CN104236474A - 基于激光测量和485总线的桥梁变形监测方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明基于激光测量和485总线的桥梁变形监测方法及其系统，属于结构物变形或位移监测技术领域。通过激光将其作为测量桥梁垂直方向变形的基准，安装于桥梁跨中的激光接收系统，激光经目标靶成像后在感光元件上的位置的变化量经过转化后得到桥梁跨中下挠的信息，将检测结果通过485总线把数据传输给中转器，中转器再把数据无线发射给后台的主控中心。该桥梁变形监测系统是由若干个变形监测器、中转器、后台主控中心组成，变形监测器布置于桥梁的各个待测跨内；485总线上的各个激光接收处理器以轮询方式工作，每次只有一个激光接收处理器响应指令以输出位移字节数据。本发明可实现对桥梁各跨度下挠情况的连续的自动监测。
Description
技术领域
本发明涉及结构物变形或位移监测方法及其系统，特别是一种基于激光测量和485总线的桥梁变形监测方法及其系统。
背景技术
目前在桥梁变形检测方面应用的主要方法有拉钢丝法、水准仪法、经纬仪法等。拉钢丝法所需设备简单，操作容易，但钢丝拉力不好掌握，同时钢丝具有一定的弹性和韧性，特别是弯曲以后不易拉直，再加上钢丝自重的影响，造成测量误差较大。水准仪法在短距离测量时有盲区，在大跨度测量时，一般水准仪读尺模糊，影响精度。经纬仪法只能测量主梁的受载变形情况，不能反映静载情况。最重要的一点是，后两种方法均无法实现连续的自动监测。
发明内容
利用激光具有方向性好、高光亮度等特点，将其作为一种局部基准，投射到激光接收处理器上，通过对其光斑位置的解析，可以间接地获得激光接收处理器所在位置的变形和位移参数，是一种在线桥梁变形监测的理想方法。为此，本发明公开了一种基于激光测量和485总线的桥梁变形监测方法及其基于该方法的监测系统，实现对桥梁各跨度下挠情况的连续的自动监测。
本发明方法技术方案表征为：
一种基于激光测量和485总线的桥梁变形监测方法，其特征在于，通过利用激光具有方向性好、高光亮度等特点，将其作为测量桥梁垂直方向变形的基准。当桥梁在载荷作用下或产生永久变形后, 桥梁跨中将产生下挠, 安装于跨中的激光接收系统随之下移, 激光经目标靶成像后在感光元件上的位置相应变化, 此变化量经过转化后得到下挠的信息, 然后通过在线的数据处理得到位移值，实现变形的实时测量, 同时可以将检测结果通过485总线把数据传输给中转器，中转器再把数据无线发射给后台的主控中心供其对数据的处理利用。
本发明系统技术方案表征为：
一种基于激光测量和485总线的桥梁变形监测系统，其特征在于，该桥梁变形监测系统是由若干个变形监测器、中转器、后台主控中心组成。所述的若干个变形监测器分别布置于整个桥梁的各个待测跨内，每个变形监测器设置一个激光发射器和一个激光接收处理器，所述激光接收处理器与激光发射装置之间通过供电导线连接。每个跨内的激光发射器和激光接收处理器组成了该跨内采集单元，每个采集单元都以激光接收处理器通过485总线与中转器连接。所述激光发射器通过支架安装固定在桥墩或其它相对固定的物体上；所述激光接收处理器安装固定在产生下挠的桥梁跨中的下方；所述激光接收处理器与激光发射器，两者正对安装，两者之间的相对位置保证激光发射器发出的激光束正好投射到激光接收处理器的目标靶上。
每个桥梁跨内的激光接收处理器接收来自于对应的激光发射器发射过来的激光，经目标靶成像后在激光接收处理器的感光元件上的位置相应变化，通过激光接收处理器进行在线数据处理，获得激光接收处理器相对于基准激光束的垂直位置偏移量，从而直接获得桥梁跨中的变形值。激光接收处理器通过485总线将获得的桥梁跨中的变形值发送给所述的中转器，中转器再把数据无线发射给后台的主控中心供其对数据的处理利用。
485总线上的各个激光接收处理器以轮询方式工作，每次只有一个激光接收处理器响应指令以输出位移字节数据。所述485总线采用轮询的方式，由中转器作为上位机先对系统中的一个激光接收处理器（即下位机）发出采集指令，该桥梁激光接收处理器接到指令后作出应答以输出位移在上下方向的数值，中转器在接到该应答后对下一个监测器发出采集指令，依次循环反复。中转器发出的指令由四个字节组成，其格式是： ** ## ##。其中**号代表激光接收处理器ID号，代表采集变形即上下位移量的指令码。后面的四个#号代表的CRC16校验值。各字节连续发送，数据帧间隔50毫秒以上。激光接收处理器返回的指令格式是： ** $$ ……$$ ## ##。其中**号代表激光接收处理器ID号，代表指令码。$$代表监测结果，后面的四个#号代表CRC16校验值。各字节连续发送。
本发明通过利用激光具有方向性好、高光亮度等特点，将其作为测量桥梁垂直方向变形的基准，投射到激光接收处理器上，当桥梁跨中产生下挠位移时，投射在目标靶即激光接收处理器上的光斑的坐标值将发生变化，通过捕捉这个变化量以实现桥梁变形监测。也就是说，从静止不变的激光发射器投射过来的激光经目标靶成像后在感光元件上的位置相应变化，通过激光接收处理器进行在线数据处理，获得激光接收处理器相对于基准激光束的垂直位置偏移量，从而直接获得桥梁跨中的变形值。如此，本发明技术方案相对于现有技术，实现了连续的自动监测。
附图说明
图1本发明系统整体示意图。
图2监测系统跨内变形监测器的安装示意图。
图3桥梁变形监测的连接关系示意图。
图中数字标记：桥面板1，桥墩2，激光发射器3，激光发射器支架31，激光接收处理器4，中转器5，485总线6。
具体实施方式
本发明基于激光测量和485总线的桥梁变形监测系统，该桥梁变形监测系统是由若干个变形监测器、中转器、后台主控中心组成，如图1所示。所述的若干个变形监测器分别布置于整个桥梁的各个待测跨内，每个变形监测器设置一个激光发射器和一个激光接收处理器，所述激光接收处理器与激光发射装置之间通过供电导线连接。每个跨内的激光发射器和激光接收处理器组成了该跨内采集单元，每个采集单元都以激光接收处理器通过485总线与中转器连接。所述激光发射器通过支架安装固定在桥墩或其它相对固定的物体上；所述激光接收处理器安装固定在产生下挠的桥梁跨中的下方；所述激光接收处理器与激光发射器，两者正对安装，两者之间的相对位置保证激光发射器发出的激光束正好投射到激光接收处理器的目标靶上，如图2、图3所示。
激光发射器安装在桥墩或其它相对固定的物体上，激光接收处理器一般安装于桥梁跨中的下方，如图2所示。两者相距可达数十米。安装位置保证激光发射器发出的激光束可以正好投射到激光接收处理器的目标靶上。激光接收处理器与激光发射器之间通过导线连接，激光发射器根据需要发射激光束。激光接收处理器通过485总线与信号中转器连接，将采集到的桥梁变形信号输出。
每个桥梁跨内的激光接收处理器接收来自于对应的激光发射器发射过来的激光，经目标靶成像后在激光接收处理器的感光元件上的位置相应变化，通过激光接收处理器进行在线数据处理，获得激光接收处理器相对于基准激光束的垂直位置偏移量，从而直接获得桥梁跨中的变形值。激光接收处理器通过485总线将获得的桥梁跨中的变形值发送给所述的中转器，中转器再把数据无线发射给后台的主控中心供其对数据的处理利用。
基于激光测量和485总线的桥梁变形监测系统依据以下方式工作：由中转器或其它中间控制设备向桥上485网络中的各下位机循环发送采集指令，指令是以下位机（即激光接收处理器）ID号为首字节的字节序列。网内的各下位机根据指令的顺序轮流响应指令进行变形采集并即时将结果发回中转器。中转器发出的指令格式是： ** ## ##。其中**号代表下位机ID号，代表采集变形的指令码。后面的四个#号代表的CRC16校验值。各字节连续发送，数据帧间隔50毫秒以上。下位机返回的指令格式是： ** $$ ……$$ ## ##。其中**号代表下位机ID号，代表指令码。$$代表监测结果，后面的四个#号代表CRC16校验值。各字节连续发送。
Claims (2)
1.一种基于激光测量和485总线的桥梁变形监测方法，其特征在于，通过激光将其作为测量桥梁垂直方向变形的基准，当桥梁在载荷作用下或产生永久变形后, 桥梁跨中将产生下挠, 安装于跨中的激光接收系统随之下移, 激光经目标靶成像后在感光元件上的位置相应变化, 此变化量经过转化后得到下挠的信息, 然后通过在线的数据处理得到位移值，实现变形的实时测量, 同时可以将检测结果通过485总线把数据传输给中转器，中转器再把数据无线发射给后台的主控中心供其对数据的处理利用。
2.一种基于激光测量和485总线的桥梁变形监测系统，其特征在于，该桥梁变形监测系统是由若干个变形监测器、中转器、后台主控中心组成，
所述的若干个变形监测器分别布置于整个桥梁的各个待测跨内，每个变形监测器设置一个激光发射器和一个激光接收处理器，所述激光接收处理器与激光发射装置之间通过供电导线连接；每个跨内的激光发射器和激光接收处理器组成了该跨内采集单元，每个采集单元都以激光接收处理器通过485总线与中转器连接；
所述激光发射器通过支架安装固定在桥墩或其它相对固定的物体上；所述激光接收处理器安装固定在产生下挠的桥梁跨中的下方；所述激光接收处理器与激光发射器，两者正对安装，两者之间的相对位置保证激光发射器发出的激光束正好投射到激光接收处理器的目标靶上；
每个桥梁跨内的激光接收处理器接收来自于对应的激光发射器发射过来的激光，经目标靶成像后在激光接收处理器的感光元件上的位置相应变化，通过激光接收处理器进行在线数据处理，获得激光接收处理器相对于基准激光束的垂直位置偏移量，计算直接获得桥梁跨中的变形值；
激光接收处理器通过485总线将获得的桥梁跨中的变形值发送给所述的中转器，中转器再把数据无线发射给后台的主控中心供其对数据的处理利用；
485总线上的各个激光接收处理器以轮询方式工作，每次只有一个激光接收处理器响应指令以输出位移字节数据；
所述485总线采用轮询的方式，由中转器作为上位机先对系统中的一个激光接收处理器发出采集指令，该桥梁激光接收处理器接到指令后作出应答以输出位移在上下方向的数值，中转器在接到该应答后对下一个监测器发出采集指令，依次循环反复；
中转器发出的指令由四个字节组成，其格式是： ** ## ##，其中**号代表激光接收处理器ID号，代表采集变形即上下位移量的指令码，后面的四个#号代表的CRC16校验值，各字节连续发送；
激光接收处理器返回的指令格式是： ** $$ ……$$ ## ##，其中**号代表激光接收处理器ID号，代表指令码，$$代表监测结果，后面的四个#号代表CRC16校验值，各字节连续发送。
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