存在簡單的線性關係，但彎沉還是從某種程度上反映了路基路面的承載能力。直接套用表面彎沉作為承載力評估的指標具有明顯的優點，因為野外測量容易，也不需要額外的計算分析。
近20年來（截至2010年11月），國際上路面檢測與評價技術的發展十分迅速，總體趨勢是：由人工檢測向自動化檢測技術發展，由破損類檢測向無破損檢測技術發展，由一般技術向高新技術發展。
彎沉是反映路面結構性能的重要指標，因此，路面彎沉檢測技術的研究開發一直在國際上得到廣泛重視。傳統的貝克曼梁已逐步被自動彎沉儀、振動式彎沉儀和落錘式彎沉儀（Falling Weight Deflectometer，簡稱FWD）所取代。特別是測速快、精度高、操作方便的FWD測試系統，截至2010年11月前已經在世界上60多個國家得到廣泛套用。FWD與實用化的路面結構反分析軟體相結合，使路面彎沉檢測與承載力評價的科學化水平提高到一個新的階段。
隨著路面檢測與評價技術的不斷發展，國際上對路面跟蹤檢測與長期使用性能研究日益重視，並以此作為改善路面設計的主要途徑。比如，原西德建立了170個長期觀測路段，進行了18年的跟蹤觀測，對半剛性路面結構有了深入而系統的認識。英國建立了400個長期觀測路段，根據跟蹤觀測和分析研究結果，於1986年修訂了路面設計方法。美國1988年開始實施的戰略性公路研究計畫（SHRP），主要研究內容之一是路面跟蹤檢測與長期使用性能研究（LTPP）。
繼FWD之後，新一代彎沉儀RWD（Rolling Wheel Deflectometer，滾輪式彎沉儀）正處於研究階段。它是採用高頻雷射掃描，連續地記錄行駛中的測試車在路表產生的彎沉，測試速度約88.5千米/小時。2010年11月前主要有Dynatest（丹麥）與Quest Integrated（美國）合作、美國密西西比州的ARA（Applied Research Associates）公司和瑞典的RDT等機構從事RWD的研製工作，第一代產品已經問世，精度適合於路網普查。丹麥的GreenWood公司也開發了基於雷射都卜勒測量原理高速雷射自動彎沉儀（Traffic Speed Deflectometer，TSD）。
截至2010年11月，中國國內路面檢測仍主要依賴20世紀60年代引進的貝克曼梁，其測速慢、精度低、可靠性差，並且只適用於柔性路面。中國2010年11月前已有瀝青路面總里程超過30萬千米，如以地市公路局（處、總段）為基本養護單位，則每個單位平均養護里程約900千米，用貝克曼梁測完全程需3～4個月。顯然，這種檢測手段不適應現代路面管理的實際需要。貝克曼梁檢測方法直接制約著路面承載能力評價和補強設計水平的提高。由於路面結構是一多層體系，僅根據貝克曼梁檢測的單點（最大）彎沉來評價路面結構承載能力是不充分的。理論分析和工程實踐均表明，路面最大彎沉與承載能力並不存在簡單的關係。
路面結構的承載能力主要取決於其應力應變狀態，以貝克曼梁觀測到的彎沉來評價路面承載能力存在明顯的不合理性。20世紀80年代以來，隨著落錘式彎沉儀逐步得到廣泛套用，根據彎沉盆信息反算路面結構層模量、進而評價路面承載能力在國際上受到普遍重視，並顯示出高新技術帶來的巨大經濟社會效益。然而據了解，中國絕大部分FWD用戶單位沒有配套的分析軟體，FWD也僅作為一種高精度的彎沉測量儀器在使用，沒有發揮出其應有的作用。
交通部公路研究所研製的JG-2005型雷射自動彎沉儀，用於進行路面強度指標檢測。JG-2005型雷射自動彎沉儀由設備裝載車、測量機構、數據採集系統三部分共同組成。裝載車採用紅岩斯太爾王6米長軸距專用底盤。測量機構由雙側測試機構、導向機構、移步卷揚機構、提升機構組成。數據採集系統有數據採集計算機、下位機、雷射測距感測器、無線數據傳輸系統組成。
JG-2005型雷射自動彎沉儀就是貝克曼梁的自動化形式，測量架安裝在地扯底盤下方，配合導向機構、彎道測量同步控制系統、測量機構移步系統、數據採集系統共同構成雷射自動彎沉儀。
JG-2005型雷射自動彎沉儀的工作原理與貝克曼梁的工作原理是相同的，都是利用槓桿原理，通過槓桿的位移來測量路面的變形。
在實際測試過程中，測試架放置在路面上，測試架前三點構成一個基準面，測量臂槓桿的指點在這個基準面上，雷射感測器也安裝在這個基準面上。當檢測車後輪向前行駛，測試車後輪逐漸接近測試點時，測試點所在的路面承受的垂直載荷逐漸增大，地面下沉。同時放置在測試點上的測量臂後端也隨著路面的下沉向下移動，同時帶動雷射反射面向下移動，雷射測距感測器就可以測出測點處相應的位移量，也就是路面的彎沉值。
雷射自動彎沉儀在進行路面彎沉檢測時.測量架放置於路面上.汽車以一個恆定的速度前進，由於導向機構的作用，測量臂的測頭剛好對準測試車左、右後輪的輪隙。隨著汽車向前行駛.測頭所在位置荷載逐漸增大.彎沉值逐漸變大，測頭也隨著彎沉值的變大向下移動.數據採集系統記錄這一個變化的過程，直到測頭越過後軸中心線15厘米，停止數據採集，同時計算這一過程彎沉曲線以及彎沉盆峰值。當完成這一檢測周期後，移步卷揚機以2倍車速的速度將測量機構向前拖動，直到導向柱超過前光電對管，停止拉梁，進行下一步測量。至此，完成了一個完整的測量步驟。
發明內容
專利目的
首先，2010年11月前主流彎沉測試手段在速度方面都小於5公里/小時，測試過程中存在安全隱患、影響正常交通等缺點；該發明主要解決正常交通速度條件下，即15-80千米/小時條件下的連續彎沉測試；
其次，傳統的彎沉測試採用高精度的雷射測距感測器直接測量路面的彎沉變形量，由於道路表面紋理的複雜，此方法只能靜態條件，不適合動態條件下測量；該發明採用多台共梁雷射都卜勒測速感測器測量路面多點處的路面彎沉變形速度，再根據路面的彈性變形理論與模型反演計算路面的動態彎沉值，可以適用於動態條件下測量；
再次，由於載車在行駛過程中，由於道路的不平及車輛自身的原因，將產生顛簸振動，傳統的方法採用加速度計來補償，由於加速度計需要對時間的二次積分得到位移量，補償結果隨時間的漂移難以控制，從而不能可靠在車輛動態行駛過程中補償雷射位移感測器的測量值；該發明採用光纖陀螺測量車輛在行駛過程中產生的俯仰和橫滾等姿態變化，得到車體的俯仰和橫滾角速度，以補償車輛運動與地面之間產生的速度變化。
最後，傳統的方法無法測量路面的真實動態彎沉，因為路面在運動的車輛車輪碾壓瞬間，沒有很好的手段測量其瞬間變形量；該發明根據加速度計慣性測量原理，在實際的路面上預埋加速度計，通過採集車輪經過該加速度計所在的路面點瞬間的加速度計值，經過一次時間積分獲得瞬間的變形速度，二次積分獲得變形量（即瞬態彎沉值）。
下表是《雷射動態彎沉測量車》所述的雷射動態彎沉測量車與傳統彎沉測量設備之間的比較表格：
比較項目 | 傳統彎沉測量設備 | 雷射動態彎沉測量車 | 備註 |
快速性 | 測試速度為3～5千米/小時 | 測試速度為15～80千米/小時,正常速度為70千米/小時 | 是傳統測試速度30倍以上 |
連續性 | 一般是每隔20～50米，測試一個測量點，屬於單點間隔採樣 | 連續測量，每隔0.1米輸出一個測試值 | 消除傳統測試可能丟失間隔中的彎沉異常信息 |
無損性 | 尤其是FWD採用落錘對路面進行擊錘，帶來路面的損壞 | 車輛正常行駛 | 不損壞路面結構 |
動態性 | 基本是靜態測量 | 在車輛運行中動態測量 | 更加符合公路使用現狀 |
安全性 | 人身與儀器安全性差，有著被違韋車輛擦碰或撞擊的極大風險，尤其在運營中高速公路上 | 以正常交通速度行駛，使用安全性好 | 良好的安全性 |
經濟性 | 需要全部和部分封閉運營道路需要一個車隊（2～3輛車）需要輔助設備 | 正常行駛，不影響正常交通，除正常的保養和油料外，不需要其它費用 | 測試經濟性好 |
人力消耗 | 每次測試至少需要8個人員參與，且必須在野外作業，作業環境惡劣，勞動強度大 | 只需兩人即可操作，一人開車，一人操作，數據報表自動完成，其在良好的環境下工作 | 人力消耗量少得多 |
效率 | 單台設備每天的測試里程在20公里左右 | 500公里 | 是傳統的25倍以上的作業效率 |
傳統的彎沉測量設備主要是貝克曼梁、雷射自動彎沉車、以及落錘式彎沉儀等，測試精度低、速度慢、可重複性差，一般測量速度小於5公里，費時費力，使用危險性大，特別是在運用中的高速公路，基本無法使用。該發明的目的是實現快速、高精度、高可靠性的彎沉測量。
技術方案
《雷射動態彎沉測量車》包括移動測量平台、測量橫樑、工作輪、測速輪、加速度計和數據採集與處理裝置；其中，所述移動測量平台，包括牽引車和掛車，為所述測量橫樑、所述同步與信號處理裝置和所述數據採集與處理裝置提供搭載平台；所述牽引車牽引所述掛車行進，所述掛車的後輪為工作輪；所述測量橫樑，位於所述掛車上，安裝在所述工作輪的輪隙上方，主要由橫樑骨架、雷射都卜勒測振儀和光纖陀螺儀構成，所述雷射都卜勒測振儀的雷射束射向路面；所述雷射都卜勒測振儀，其個數為4-7個，設定於所述橫樑骨架上；其中一個所述雷射都卜勒測振儀為參考雷射都卜勒測振儀，與所述工作輪中心之間的距離大於彎沉盆的半徑；另外的3-6個所述雷射都卜勒測振儀為測量雷射都卜勒測振儀，與所述工作輪中心之間的距離小於彎沉盆的半徑；所述雷射都卜勒測振儀發出的雷射中心線與垂直方向之間的角度θ為1.5度至2.5度；所述光纖陀螺儀的個數為3個，3個光纖陀螺儀成空間正交布置，所述光纖陀螺儀設定於所述橫樑骨架上，光纖陀螺儀測量所述橫樑骨架在慣性空間中的三軸角速度，用於補償橫樑骨架由於角運動導致雷射都卜勒測振儀的測速誤差；所述參考雷射都卜勒測振儀、所述測量雷射都卜勒測振儀和所述光纖陀螺儀的測量結果被傳送至所述數據採集與處理裝置中；所述工作輪，能夠保證在運轉的過程中，不遮擋或干涉雷射；所述測速輪主要由車輪、車輪固定架及光電旋轉編碼器組成，該車輪由該車輪固定架固定於所述橫樑骨架上；該光電旋轉編碼器安裝於該車輪上，用於測量該車輪的瞬時運行速度，並將該瞬時運行速度傳送至所述數據採集與處理裝置中；所述加速度計，埋設於路面，用於測量所述移動測量平台通過路面時加速度值，並將該加速度值傳送至所述數據採集與處理裝置中；所述數據採集與處理裝置，用於根據接收到的數據計算路面的瞬時彎沉值。
改善效果
與2010年11月前已有技術相比，《雷射動態彎沉測量車》所述的路面動態彎沉測量車，可以在15-80公里/小時的速度範圍內連續測量路面的彎沉值，測量速度快，測量速度變化範圍寬。
附圖說明
圖1是該發明所述的雷射動態彎沉測量車的結構圖；
圖2是該發明所述的雷射動態彎沉測量車的測量橫樑的結構圖；
圖3A是載荷作用下的路面變形示意圖；
圖3B是載荷作用區域附近的路面變形速度分布示意圖；
圖3C是載荷作用區域附近的路面變形量分布示意圖；
圖4是變形斜率S定義示意圖；
圖5是路面變形速度的補償示意圖；
圖6是該發明的光纖陀螺儀的補償示意圖；
圖7是路面彎沉變形模擬圖；
圖8A是該發明的加速度計安裝示意圖（俯視圖）；
圖8B是該發明的加速度計安裝示意圖（剖視圖）；
圖9為單光束測速光路結構圖。
權利要求
1.《雷射動態彎沉測量車》其特徵在於，其包括移動測量平台、測量橫樑、工作輪、測速輪、加速度計和數據採集與處理裝置；其中，所述移動測量平台，包括牽引車和掛車，為所述測量橫樑、所述同步與信號處理裝置和所述數據採集與處理裝置提供搭載平台；所述牽引車牽引所述掛車行進，所述掛車的後輪為工作輪；所述測量橫樑，位於所述掛車上，安裝在所述工作輪的輪隙上方，主要由橫樑骨架、雷射都卜勒測振儀和光纖陀螺儀構成，所述雷射都卜勒測振儀的雷射束射向路面；所述雷射都卜勒測振儀，其個數為4-7個，設定於所述橫樑骨架上；其中一個所述雷射都卜勒測振儀為參考雷射都卜勒測振儀，與所述工作輪中心之間的距離大於彎沉盆的半徑；另外的3-6個所述雷射都卜勒測振儀為測量雷射都卜勒測振儀，與所述工作輪中心之間的距離小於彎沉盆的半徑；所述雷射都卜勒測振儀發出的雷射中心線與垂直方向之間的角度θ為1.5度至2.5度；所述光纖陀螺儀的個數為3個，3個光纖陀螺儀成空間正交布置，所述光纖陀螺儀設定於所述橫樑骨架上，光纖陀螺儀測量所述橫樑骨架在慣性空間中的三軸角速度，用於補償橫樑骨架由於角運動導致雷射都卜勒測振儀的測速誤差；所述參考雷射都卜勒測振儀、所述測量雷射都卜勒測振儀和所述光纖陀螺儀的測量結果被傳送至所述數據採集與處理裝置中；所述工作輪，能夠保證在運轉的過程中，不遮擋或干涉雷射；所述測速輪主要由車輪、車輪固定架及光電旋轉編碼器組成，該車輪由該車輪固定架固定於所述橫樑骨架上；該光電旋轉編碼器安裝於該車輪上，用於測量該車輪的瞬時運行速度，並將該瞬時運行速度傳送至所述數據採集與處理裝置中；所述加速度計，埋設於路面，用於測量所述移動測量平台通過路面時加速度值，並將該加速度值傳送至所述數據採集與處理裝置中；所述數據採集與處理裝置，用於根據接收到的數據計算路面的瞬時彎沉值。
2.根據權利要求1所述的雷射動態彎沉測量車，其特徵在於，所述測量雷射都卜勒測振儀為三個，所述光纖陀螺儀為三個；一所述測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方100±10毫米；另一所述測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方300±10毫米；又一所述測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方750±10毫米；所述參考雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方3600±100毫米；所述三台光纖陀螺儀，成正交方式固定在所述橫樑骨架的中部。
3.根據權利要求1或2所述的雷射動態彎沉測量車，其特徵在於，其還包括同步與信號處理裝置，所述同步與信號處理裝置包括車輛定位與同步控制電路和感測器信號處理電路；所述車輛定位與同步控制電路接收GPS信號和所述光電旋轉編碼器傳送的信號，經過處理後，建立時間和線性空間基準，並生成感測器同步控制信號；所述感測器信號處理電路，用於將所述雷射都卜勒測振儀、所述光纖陀螺儀、所述光電旋轉編碼器和所述加速度計輸出的信號轉化成標準的電壓信號，並將該電壓信號傳送至所述數據採集與處理裝置中。
4.根據權利要求3所述的雷射動態彎沉測量車，其特徵在於，其還包括方艙和環境維持裝置，其中，所述方艙，包括鋼骨架、鋁型材蓋板及保溫防火發泡材料，設定於所述掛車上並罩設於所述測量橫樑上方；所述環境維持裝置，設定於所述方艙內部，包括車載空調、暖風機和壓氣機構成，為所述方艙內部維持25±2℃的工作環境，以及維持所述方艙內的氣壓為艙外的1.1-1.2倍。
5.根據權利要求4所述的雷射動態彎沉測量車，其特徵在於，其還包括配重塊，所述配重塊的重量大小能夠保證所述工作輪對地壓力為100千牛，所述配重塊可拆卸地安裝於所述工作輪上。
實施方式
該發明所述的雷射動態彎沉測量車利用雷射都卜勒測速原理和慣性測量原理，在車輛以正常交通速度（15～80千米/小時）行駛過程中，由安裝在車輛載荷輪前的多個雷射都卜勒測振儀同步測量各測點的路面相對運動速度，經過慣性補償計算後，獲得路面的瞬時彎沉變形速度，再通過道路層狀彈性力學模型，反演得到路面動態彎沉值，用於普查與評估道路網的承載能力。
如圖1所示，該發明所述的雷射動態彎沉測量車包括移動測量平台、測量橫樑11、工作輪12、方艙13、環境維持裝置（圖中未示）、測速輪、配重塊14、加速度計（圖1中未示）、同步與信號處理裝置（圖1中未示）、數據採集與處理裝置（圖1中未示）和電源裝置；其中，所述移動測量平台包括重型牽引車101和所述掛車102，為路面彎沉測量的各設備提供搭載平台。所述重型牽引車101具備強勁的牽引力和良好的操控性；所述掛車102具備良好的剛性及平穩性，所述工作輪12為所述掛車102的後輪，其懸掛採用空氣彈簧減震系統。
所述方艙13和所述環境維持裝置為測量橫樑11、同步與信號處理裝置和數據採集與處理裝置提供密封和溫度適宜的工作環境。
所述方艙13主要由鋼骨架、鋁型材蓋板及保溫防火發泡材料構成，具備良好的隔熱、隔音及密封性能，設定於所述掛車102上並罩設於所述測量橫樑11上方；所述環境維持裝置主要由車載空調、暖風機和壓氣機構成，設定於所述方艙13內部，為所述方艙13內部維持25℃±2℃的工作環境，以及維持所述方艙14內的氣壓為艙外的1.1-1.2倍。
如圖2所示，所述測量橫樑11，位於所述掛車102上，安裝在所述工作輪12的輪隙上方，主要由橫樑骨架111、雷射都卜勒測振儀112和光纖陀螺儀113構成，所述雷射都卜勒測振儀112的雷射束射向路面；所述雷射都卜勒測振儀112，其個數為4-7個，設定於所述橫樑骨架121上；其中一個所述雷射都卜勒測振儀112為參考雷射都卜勒測振儀，與所述工作輪中心之間的距離大於彎沉盆的半徑；另外的3-6個所述雷射都卜勒測振儀112為測量雷射都卜勒測振儀，與所述工作輪12中心之間的距離小於彎沉盆的半徑；所述雷射都卜勒測振儀112發出的雷射中心線與垂直方向之間的角度θ為1.5°至2.5°；所述光纖陀螺儀113的個數為1-3個，所述光纖陀螺儀113設定於所述橫樑骨架上，該光纖陀螺儀測量橫樑骨架的運動瞬時角速度，以補償測量橫樑在運動過程中產生的顛簸導致的額外產生的速度；優選的，所述光纖陀螺儀113的個數為3個，3個光纖陀螺儀113成空間正交布置，所述光纖陀螺儀113設定於所述橫樑骨架111上，光纖陀螺儀113測量所述橫樑骨架111在慣性空間中的三軸角速度，用於補償橫樑骨架111由於角運動導致雷射都卜勒測振儀的測速誤差；所述參考雷射都卜勒測振儀、所述測量雷射都卜勒測振儀和所述光纖陀螺儀113的測量結果被傳送至所述數據採集與處理裝置中；所述加速度計，埋設於路面，用於測量所述移動測量平台通過路面時所產生的加速度值，並將該加速度值a傳送至所述數據採集與處理裝置中。
所述對該加速度值a數據採集與處理裝置進行處理，根據以下公式以得到路面的瞬時速度vt和變形值dt。
如圖2所示，根據一種具體的實施方式，所述測量橫樑11由鋼製的橫樑骨架111、4台雷射都卜勒測振儀112、3台光纖陀螺儀113構成。所述測量橫樑111安置在所述工作輪12的輪隙上方，所述光都卜勒測振儀112的雷射束垂直射向路面；其中三個雷射都卜勒測振儀112為測量雷射都卜勒測振儀，一個雷射都卜勒測振儀112為參考雷射都卜勒測振儀；第一個測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪12中心的前方100毫米，第二個測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪12中心的前方300毫米，第三個測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪12中心的前方750毫米，第四個參考雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪12的前方3600毫米；3台光纖陀螺儀113成正交方式固定在所述測量骨架111的中部。
優選的，所述測量雷射都卜勒測振儀為三個，一所述測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方100±10毫米，另一所述測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方300±10毫米，又一所述測量雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方750±10毫米；所述參考雷射都卜勒測振儀距離所述工作輪中心的前方3600±100毫米；所述測速輪主要由車輪151、車輪固定架152及光電旋轉編碼器組成，用於測量彎沉測量車的運行速度和距離。該車輪151由該車輪固定架152固定於所述橫樑骨架111上；該光電旋轉編碼器安裝於該車輪151上，用於測量該車輪151的瞬時運行速度，並將該瞬時運行速度傳送至所述數據採集與處理裝置中。
所述工作輪12由兩隻經過改造了輪轂的標準輪胎及連線件組成，其特別之處是能夠保證在運轉的過程中不遮擋或干涉鄰近的雷射都卜勒測振儀的雷射。
所述配重塊14由一定重量的鉛塊及固定箱組成，可拆卸地安裝於所述工作輪上；所述配重塊14的重量大小能夠保證所述工作輪12對地壓力為100千牛，同時可以方便地從所述工作輪12底盤上安裝與拆卸。
所述同步與信號處理裝置由車輛定位與同步控制電路，以及感測器信號處理電路組成。該車輛定位與同步控制電路接收GPS和所述光電旋轉編碼器發出的信號，經過處理後，建立時間和線性空間基準，並生成感測器同步控制信號；該感測器信號處理電路主要用於各個感測器的輸出不同類別的信號轉化成標準的電壓信號，以便數據採集計算機的採集與處理。
所述數據採集與處理裝置由多通道數據採集卡、數據採集計算機、數據處理計算機及網路交換機組成。該數據採集與處理裝置通過安裝在數據採集計算機內部的多通道數據採集卡採集各個感測器輸出的電壓信號，經網路交換機傳輸到數據處理計算機後處理得到路面的瞬時彎沉值。
所述電源裝置主要由液壓發電機161、UPS（圖1中未示）和配電盤（圖1中未示）組成，為彎沉測量車的各用電裝置提供穩定的電源和相應的控制方式。
該發明所述的雷射動態彎沉車採用多個雷射都卜勒測振儀測量路面變形速度。該感測器通過測量反射的雷射頻移測量路面的變形速度。都卜勒測振儀安裝在剛性橫樑上，使得多個雷射都卜勒測振儀同步運動。雷射動態彎沉車將三個雷射都卜勒測振儀安裝在彎沉盆內部，一個雷射都卜勒測振儀安置在彎沉盆外部，作為參考值。三個安裝在彎沉盆內部的雷射都卜勒測振儀放在工作輪中心前面的100、300和750毫米處。光纖陀螺儀安裝在橫樑上以監測橫樑的運動狀態。
圖3A顯示所述工作輪12在軸載荷100千牛下的路面變形速度矢量；圖3B、圖3C分別是載荷中心區域變形速度分布示意圖與相應的彎沉盆（右）在變形斜率所示的結果。
變形斜率S定義為路面變形速度與行駛速度的比值，如圖4所示。變形斜率S是變形位移導數，因而可以用於計算位移。這意味著，它可以得到道路的承載能力參數，如結構彎曲指數SCI300，（SCI300＝D0-D300的）和中心彎沉值（D0）是基於測量變形斜率值。
在理想的工作狀態下，雷射都卜勒測振儀需要連續的速度輸入。這不能通過將雷射感測器安裝成完全垂直狀態，使它們能夠測量車輛高度可變的車輪懸掛運動來實現。這個問題通過以雷射中心線大約與垂直方向約2°的夾角方式安裝雷射都卜勒測振儀來解決。這樣提供了一個近似恆定的速度輸入，作為車輛的速度分量的水平分量，而卻對垂直速度的測量影響不大。雷射的安裝與垂直方向有約2°的夾角，使得測量的速度值包括：測量車的水平運動速度；車輛懸掛的垂直和水平運動速度；路面的垂直彎沉速度。
如圖5所示，設測量橫樑的水平運動速度為vv，雷射都卜勒測振儀的中心線與垂直方向的夾角為θ，測量雷射都卜勒測振儀的輸出為vi，參考雷射都卜勒測振儀的輸出為vver，則有下式：
vdi＝vi-vv×cosθ
vdver＝vver-vv×cosθ
由於在測量車在運行過程中，由於路面的不平以及懸掛的作用，檢測橫樑將產生俯仰運動，設該運動的角速度為ω，如圖6所示，則有下式：
vdi＝vdef+vver+d×ω
這裡vdef為路面在載荷作用下的彎沉變形速度，即：
vdef＝vdi-vver-d×ω
路面的變形模型採用了基於這樣的假設：路面結構像一個安置在彈簧的基礎上的彈性橫樑，如圖7所示。這可以由歐拉-伯努利方程表示出來，其中F是該點的正壓力，E是剛性，I是當前的轉動慣量，h是路面的厚度，k是彈性係數。
相應的微分方程如下式，w（x）為沿橫樑方向（x方向）的彎沉變形函式、δ（x）為受力作用點的衝擊回響函式，即；
該微分方程的解是一個關於A和B的參數模型，其中X≥0，A＞0，B＞0。它們的解和道路指數見下表。
承載能力公式和參數 | ||
彎沉量 |  | |
彎沉斜率 |  | |
剛性 |  | |
彈性係數 |  | |
最大變形量 |  | |
結構曲率指數SCI300 |  | |
該發明所述的動態彎沉測量車採用加速度計來測量該發明所述的雷射動態彎沉測量車通過路面時所產生的動態彎沉，以標定該系統的參數。該方案採用一台加速度計來測量路面的動態彎沉量。根據一種具體實施方式，加速度計選擇SiliconDesign公司的2220-05型加速度計，該加速度計的量程為±5克。
如圖8A所示，加速度計83固定在一個鋼製安裝座82上，該鋼製安裝座82為鋼製的圓盤的底面，並在路面81上挖一個圓形洞，將鋼製安裝座82嵌入在該洞內，其電源線通過一個切槽引到路邊的固定接線盒內。
該加速度計83通過兩個M3的螺釘固定在一個鋼製安裝座82上，並使用702膠水粘牢固。路面上挖的孔洞要有一個台階，台階上用於固定鋼製安裝座82，鋼製安裝座82上面低於路面2-5毫米。中心挖的更深的洞用於給加速度計83騰出空間，防止加速度計83被破壞。鋼製安裝座82用黑色的環氧樹脂膠粘接在路面圓孔內，並用該膠將該圓孔填平至路面81相同的高度。
加速度計83的信號線通過一個25毫米深、5毫米寬的切槽引至路邊的接線盒內，當將信號線埋入該槽後，也用黑色的環氧樹脂膠將該槽填平。加速度計83的信號線終端放入一個埋入路邊的接線盒內，並做好與數據採集卡的接線插頭。
加速度計83的輸出信號經過A/D轉換卡後，輸入到攜帶型計算機，便攜計算機記錄路面的瞬態加速度值a，並對該加速度值進行如下處理，以得到路面的瞬時速度vt和變形值dt。
該發明所述雷射動態彎沉測量車的一種具體實施方式根據路面在標準重量的車輪的滾動壓力下，車輪中心前100毫米、300毫米及750毫米處的變形速度，根據彈性力學的歐拉-伯努利方程反演計算路面的動態彎沉值；雷射動態彎沉測量車採用多個雷射都卜勒測振儀測量路面的變形速度，其中在彎沉盆內設定了3-6個雷射都卜勒測振儀，另外一個雷射都卜勒測振儀安裝在彎沉盆外，用於作為速度測量的參考值；雷射動態彎沉測量車採用了1-3個光纖陀螺儀，用於監測測量橫樑的運動狀態，以補償測量橫樑在運動過程中產生的角運動；雷射動態彎沉測量車採用了一個專門設計的測距輪，安裝了一個光電旋轉編碼器，用於測量車輛的瞬時運行速度；光電旋轉編碼器的輸出信號經過分頻處理後，得到占空比為1:1的方波脈衝，直接輸入到A/D採集卡經過高頻採樣後，得到檢測車的瞬時速度；雷射動態彎沉測量車採用了多通道同步數據採集卡，將雷射都卜勒測振儀的測速信號、陀螺儀信號、路面溫度信號、車輪編碼器信號實現同步採集；雷射動態彎沉測量車採用了在測試路面上預埋加速度計來完成系統的動態標定。
該發明的路面動態彎沉測量車，可以在15-80公里/小時的速度範圍內連續測量路面的彎沉值，測量速度快，測量速度變化範圍寬；（傳統的方法速度太慢，一般小於5公里/小時，基本屬於靜態測量）
該發明的路面動態彎沉測量車，採樣頻率高，一般0.1米一個輸出值；（傳統的方法採樣頻率低，一般是20米一個測點或者50米一個測點）。
榮譽表彰
2014年11月6日，《雷射動態彎沉測量車》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
