CN105674946A - 一种大跨度桥梁挠度监测系统 - Google Patents

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陈少文
王甲辰
周呈强
魏斌
吴益林
许肇峰
王勇平
林志春
陈科强
何惟煌
王强
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Abstract

本发明涉及一种大跨度桥梁挠度监测系统，包括基准箱、连通管、压力传感器、屏蔽双绞线和高速同步数据采集设备，所述基准箱外部通过连通管连接2个温度补偿压力传感器，所述压力传感器设置多个，其高压侧与连通管的开口相连，低压侧与大气相连，所述屏蔽双绞线将多个压力传感器与高速同步数据采集设备相连接。本发明的高溶解度盐溶液配制而成重液，在20℃条件下重液密度可达每立方厘米2.0克，提高了挠度的测量精度，降低系统的成本，采用高速率压力传感器和高采样率的数据采集设备，能够更准确测量瞬时挠度极值，设置两个温度补偿压力传感器，能够实时得到温度变化时连通管内液体的密度，降低了挠度测量误差，提升了系统的可靠性。

Description

一种大跨度桥梁挠度监测系统
技术领域
本发明涉及一种桥梁挠度监测技术领域，尤其涉及一种大跨度桥梁挠度监测系统。
背景技术
主梁挠度是进行桥梁安全性、适用性评价的重要指标，桥梁挠度监测系统是桥梁健康监测系统的必备子系统。
桥梁监测的最终目的是进行损伤识别和评估预警。目前，实际应用中结构损伤识别效果并不理想，监测数据不能满足损伤识别方法的要求是一个重要的原因。对于挠度监测系统来说，为了顺利进行结构的损伤识别等工作，对桥梁挠度监测数据的要求有：1.高精度；2.稳定性；3.足够的采样速率，不丢失变形极值；4.同步性，能够得到桥梁整体的挠度曲线。
在现有技术中，工程中常用的桥梁挠度监测方法有机器人法、倾角仪法、激光投射法、GPS法、连通管法等。各种方法互有优劣，尚没有一种方法可以完全达到准确、稳定、快速、同步的挠度监测要求。国内外已有的大跨度桥梁健康监测系统中，从测量精度、使用寿命以及经济性角度综合考虑，应用最为广泛的是连通管式挠度监测方法，但是现有的连通管式挠度监测方法存在以下不足：
（1）量程和精度的矛盾较大，对于大跨度桥梁，累计变形量可达几十厘米，甚至达到米级，而使用荷载下的瞬时变形量只有毫米级，此外，受纵波影响，测点与基准点的水头有时相差数米，这种量程和精度的矛盾，已经达到了现有传感器技术水平的极限。
（2）采样速度过慢，为了减少数据量，连通管系统的采样周期一般在1分钟以上，远远低于桥梁的自振频率，无法准确捕捉挠度的瞬时峰值，造成监测量偏低。
（3）数据采集方式不合理，为节省线缆成本，工程中大量使用了485总线的数据采集方式，各个测点轮询采集，得到的是各测点不同时刻的挠度，无法得到桥梁同一时刻的挠度曲线。
为了克服前述弊端，提升基于连通管的桥梁挠度监测系统的精度、采样速度和同步性，现有技术需要改进。。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种大跨度桥梁挠度监测系统，包括：基准箱、连通管、压力传感器、屏蔽双绞线和高速同步数据采集设备，所述基准箱外部通过连通管连接2个温度补偿压力传感器，所述压力传感器设置多个，其高压侧与连通管的开口相连，低压侧与大气相连，所述屏蔽双绞线将多个压力传感器与高速同步数据采集设备相连接。
优选的，所述基准箱和连通管内填充高密度重液，所述高密度重液由高溶解度盐溶液配制而成，所述高密度重液在20℃下液体的密度为每立方厘米1.1克—2.0克，凝固点为-20℃—-5℃，对不锈钢、铜、尼龙、橡胶圈系统组件无腐蚀性。
优选的，所述压力传感器为高精度电容式差压变送器，其参考精度为0.05%，更新速率每秒大于20次，在6米测点高差时，挠度测量精度为0.5毫米。
优选的，所述高速同步数据采集设备采用24位高精度同步数据采集仪，采样精度为0.01%，采样频率≥10f5，f5为桥梁的第5阶竖向频率，高速同步数据采集设备通过以太网和/或GPRS和/或3G和/或4G方式与上位机通讯。
优选的，所述温度补偿压力传感器用于测量2个温度补偿压力传感器之间的竖向间距和两者之间的压力测试差值，并实时计算连通管内液体的密度，以随温度的变化补偿液体密度。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
（1）与传统的添加甘油、乙二醇等有机溶剂形成的密度每平方厘米小于1克的防冻液相比，本发明的高溶解度盐溶液配制而成重液，具有防冻、防腐、配制简单、密度高的特点，在20℃条件下重液密度可达每立方厘米2.0克。高密度的重液，可以提高挠度的测量精度，或在相同的挠度测量技术指标下，可以放宽对压力传感器的精度要求，大大降低系统的成本。
（2）采用高更新速率的压力传感器及高采样率的数据采集设备，与传统的慢速采集方案相比，能够更准确地把握系统的瞬时挠度极值，监测数据有利于进行结构的损伤识别。
（3）在基准箱处布置两个温度补偿压力传感器，与传统的单基准点方案相比，能够实时计算得到温度变化时连通管内液体的密度，消除了密度随温度变化从而引起的挠度测量误差，提升了系统的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所使用的附图做一简单地介绍。
图1是本发明的一种大跨度桥梁挠度监测系统结构示意图；
图中：1、基准箱；2、连通管；3、压力传感器；4、屏蔽双绞线；5、高速同步数据采集设备；6、温度补偿压力传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种大跨度桥梁挠度监测系统。包括：基准箱1、连通管2、压力传感器3、屏蔽双绞线4和高速同步数据采集设备5，所述基准箱1外部通过连通管2连接2个温度补偿压力传感器6，所述压力传感器3设置多个，其高压侧与连通管2的开口相连，低压侧与大气相连，所述屏蔽双绞线4将多个压力传感器2与高速同步数据采集设备5相连接。
所述基准箱1和连通管2内填充高密度重液，所述高密度重液由高溶解度盐溶液配制而成，在20℃下液体的密度为每立方厘米1.1克—2.0克，凝固点为-20℃—-5℃，对不锈钢、铜、尼龙、橡胶圈系统组件无腐蚀性。
所述压力传感器3为高精度电容式差压变送器，其参考精度为0.05%，更新速率每秒大于20次，在6米测点高差时，挠度测量精度为0.5毫米。如图1所示，图中δi为第i个压力传感器3检测的变量，Hi为第i个压力传感器3的测点高差。
所述高速同步数据采集设备5采用24位高精度同步数据采集仪，采样精度为0.01%，采样频率≥10f5，f5为桥梁的第5阶竖向频率，高速同步数据采集设备5通过以太网和/或GPRS和/或3G和/或4G方式与上位机通讯。
所述温度补偿压力传感器6用于测量2个温度补偿压力传感器6之间的竖向间距和两者之间的压力测试差值，并实时计算连通管内液体的密度，以随温度的变化补偿液体密度。定义2个温度补偿压力传感器6的竖向间距H0，两者的压力测量差值为ΔP0，通过H0和ΔP0实时计算连通管内液体的密度ρ=ΔP0/(gH0)，可以随温度的变化补偿液体密度，其中g为桥址处的重力加速度。
以上对本发明所提供的一种大跨度桥梁挠度监测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大跨度桥梁挠度监测系统，其特征在于，包括：基准箱、连通管、压力传感器、屏蔽双绞线和高速同步数据采集设备，所述基准箱外部通过连通管连接2个温度补偿压力传感器，所述压力传感器设置多个，其高压侧与连通管的开口相连，低压侧与大气相连，所述屏蔽双绞线将多个压力传感器与高速同步数据采集设备相连接。
2.根据权利要求1所述的大跨度桥梁挠度监测系统，其特征在于，所述基准箱和连通管内填充高密度重液，所述高密度重液由高溶解度盐溶液配制而成，所述高密度重液在20℃下液体的密度为每立方厘米1.1克—2.0克，凝固点为-20℃—-5℃，对不锈钢、铜、尼龙、橡胶圈系统组件无腐蚀性。
3.根据权利要求1所述的大跨度桥梁挠度监测系统，其特征在于，所述压力传感器为高精度电容式差压变送器，其参考精度为0.05%，更新速率每秒大于20次，在6米测点高差时，挠度测量精度为0.5毫米。
4.根据权利要求1所述的大跨度桥梁挠度监测系统，其特征在于，所述高速同步数据采集设备采用24位高精度同步数据采集仪，采样精度为0.01%，采样频率≥10f5，f5为桥梁的第5阶竖向频率，高速同步数据采集设备通过以太网和/或GPRS和/或3G和/或4G方式与上位机通讯。
5.根据权利要求1所述的大跨度桥梁挠度监测系统，其特征在于，所述温度补偿压力传感器用于测量2个温度补偿压力传感器之间的竖向间距和两者之间的压力测试差值，并实时计算连通管内液体的密度，以随温度的变化补偿液体密度。
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