CN107817743A - 一种桥梁安全在线监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁安全在线监控系统，包括光纤传感分析仪和监控设备，以及与光纤传感分析仪连接的光路接续盒、电源模块和无线传输模块，所述监控设备包括服务器以及与服务器连接的LED大屏，所述光纤传感分析仪通过无线传输模块与所述服务器完成信息交互。本发明解决了现有技术存在的传统桥梁检测技术中依靠人工检查在实际应用中存在局限性的问题，提供一种桥梁安全在线监控系统，其应用时可以对出现的安全隐患能够及时反应，实现对桥梁关键部位的温度、应力、振动、缝隙变化等各项参数进行实时监测。

Description

一种桥梁安全在线监控系统

技术领域

本发明涉及桥梁安全监控设备，具体涉及一种桥梁安全在线监控系统。

背景技术

传统桥梁检测技术是通过人工目测检查或者借助于便携式仪器测量得到的信息对桥梁结构的安全状态进行评估。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。但是人工桥梁检查方法在实际应用中有很大的局限性。传统检测方式的不足之处主要表现在：需要大量人力、物力并有诸多检查盲点，这对现代大型桥梁尤为突出；主观性强，难于量化；缺少整体性，人工检查以单一构件为对象，只能提供局部的检测和诊断信息，而不能提供整体全面的结构健康检测和评估信息；影响正常的交通运行，对于较大型的桥梁通常需要搭设观察平台或者观察车辆，无法避免需要实施交通控制；周期长，时效性差，大型桥梁的检查周期可达数年，有重大交通事故或者严重自然灾害的情况下，不能向决策者和公众提供即时信息。

从上可知，人工桥梁检查程序和设施，无法直接和有效的应用于大型桥梁的检测上，为了提供一个针对桥梁的结构健康监测系统，用于监测桥梁在运营期间结构的安全性、耐久性和使用性，提出本发明。

发明内容

本发明解决了现有技术存在的传统桥梁检测技术中依靠人工检查在实际应用中存在局限性的问题，提供一种桥梁安全在线监控系统，其应用时可以对出现的安全隐患能够及时反应，实现对桥梁关键部位的温度、应力、振动、缝隙变化等各项参数进行实时监测，并根据监测数据由分析装置判断桥梁的健康情况，桥梁养护工作人员可以实时真实的了解到桥梁的安全状态，为桥梁上的各种活动提供有效的参考依据，进而通过提供所需要的早期危险报警和损伤评估来保证桥梁的安全，从而大大增强桥梁的生存能力。

本发明通过下述技术方案实现：

一种桥梁安全在线监控系统，包括光纤传感分析仪和监控设备，以及与光纤传感分析仪连接的光路接续盒、电源模块和无线传输模块，所述光路接续盒设置若干个光纤接头，所述光纤接头分别连接自温补应变传感器、可重用应变传感器、光纤测缝计、压力计、加速度计、钢筋计、温度传感器、埋入应变传感器和位移计，所述监控设备包括服务器以及与服务器连接的LED大屏，所述光纤传感分析仪通过无线传输模块与所述服务器完成信息交互。光纤光栅是以光纤为基本材料，通过激光加工形成的一种特殊器件，能够满足布拉格条件的光进行反射，在实际工程中，要检测的点如果受到应变、温度、压力、位移和加速度等变化，波长就会改变，这样通过检测波长的变化就可以检测出此点的应力情况，进而可以判断出被检测桥梁的安全状况。所述自温补应变传感器、可重用应变传感器、光纤测缝计、压力计、加速度计、钢筋计、温度传感器、埋入应变传感器和位移计等传感器将量测的非电量转换成容易量测的电量后，通过模数转换后，将数字量直接传输到光纤传感分析仪，光纤传感分析仪通过对接收到的数字量超过设定的阈值量时发出报警指令，并将数字量通过无线传输模块传输到服务器，再通过LED大屏显示。

进一步的，一种桥梁安全在线监控系统，所述电源模块包括直流电源、太阳能电池板和免维护蓄电池。直流电源用于系统正常供电；太阳能电池板用于接收太阳能为系统供电，相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品；当直流电源出现供电故障时，免维护蓄电池为系统供电，从而避免停机造成的数据丢失。

进一步的，一种桥梁安全在线监控系统，所述无线传输模块为GSM无线传输模块或CDMA无线传输模块或4G无线传输模块。无线传输可以突破距离的障碍，传输时不依赖实际线路，从而避免了维修线路故障的问题。

进一步的，一种桥梁安全在线监控系统，所述光纤接头与所述自温补应变传感器、可重用应变传感器、光纤测缝计、压力计、加速度计、钢筋计、温度传感器、埋入应变传感器和位移计通过通信光缆连接。通信光缆是由若干根光纤构成的缆心和外护层所组成。光纤与传统的对称铜回路及同轴铜回路相比较，其传输容量大得多；衰耗少；传输距离长；体积小；重量轻；无电磁干扰；成本低。

进一步的，一种桥梁安全在线监控系统，还包括与所述光纤接头连接的动态地秤、风速仪和GPS。动态地秤用于监测桥梁上过往车辆的重量，风速仪用于监测桥梁周围的空气流速，GPS用于监测桥梁各部位的静态位置和静态位移。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明对出现的安全隐患能够及时反应，实现对桥梁关键部位的温度、应力、振动、缝隙变化等各项参数进行实时监测，并根据监测数据由分析装置判断桥梁的健康情况，桥梁养护工作人员可以实时真实的了解到桥梁的安全状态，为桥梁上的各种活动提供有效的参考依据，进而通过提供所需要的早期危险报警和损伤评估来保证桥梁的安全，从而大大增强桥梁的生存能力。

2、本发明通过光纤传感器代替传统的电传感器，同传统的电传感器相比，光纤传感器具有以下优点：多个相同或不同类型的传感器可以串接复用在一根光纤上，系统集成度高；单根光纤上串接的传感器间隔可以是几厘米或几十公里，直接实现远程传输；测量精度和分辨率高；传感器的零偏值不漂移，属于绝对量测量，长期工作性能稳定。传感量检测及传输均为光信号，不受电磁干扰及核辐射的影响；环境适应性好，可长期用于高温、高湿及存在化学侵蚀等的恶劣环境；重量轻，体积小，安装使用方便；以光信号中心波长值表征被测量，不受光强波动及传输光纤弯曲损耗等影响；传感器串接链具有自愈合功能：正常工作时，只需将传感串接链的首端或尾端接到光纤光栅传感网络分析仪即可实现所有传感器信号的同时检测；一旦施工中的意外情况或其他灾害导致传感器串接链断损，则可以将传感链的另一端也接到光纤光栅传感网络分析仪，此时以断点为界，左右两侧所有的传感器分别通过串接链的首端和尾端连接到光纤光栅传感网络分析仪进行检测，实现自愈合。

3、本发明是一个以桥梁结构为平台，应用新型光纤光栅传感技术，对桥梁上关键部位的结构变形、环境温度分布、地下水位、结构振动等多项参数进行实时监测的综合监测系统，它能够实时监测桥梁在各种环境、荷载等因素作用下的结构响应，并能有效地提供桥梁养护管理的科学依据，显著提高桥梁的整体管理水平，从而能够最大限度地确保桥梁安全运营，预诊断桥梁病害和延长桥梁使用寿命。该设备具有如下特点：准分布式全光测量及传输光纤光栅传感器本身为无源器件，传感信号的感测及传送均为光信号，因而监测现场没有电子设备，不受电磁干扰，无需做雷击防护。测试精度高且具有准确的测点空间定位能力，光纤光栅传感器结构小巧且布设距离没有限制，可以准确定位各测点的空间位置。实时性好，系统中所有监测点的同步数据采集频率可在毫秒级到秒级设定。系统安装及长期使用过程中无需定标，光纤光栅本质稳定，不存在零点漂移。由于光纤光栅采用光中心波长表征物理量测量值，属于数字量，光源的老化衰减及传输光纤布设、使用过程中由于弯曲、扰动而引入的光信号衰减不影响测量精度。光纤传感分析仪无可动部件，长期使用无需标定。高可靠性，光纤传感器和传输线路均为石英光纤，可在恶劣温湿度环境保持数十年工作寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，一种桥梁安全在线监控系统，包括光纤传感分析仪和监控设备，以及与光纤传感分析仪连接的光路接续盒、电源模块和无线传输模块，所述电源模块包括直流电源、太阳能电池板和免维护蓄电池。直流电源用于系统正常供电；太阳能电池板用于接收太阳能为系统供电，相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品；当直流电源出现供电故障时，免维护蓄电池为系统供电，从而避免停机造成的数据丢失。所述无线传输模块为GSM无线传输模块或CDMA无线传输模块或4G无线传输模块。无线传输可以突破距离的障碍，传输时不依赖实际线路，从而避免了维修线路故障的问题。所述光路接续盒设置若干个光纤接头，所述光纤接头与所述自温补应变传感器、可重用应变传感器、光纤测缝计、压力计、加速度计、钢筋计、温度传感器、动态地秤、风速仪、GPS、埋入应变传感器和位移计通过通信光缆连接。通信光缆是由若干根光纤构成的缆心和外护层所组成。光纤与传统的对称铜回路及同轴铜回路相比较，其传输容量大得多；衰耗少；传输距离长；体积小；重量轻；无电磁干扰；成本低。动态地秤用于监测桥梁上过往车辆的重量，风速仪用于监测桥梁周围的空气流速，GPS用于监测桥梁各部位的静态位置和静态位移。所述监控设备包括服务器以及与服务器连接的LED大屏，所述光纤传感分析仪通过无线传输模块与所述服务器完成信息交互。光纤光栅是以光纤为基本材料，通过激光加工形成的一种特殊器件，能够满足布拉格条件的光进行反射，在实际工程中，要检测的点如果受到应变、温度、压力、位移和加速度等变化，波长就会改变，这样通过检测波长的变化就可以检测出此点的应力情况，进而可以判断出被检测桥梁的安全状况。所述自温补应变传感器、可重用应变传感器、光纤测缝计、压力计、加速度计、钢筋计、温度传感器、埋入应变传感器和位移计等传感器将量测的非电量转换成容易量测的电量后，通过模数转换，将数字量直接传输到光纤传感分析仪，光纤传感分析仪通过对接收到的数字量超过设定的阈值量时发出报警指令，并将数字量通过无线传输模块传输到服务器，再通过LED大屏显示。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种桥梁安全在线监控系统，其特征在于，包括光纤传感分析仪和监控设备，以及与光纤传感分析仪连接的光路接续盒、电源模块和无线传输模块，所述光路接续盒设置若干个光纤接头，所述光纤接头分别连接自温补应变传感器、可重用应变传感器、光纤测缝计、压力计、加速度计、钢筋计、温度传感器、埋入应变传感器和位移计，所述监控设备包括服务器以及与服务器连接的LED大屏，所述光纤传感分析仪通过无线传输模块与所述服务器完成信息交互。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁安全在线监控系统，其特征在于，所述电源模块包括直流电源、太阳能电池板和免维护蓄电池。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁安全在线监控系统，其特征在于，所述无线传输模块为GSM无线传输模块或CDMA无线传输模块或4G无线传输模块。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁安全在线监控系统，其特征在于，所述光纤接头与所述自温补应变传感器、可重用应变传感器、光纤测缝计、压力计、加速度计、钢筋计、温度传感器、埋入应变传感器和位移计通过通信光缆连接。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁安全在线监控系统，其特征在于，还包括与所述光纤接头连接的动态地秤、风速仪和GPS。