動態鋪面紋理量測儀

儀器設備如圖 3.2 所示，主要是以電動代步車做為置具，再安裝上雷射位移感 測計、加速度規、距離感測器和資料擷取系統。此儀器原設計為測量路面的平坦 度，但若用在紋理量測時，則需改採高解析度及高取樣頻率之雷射位移感測計替 代之，將可量測到鋪面的紋理剖面。量測儀器各設備之介紹如下。

電動代步車前軸中央置具內裝有雷射位移感測計和加速度規，可量測車身與 鋪面之垂直距離。雷射規格如表 3.1 右欄所示，解析度可達 5.1μm，量測工作範圍 為 101.6 mm (±50.8mm)，因此當離地架設之高度為 129 mm 時，可量測到的範圍為 距離雷射 78.2~179.8 mm，線性度為±0.03%之間，光點直徑為 70μm，取樣頻率範 圍為 0.2~9400Hz。此雷射之規格符合 ISO 13473 和 ASTM E1845 對於量測鋪面紋 理儀之規範要求，如表 3.1 所示。雷射量測得到的數據為電壓值，需透過電壓與距

離的轉換公式，得到原始的高程變化，而此電壓轉換距離的轉換公式必須先藉由 已知高度的塊規進行校估確認；右後輪之輪軸上則裝有距離感測器（又稱輪速計）， 可量測車輛所行駛的水平距離。距離感測器之解析度為一圈 1000 個脈衝(pulse)，

即架設在車輪上時，輪軸每轉一個，可測得 1000 個脈衝，透過距離校估可得知脈 衝和脈衝間的距離，經由脈衝和脈衝間的距離即可得到原始行駛的水平距離。當 代步車行走時可同步記錄車身垂直位移之改變量，配合已知的水平距離，就可得 到該鋪面紋理剖面圖。檢測時採速度小於 1 km/hr 進行，並設定雷射位移計之取樣 頻率為 5000 Hz，使得水平位移間距約為 0.05 mm。

圖 3.2 電動代步車以及其各設備（左：距離感測器，中：資料擷取盒和感測器電 源，右：裝置雷射位移感測計和加速度規之置具）

表 3.1 動態鋪面紋理量測儀器與規範要求

雷射規格 規範要求[8][17] 動態鋪面紋理量測儀

解析度 ≦0.05mm (50μm) 5.1μm

工作範圍 >20mm 101.6mm (129±50.8mm)

線性度 <2% ±0.03%

測點大小 ≦1mm 70μm (0.07mm)

取樣頻率 無規定 0.2~9400Hz

夾角要求 <30° 依設置而不同

取樣間距的誤差 <10% <10%

應用鋪面紋理量測儀於現地量測前，必須先經過校估與驗證，以下將介紹鋪 面紋理量測儀之位移感測器和距離感測器之校估，校估完成後再進行儀器之驗 證。

1. 位移感測器：利用已知高度之塊規進行校估（塊規的高度不可超過雷射的工作 範圍），校估的地點必須為平坦面，可利用水準氣泡確認呈現水平，若地面處 於不水平的狀態，則可使用可調整至水平的平台（圖 3.3）做為量測的基準。

先量測地面（或是平台）之電壓值，再量測已知高度塊規的電壓值，將兩者的 電壓值透過電壓和高程的轉換式轉換為高程值後，相減得“量測的塊規高度”。

“量測高度”與“實際高度”的誤差不得超過 0.1 mm 或是實際高度 5%（選小值）。

若無達到此標準，則修改電壓值轉換高程值的轉換式，直至計算結果可達標準 為止。

圖 3.3 可調整水平之平台

3cm

2. 距離感測器：劃設 3 m 以上的直線做為檢測線，將代步車置於檢測線起點，檢

圖 3.4 矩形校正塊規

圖 3.5 階梯形校正塊規

圖 3.6 驗證動態量測紋理儀之計算示意圖

圖 3.7 量測驗證塊規之外形（橫軸為距離：m，縱軸為高程：mm）

高度 平台 平台 高度 平台 平台 高度 平台 平台

10 mm

平台 1 平台 2 平台 3 平台 4

高度 1 高度 2 高度 3

10mm 50mm

10mm 10mm 70mm

mm

50mm

10 mm

表 3.3 驗證動態量測紋理儀之三次檢測數據（單位：mm）

第一次 第二次 第三次

高度 1 9.974 9.970 9.978

高度 2 9.986 9.939 10.025

高度 3 10.004 9.998 9.968

由於量測三次的結果得到塊規高度 1、高度 2、高度 3 之量測高度皆和實際高 度誤差在 0.1 mm 以內，符合 ISO 13473 之規範要求，因此本儀器的驗證結果合乎 要求，可進行鋪面紋理之量測。