CN104198760B - 实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置，包括车载支架、固定在车载支架上的驱动装置以及与所述驱动装置连接的悬梁，在悬梁上设置有至少一个信号采集盒，在信号采集盒内设置有加速度传感器、弹簧以及上底板，加速计传感器固定在上底板上，弹簧套设在所述的加速计传感器上并位于上底板上表面与信号采集盒内顶面之间，在所述上底板的下端还连接有一穿过所述信号采集盒下端的导向柱，在导向柱的下端固定连接一下底板；在所述信号采集盒的上端固定有一滑块，该滑块与所述的悬梁连接。它能够实现和传统方法一样的精确测量，特别的是它能够实现移动式的自动化的加速度计安装与拆卸，从而大幅节省试验时间和提高工作效率。

Description

实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置

技术领域

本发明涉及土木与交通工程的中小桥梁快速测试与安全评估领域。本发明为一种适用于中小桥梁快速测试的车载式伸缩悬臂系统，使得加速度传感器无需粘贴在桥面即可准确测量，从而达到移动式测量和快速测试的目的，大幅提高测试效率和节省成本。

背景技术

桥梁的测试与健康诊断工作对保证桥梁服役安全和避免桥梁坍塌等恶性事故至关重要。截至2009年底，我国桥梁总数多达59.46万座，其中中小型桥梁55.28万座。由于资金、人力、重视程度等各方面的限制，众多中小型桥梁年久失修，可能存在严重的安全隐患，急需进行有效的安全普查。因此，开发速度快、成本低的中小桥梁健康诊断技术是一项急迫的科学任务。

基于移动式测量车的振动测试是能够实现中小桥梁快速评估的新型健康监测方法。它通过使用少量的加速度计、随着测量车的移动在桥面上快速测量，方便快捷高效。但是，要实现方便快捷的移动式测量车的快速测试，传统的传感器布置方法不再适用。在传统方法中，需要通过人工操作将加速度计通过胶或磁座等粘贴固定于桥面，然后进行结构的动态反应测量。这就造成传感器不易拆卸和重复使用，导致人工操作多，耗费时间长，无法适用于以快速测试为目的的移动式测量车辆。

为了解决上述的加速度计传统布置方法的问题，使其能够满足新型的移动式测量车的快速测试的工程需要，本发明通过设计一种可自动伸缩和移动的悬臂系统来下压而非粘贴加速度计到桥面，并且它可随车自由移动和全自动化安装与拆卸，从而实现了车载式加速度计的自动化布置和有效测量，适用于新型的移动式测量车进行桥梁分块冲击振动测试的工程需要，为中小桥梁快速测试与安全评估创造了必要条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术部分介绍的移动式测量中传统的加速度计布置方法不再适用的问题，而提供一种新型的适用于移动测量的基于车载伸缩悬臂系统的实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置，其特征在于：包括车载支架、固定在车载支架上的驱动装置以及与所述驱动装置连接的悬梁，在悬梁上设置有至少一个信号采集盒，在所述的信号采集盒内设置有加速度传感器、弹簧以及上底板，所述的加速计传感器固定在所述的上底板上，所述的弹簧套设在所述的加速计传感器上并位于所述上底板上表面与信号采集盒内顶面之间，在所述上底板的下端还连接有一穿过所述信号采集盒下端的导向柱，在导向柱的下端固定连接一下底板；在所述信号采集盒的上端固定有一滑块，该滑块与所述的悬梁连接。

所述的驱动装置包括水平气缸、竖直气缸以及与所述水平气缸和竖直气缸的进气端和出气端连接的气泵制动系统，所述的竖向气缸固定在车载支架上，在所述竖向气缸的输出端固定所述的水平气缸，所述的悬梁固定在所述水平气缸的输出端。

在所述竖向气缸的输出端固定有一槽钢，所述的水平气缸固定在槽钢内。

本发明加速度计传感器是与车辆底盘的自动伸缩悬臂联结在一起，可自由移动、自动化安装与拆卸，多次置重复使用，实现自动化传感器布置和快速试验的要求，不需要像传统方法一样通过胶或磁座等将传感器固定在桥面上，试验结果显示拟公开方法能达到传统方法一样的测量精度，却能大幅节省试验时间和成本；

气泵制动系统控制悬臂的左右和上下自由移动，装有加速度计的采集盒通过滑块与自动悬臂连接，可自由到达指定测试区域，然后气泵系统产生下压力通过悬臂、滑块、弹簧的传递下压采集盒在桥面上，从而保证加速度计能够紧贴地面，实现了移动测量所需要的传感器快速布置。

本发明所述的技术方案的有益效果是：

a)加速度计是与移动式测量车联结在一起的，无需固定在桥面上，并可随车一起移动，实现了自动化布置于移动采集的要求，气缸制动系统施加竖向力下压悬臂，通过滑块、弹簧等传递竖向下压力压迫加速度计紧贴地面，从而保证加速度计测量的准确性；

b)悬臂装置由水平和竖直方向气缸驱动，在由电磁阀组成的控制系统的控制下可以实现全程自动移动，从而带动加速度计至测量位置。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明信号采集盒的结构示意图；

图3是本发明的测试效果图。

图中标识含义：滑块1，弹簧2，加速度传感器3，上底板4，导向柱5，下底板6，信号采集盒,7，悬臂8, 水平气缸9, 竖直气缸10, 气泵制动系统11。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：

如图1所示，本发明实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置，包括安装在移动测量车车载支架上的竖直气缸10和气泵制动系统11，气泵制动系统11固定在竖向气缸连线的中点处，用螺栓与上底板固定，气泵制动系统用密封橡胶管与水平气缸9和竖直气缸10相连用于控制水平气缸9和竖直气缸10的动作。安装在测量车底板下方的具有槽型截面的槽钢，放置在槽钢里面的水平向气缸7，悬臂8连接在水平气缸9上，悬臂8上装有可移动的滑块1，每个滑块下端连接采集盒5，在采集盒内安装有弹簧2、加速度传感器3和上底板4，加速计传感器3固定在上底板4上，弹簧2套设在加速计传感器3上并位于上底板上表面与信号采集盒内顶面之间，在上底4板的下端还连接有一穿过信号采集盒5下端的导向柱6，在导向柱6的下端固定连接一下底板7，如图2所示。在气泵和控制器以及控制器和气缸之间都有进出气管道相连，控制器可按照指令控制进出气管道阀门的自动打开与关闭。采集盒内安装的加速度传感器通过数据线与放置在车上的数据采集仪（没有画出）相连采集和传输数据。

本发明装置的使用方法为：

1)移动式测量车行驶到桥面指定测试区域停稳后，气泵产生的气体由气泵制动系统送到竖直两个气缸内，引导悬臂沿竖直方向移动至距地面高五厘米处后保持静止，并停止对竖直气缸送气；

2)气泵制动系统将气体送到水平方向的两个气缸内，引导悬臂沿水平方向伸缩移动至测试点上方。在伸缩悬臂沿水平方向运动的同时，悬臂上通过滑块连接的采集盒分散开来，分布与悬臂上，此时停止对水平气缸送气；

3)气泵制动系统对竖直气缸送气，引导悬臂竖向移动至地面，并根施加一定的压力下压采集盒，该竖向压力通过采集盒内弹簧的传递下压上底板和加速度计至地面，即可开始采集数据；

4)数据采集完成后，气泵制动系统控制气缸引导悬臂沿竖向和水平方向移动将传感器与悬臂回复至初始位置以供下次测试使用。

下面结合一个具体的实施例，具体来阐述本发明的测量效果。

实施例

按照具体实施方式中的步骤通过控制器控制气泵系统引导悬臂竖直和水平方向自由移动至测量位置后，下压悬臂，该竖向下压力通过滑块传递至采集盒内的弹簧，进而下压加速度计使其紧密接触桥面以保证测量结果的准确性。为研究下压力大小对测量结果的影响，分别采用不同的竖向力下压加速度计，并分别进行桥面的加速度测量。为验证移动式布置方法中所测量加速度的准确性，同时按照传统方法粘贴另外的加速度计至同一位置进行测量，所测量的精确测量值作为参考。通过比较移动式布置方法中的测量值和传统粘贴方法中的精确测量值，可以验证移动式布置方法的有效性。它们的相关系数被用来比较两条加速度时程的一致性。两个加速度时程的相关系数在0至1之间，如果为1，说明它们完全一致。该相关系数越大，说明一致性越强。图3中测试结果显示，随着竖向下压力的逐渐增强，两种方法所得的加速度时程的相关性逐渐增强。当竖向下压力达到40N后，相关系数逼近1，说明移动式布置方法的效果和传统的粘贴式布置方法的效果一致。为了验证测试结果的稳定性，同样的试验进行了第二次，所得结果和第一次测试结果一致，表明了所揭示规律的可靠性。该实施例表明，在应用本发明的移动式布置方法时，只要竖向下压力达到40N以上，即可得到和传统粘贴方法一样的效果，而该发明方法全自动操作、适用于移动式测量，其方便快捷程度远优于传统的粘贴式布置方法。

Claims (3)

1.一种实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置，其特征在于：包括车载支架、固定在车载支架上的驱动装置以及与所述驱动装置连接的悬梁，在悬梁上设置有至少一个信号采集盒，在所述的信号采集盒内设置有加速度传感器、弹簧以及上底板，所述的加速度传感器固定在所述的上底板上，所述的弹簧套设在所述的加速度传感器上并位于所述上底板上表面与信号采集盒内顶面之间，在所述上底板的下端还连接有一穿过所述信号采集盒下端的导向柱，在导向柱的下端固定连接一下底板；在所述信号采集盒的上端固定有一滑块，该滑块与所述的悬梁连接。

2.根据权利要求1所述的实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置，其特征在于：所述的驱动装置包括水平气缸、竖直气缸以及与所述水平气缸和竖直气缸的进气端和出气端连接的气泵制动系统，所述的竖直气缸固定在车载支架上，在所述竖直气缸的输出端固定所述的水平气缸，所述的悬梁固定在所述水平气缸的输出端。

3.根据权利要求2所述的实现传感器自动化布置的车载伸缩悬臂装置，其特征在于：在所述竖直气缸的输出端固定有一槽钢，所述的水平气缸固定在槽钢内。