CN107727339A - 一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁工程检测技术领域，具体涉及一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，包括：检测车，在待测桥梁上移动；信号拾取装置，设置于所述检测车上，用于拾取待测桥梁传递到所述检测车上的振动信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的振动信号。本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置能够全面、实时、有效且精确地采集桥梁响应信号，从而满足基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的需求。

Description

一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置

技术领域

本发明属于桥梁工程检测技术领域，具体涉及一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展和城市化进程的不断加深，国家对交通基础设施的建设越来越重视。桥梁结构作为连接交通工程的“咽喉”，其重要性不言而喻。桥梁结构作为“生命线”工程中的重要一环，对正常的交通运输以及防灾救灾至关重要，因此对其安全性、耐久性与正常使用功能的要求也越来越高。

但一方面，在桥梁结构的施工过程中，由于材料的不均匀性和施工精度等问题，会使得实际结构的动力特性和设计预想存在偏差；另一方面，在桥梁的运营过程中，会受到地震、强风、车辆超载等因素的影响，加上材料自身性能的不断退化、老化，结构构件会出现不同程度的损伤，如果这些损伤未被及时发现并修复，那么随着损伤积累，结构的正常使用就会受到影响，严重时甚至会引起结构的断裂、倒塌，对人民群众的生命财产安全造成威胁。所以，在桥梁结构等工程项目中，无论施工阶段，还是运营服役阶段，都需要对其定期检测，了解结构的性态，并以此为基础，进一步实现结构的健康监测。

近些年来，国内外发生的一些工程事故，更进一步说明了对结构进行损伤检测的必要性。除去可能存在的设计不当、施工质量问题外，有很大部分的原因在于其桥梁在服役阶段，并无及时的检测发现可能存在的安全隐患，进而采取相应的维护措施。但现行的检测工作往往需要监测人员定期对桥梁进行检测，且这种人工检测工作往往具有盲目性，工作量巨大；或者在桥梁结构上安装传感器，通过采集信号对桥梁状态进行评定，这样需要大量传感器布置，且面临着海量的数据处理工作，极大地耗费了人力物力。所以急需一种可以快速、有效、经济的方法对桥梁的动力特性进行测定，同时也可以在一定程度上对桥梁是否损伤、哪里损伤、损伤多少进行评定，来指导、协助桥梁的检测维护人员尽早发现桥梁病害，制定养护方案。

另外在检测过程中，能否完整有效且高精度的采集响应信号将对检测结果的准确性有重大影响，是关键性的一个环节。首先，整个桥梁的任一部分均有可能存在损伤，所以需要对待测桥梁的任一部分的响应信号均进行全面、实时、有效的采集，所以信号采集装置需要具备扫描式信号采集的功能，才能使预期的桥梁检测得以实现。另外，为了获得高精度的检测结果，信号采集必须准确，保证所采集到的信号为有价值的、真实的包含了桥梁响应信号，而由于桥梁表面情况复杂多样，实际检测时周围环境又很难达到理想状态，各种干扰噪声都有可能严重影响信号采集结果。其次，所开发的基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法具有全面性，通用性等特点，对各式大小桥梁均能得到很好的应用，需要对检测车的车体质量、车体竖向刚度以及车辆本身的固有频率等均有很大的要求。同时，现有间接量测法用检测车结构往往不适于进行长途拖动，在运输工作上往往需要耗费大量的时间及费用，且安装费时费力，测试结果以体现桥梁结构频率为主，测试目的简单，不能达到结构检测的效果。

发明内容

本发明目的是：旨在提供一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，能够全面、实时、有效且精确地采集桥梁响应信号，从而满足基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的需求。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，包括：

检测车，在待测桥梁上移动；

信号拾取装置，设置于所述检测车上，用于拾取待测桥梁传递到所述检测车上的振动信号；

信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的振动信号。

进一步，所述检测车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动检测车在待测桥梁上移动。

进一步，所述驱动装置为牵引车，除在检测中承担牵引作用外，同时也具有拖动检测车从而承担运输的功能。

进一步，所述检测车包括车体和连接臂杆，车体包括车架、车轮、水箱和配重块；车轮为气胎或PU胎；连接臂杆，分别设置于车体前端与牵引车连接用于检测的连接臂杆以及设置于车体后端与运输车辆连接用于运输的连接臂杆；水箱，放置装水水桶用来改变检测车质量、刚度及阻尼；配重块可微量调节检测车质量、刚度及阻尼，水桶和配重块可拆卸。

进一步，所述车轮包括左右两个车轮，车轮关于纵向车身轴线对称设置，车体质心集中，质心位置靠近或者位于检测车车轴中心。

进一步，所述检测用连接臂杆与牵引车连接处为刚性连接，避免检测车发生跑偏及俯仰现象；与检测车连接处为柔性连接并在顶端采用柔性垫块结构避免牵引车振动传递到检测车，可在车体纵向车身轴线位置单处连接，也可对称于纵向车身轴线位置两处连接，所述运输用连接臂杆与运输车及检测车连接处均为刚性连接，结构做加固处理，以便运输车辆可以拖动检测车上路运输，且连接臂杆可拆卸，以便随时拆除避免影响检测效果，检测用连接臂杆为阻隔牵引车信号传递到检测车，同时防止检测车检测中发生跑偏等现象，长度宜控制在1m内；运输用连接臂杆为保证拖动稳定，需要进行加固处理，长度宜控制在0.5m内。

进一步，所述水箱位于车架正上方，水箱内放置多个水桶，水桶可固定可拆卸，通过改变满装水的水桶数量可以快速方便的改变检测车质量，同时，水箱内胆边缘缝隙处用泡沫等柔性材料进行填充，防止检测车因刹车等惯性力作用对检测结果产生的影响；所述配重块设置于车体上，位于水箱正下方，配重块固定于车体内，并便于拆卸，防止检测车因刹车等惯性力作用导致配重块松动。

进一步，所述信号拾取装置为振动传感器，其中一个振动传感器靠近或者位于车体质心位置，振动传感器包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器。

进一步，所述信号收集装置包括高精度数据采集卡和信号处理终端。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点及特点：

1、包括检测车，该检测车可在待测桥梁表面移动，检测车上设有信号拾取装置，从而在检测车移动的同时，可实时对待测桥梁的信号进行采集，以满足基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的需求；

2、检测用连接臂杆与牵引车连接处为刚性连接，可以有效避免检测车发生跑偏及俯仰等现象影响检测效果；与检测车连接处为柔性连接并在顶端采用柔性垫块结构隔断牵引车信号传递到检测车，可在车体纵向车身轴线位置单处连接，也可对称于纵向车身轴线位置两处连接。运输用连接臂杆与运输车及检测车连接处均为刚性连接，且进行了加固处理，可以对检测车进行长途拖动，有效解决检测车运输的问题；且连接臂杆可拆卸，以便随时拆除从而避免影响检测效果，另外，两种连接臂杆形式可按需求进行设计，使得检测车能够适应各种需求，实现多辆检测车按照串联或并联等连接方式同时进行检测；

3、能够做到全面、实时、有效地采集桥梁响应信号，信号采集精度高，能够避免周围环境噪声干扰，信号采集数据结果能够反映真实的桥梁响应信号；

4、能够在不中断桥梁正常交通的情况下进行信号采集，且信号采集准确，具有非常大的社会效益和经济效益；

5、信号拾取装置设置于检测车上，检测车经过特殊设计，具有很好的刚性特性，并且检测车仅存在左右两个车轮，可以近似表现为单自由度体系，能够将待测桥梁响应信号真实有效地传递至信号拾取装置，并且检测车车体本身具有自平衡特性，在信号采集过程中不会产生振动干扰，进一步保证了检测结果的准确性；

6、检测车车体上设置水箱，水箱内放置多个水桶，车辆运输时将水桶内水全部排空，可以有效降低车体质量，便于运输；检测时，可以就地取水，通过改变满装水的水桶数量可以快速方便的改变检测车质量、刚度和阻尼，同时，水箱内胆边缘缝隙处用泡沫等材料进行填充，防止检测车因刹车等惯性力作用对检测结果产生的影响；

7、检测车车体上设置配重块，位于水箱下方，可用于微量调节检测车质量、刚度和阻尼，配重块应固定于车体内，并便于拆卸，防止检测车因刹车等惯性力作用导致配重块松动；

8、本发明结构简单，成本低，运输方便，灵活便捷且能够适应多种检测环境。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置实施例中检测车的正面结构示意图；

图2为本发明一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置实施例中检测车的侧面结构示意图；

图3为本发明一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置实施例的整体结构示意图；

图4为本发明一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置实施例中检测车的立体结构示意图；

图5为本发明一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置实施例中检测用连接臂杆两处连接的结构示意图；

图6位本发明一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置实施例中运输用连接臂杆的结构示意图；

主要元件标号说明

1.检测车；11.车架；12.车轮；13.信号拾取装置；14.高精度数据采集卡；15.信号处理终端；16.配重块；17.泡沫；18.水桶；2.牵引车；3.连接臂杆；31.检测用连接臂杆；32.运输用连接臂杆；33.柔性连接；34.刚性连接。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1～图6所示，本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，包括：

检测车，在待测桥梁上移动；

信号拾取装置，设置于检测车上，用于拾取待测桥梁传递到检测车上的振动信号；

信号收集装置，连接于信号拾取装置，收集信号拾取装置拾取到的振动信号。

作为优选，检测车连接有一驱动装置，驱动装置驱动检测车在待测桥梁上移动。

作为优选，驱动装置为牵引车，除在检测中承担牵引作用外，同时也具有拖动检测车从而承担运输的功能。

作为优选，检测车包括车体和连接臂杆，车体包括车架、车轮、水箱和配重块；车轮为气胎或PU胎；连接臂杆，分别设置于车体前端与牵引车连接用于检测的连接臂杆以及设置于车体后端与运输车辆连接用于运输的连接臂杆；水箱，放置装水水桶用来改变检测车质量、刚度及阻尼；配重块可微量调节检测车质量、刚度及阻尼，水桶和配重块可拆卸。

作为优选，车轮包括左右两个车轮，车轮关于纵向车身轴线对称设置，车体质心集中，质心位置靠近或者位于检测车车轴中心。

作为优选，检测用连接臂杆与牵引车连接处为刚性连接，避免检测车发生跑偏及俯仰现象；与检测车连接处为柔性连接并在顶端采用柔性垫块结构避免牵引车振动传递到检测车，可在车体纵向车身轴线位置单处连接，也可对称于纵向车身轴线位置两处连接，运输用连接臂杆与运输车及检测车连接处均为刚性连接，结构做加固处理，以便运输车辆可以拖动检测车上路运输，且连接臂杆可拆卸，以便随时拆除避免影响检测效果，检测用连接臂杆为阻隔牵引车信号传递到检测车，同时防止检测车检测中发生跑偏等现象，长度宜控制在1m内；运输用连接臂杆为保证拖动稳定，需要进行加固处理，长度宜控制在0.5m内。

作为优选，水箱位于车架正上方，水箱内放置多个水桶，水桶可固定可拆卸，通过改变满装水的水桶数量可以快速方便的改变检测车质量，同时，水箱内胆边缘缝隙处用泡沫等柔性材料进行填充，防止检测车因刹车等惯性力作用对检测结果产生的影响；配重块设置于车体上，位于水箱正下方，配重块固定于车体内，并便于拆卸，防止检测车因刹车等惯性力作用导致配重块松动。

作为优选，信号拾取装置为振动传感器，其中一个振动传感器靠近或者位于车体质心位置，振动传感器包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器。

作为优选，信号收集装置包括高精度数据采集卡和信号处理终端。

如图4所示，本发明的信号采集装置主要包括：检测车，能够在待测桥梁上移动；信号拾取装置，可为一个或者多个，设置于所述检测车上，用于拾取待测桥梁传递到所述检测车上的竖向振动信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的竖向振动信号并将其传送至信号处理终端进行处理。

检测车上设置有信号拾取装置，检测车在待测桥梁上移动的同时，信号拾取装置可对待测桥梁进行扫描式的信号进行采集，并储存到信号收集装置中。检测车可连接一驱动装置，并由该驱动装置驱动而在待测桥梁上以任意可控速度进行移动，本实施例中，驱动装置为一牵引车辆，牵引检测车运动，同时在非检测期间对检测车起到运输作用。在其他实施例中，检测车也可自身具有动力，从而在桥梁上移动。

如图4所示，检测车除了具有承载的作用力，如上所述，还起到传递桥梁响应信号的作用，所以，检测车本身应经过特殊设计以降低或完全消除对响应信号的缓冲作用和干扰，使响应信号能够完整有效地传递并由信号拾取装置所拾取。例如在本实施例中，检测车包括车体、车轮以及连接臂杆等。其中车体为刚性车体，车体材料可优选为钢材，车体的各个零部件之间采用固接方式连接，并且各部件紧密贴合，以降低或消除车身各零部件之间产生碰撞而干扰响应信号的传递。另外车体可装卸水桶和配重块，通过装卸水桶和配重块的多少可有效控制检测车质量、刚度和阻尼，并达到车体自平衡的作用。

车轮设置于车体两侧，优选采用气胎，以同时具有良好的抗冲击性能及相应信号传递性能，通过控制气胎的胎压，可以有效控制检测装置竖向刚度的大小，配合车体内水桶和配重块控制检测装置质量大小，可以有效控制检测装置本身的固有频率。本实施例中，检测车的车轮包括左右两个车轮，两车轮基于车轴对称且通过车体质心，结合检测装置自平衡系统，使得检测车的移动更加稳定，不易发生跳动或者颠簸，同时检测装置可以近似视为单自由度体系，使得信号检测更加准确。当然，检测车车轮的类型、数量及布设方式可根据实际测量环境灵活设计，本领域设计人员可根据上述公开内容变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。

连接臂杆分为检测用连接臂杆与运输用连接臂杆，分别设置于车架前后端位置，与车体通轴位于同一条直线上，优选采用钢材，使得检测车在被驱动装置牵引前进时更加稳定，不易发生俯仰跳动或者颠簸。所述检测用连接臂杆两处连接形式如图5所示，也可在车体纵向车身轴线位置进行单处连接，与驱动装置连接处，采用刚性连接，避免检测车辆发生跑偏及俯仰现象；与检测车连接处为柔性连接并在顶端采用柔性垫块结构隔断牵引车竖向振动信号向检测车传递。本实施案例中，检测车的检测用连接臂杆顶端采用柔性垫块结构，有效隔断了牵引车辆竖向振动信号向检测车的传递，使得检测车采集到的信号更加准确。当然，检测车检测用连接臂杆顶端垫块的材料选择以及连接臂杆长度的控制均可根据实际测量环境灵活设计。所述运输用连接臂杆如图6所示，与运输车及检测车连接处均为刚性连接，结构做加固处理，可以对检测车进行长途拖动，有效解决了检测车运输的问题，且连接臂杆可拆卸，以便随时拆除避免影响检测效果。两种连接臂杆形式可按需求进行特别设计，使得检测车能够适应各种需求，实现多辆检测车同时按照串联或并联方式进行牵引。本领域设计人员可根据上述公开内容对垫块材料、连接臂杆设计形式等变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。

本实施例中车体水箱位于车架正上方，水箱内为一巨大空间，放置多个水桶，车辆运输时将水桶内水全部排空，可以有效降低车体质量，便于运输；检测时可以就地取水，通过改变满装水的水桶数量快速方便的改变检测车质量、刚度及阻尼。同时，水箱内胆边缘缝隙处用泡沫等材料进行填充，防止检测车因刹车等惯性力作用对检测结果产生的影响。当然，水箱结构形状以及箱内桶装物质等均可根据实际测量环境灵活变更。本领域设计人员可根据上述公开内容对水箱结构形状、箱内放置物质(如水、沙等)等变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。

本实施例中配重块位于水箱正下方，可放置一定数量的配重块，通过调节配重块可以微调车体质量、刚度及阻尼，便于车辆运行；配重块在水箱下方应固定并便于拆卸，防止检测车因刹车等惯性力作用导致配重块松动对检测结果产生影响。当然，配重块放置的结构形状以及配重块放置空间形式等均可根据实际测量环境灵活变更。本领域设计人员可根据上述公开内容对配重块结构形状、放置空间形式等变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。

信号拾取装置设置于检测车上，其可直接设置于检测车的车体上，也可设置于检测车的其他位置。信号拾取装置设置数量可为一个或者多个，且设置位置可根据实际检测需要而灵活调整，以便能够检测到最灵敏、最准确的响应信号。信号拾取装置可为振动传感器，例如常见的加速度传感器、速度传感器、位移传感器等均可。本实施例中，信号拾取装置优选为加速度传感器，可设置于检测车上的任何位置，而为了使信号采集的灵敏度更高、精确度最高，优选的，应保证一个振动传感器设置尽可能接近于检测车车轴中心，即车体质心位置，此位置能够采集到最佳的桥梁响应信号，并能更好的将检测装置视为单自由度体系。

当然，信号拾取装置所采用的种类、所设置的数量及位置等，都可以根据实际环境和需要进行灵活调整，本领域技术人员可根据上述公开的实施例内容变通出多种实施例，但其均应属于本发明的保护范围。

信号收集装置连接于信号拾取装置，若信号拾取装置设置有多个，则每个信号拾取装置均与信号收集装置相连，信号收集装置收集所有信号拾取装置拾取到的响应信号并将其传送至另一信号处理终端进行处理，所述的信号处理终端即为本发明人所设计的能够处理信号拾取装置拾取的检测信号得出桥梁损伤信息的计算机程序。为了获得高质量的测量数据，所述的信号收集装置可为高精度的数据采集卡，数据采集卡可整合至上述的牵引车辆内部或其他位置均可，关于高精度数据采集卡，已为市面上的常规零件，故不再详细说明。

以上即为本发明信号采集装置的结构组成，由上述可知，驱动装置牵引检测车在待测桥梁上移动，为了后期能够方便准确地确定桥梁损伤位置及损伤程度等，驱动装置和检测车应尽量接近为匀速运动。与此同时，设置于检测车上的信号拾取装置在对桥梁的响应信号进行扫描式的检测和采集，响应信号由检测车传递，接着由信号拾取装置拾取，再由信号收集装置进行收集，传送至信号处理终端进行分析处理，以获得桥梁损伤信息。

综上所述，本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置能够全面、实时、有效且精确的采集桥梁的振动信号，从而满足基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的需求。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，包括：

检测车，在待测桥梁上移动；

信号拾取装置，设置于所述检测车上，用于拾取待测桥梁传递到所述检测车上的振动信号；

信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的振动信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述检测车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动检测车在待测桥梁上移动。

3.根据权利要求2所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述驱动装置为牵引车，除在检测中承担牵引作用外，同时也具有拖动检测车从而承担运输的功能。

4.根据权利要求3所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述检测车包括车体和连接臂杆，车体包括车架、车轮、水箱和配重块；车轮为气胎或PU胎；连接臂杆，分别设置于车体前端与牵引车连接用于检测的连接臂杆以及设置于车体后端与运输车辆连接用于运输的连接臂杆；水箱，放置装水水桶用来改变检测车质量、刚度及阻尼；配重块可微量调节检测车质量、刚度及阻尼，水桶和配重块可拆卸。

5.根据权利要求4所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述车轮包括左右两个车轮，车轮关于纵向车身轴线对称设置，车体质心集中，质心位置靠近或者位于检测车车轴中心。

6.根据权利要求5所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述检测用连接臂杆与牵引车连接处为刚性连接，避免检测车发生跑偏及俯仰现象；与检测车连接处为柔性连接并在顶端采用柔性垫块结构避免牵引车振动传递到检测车，可在车体纵向车身轴线位置单处连接，也可对称于纵向车身轴线位置两处连接，所述运输用连接臂杆与运输车及检测车连接处均为刚性连接，结构做加固处理，以便运输车辆可以拖动检测车上路运输，且连接臂杆可拆卸，以便随时拆除避免影响检测效果，检测用连接臂杆为阻隔牵引车信号传递到检测车，同时防止检测车检测中发生跑偏等现象，长度宜控制在1m内；运输用连接臂杆为保证拖动稳定，需要进行加固处理，长度宜控制在0.5m内。

7.根据权利要求6所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述水箱位于车架正上方，水箱内放置多个水桶，水桶可固定可拆卸，通过改变满装水的水桶数量可以快速方便的改变检测车质量，同时，水箱内胆边缘缝隙处用泡沫等柔性材料进行填充，防止检测车因刹车等惯性力作用对检测结果产生的影响；所述配重块设置于车体上，位于水箱正下方，配重块固定于车体内，并便于拆卸，防止检测车因刹车等惯性力作用导致配重块松动。

8.根据权利要求7所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述信号拾取装置为振动传感器，其中一个振动传感器靠近或者位于车体质心位置，振动传感器包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器。

9.根据权利要求8所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测装置，其特征在于，所述信号收集装置包括高精度数据采集卡和信号处理终端。