CN108007376A - 一种大型结构多点形变同步监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型结构多点形变同步监测装置，该装置包括PSD传感器、PSD调理模块、激光器、数据传输模块、固定支撑机构和信号接收处理系统；同步监测装置通过固定支撑机构固定在结构件的待监测点上，一个监测点对应一个同步监测装置；一个监测点上同步监测装置中的PSD传感器接收到另一个监测点上同步监测装置中激光器的光斑并对应输出不同的电流信号，电流信号通过PSD调理模块调理后利用数据传输模块输出数字信号，数字信号通过信号接收处理系统采集分析换算后得到光斑的具体位置，通过对比前后光斑位置的变化，实现激光器与PSD传感器两个安装点位置在发生形变时相对位置的监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构变形监测装置，具体涉及一种大型结构的形变同步监测装置。
背景技术
目前在建筑、桥梁及大型结构领域中对结构的健康监测与评估已日益关注及重视，其中结构件的形变监测能够直观的反映结构件的变形程度或变形趋势，该参数可以作为检验成果质量的基本要求，在质量可靠性保证上起到重要作用。国内外针对结构形变的监测采取了多种手段，有直接测量和间接测量多种方式。目前对于小型结构中应用较为普遍的有打表测量、多种位移传感器测量等方式，这种测量方式的经济性好，但在大型结构测量使用中有一定局限性，同时该测量还需要提供一个绝对的基准点，该绝对基准点实际工程中很难确定，一般采用近视法，所以会引入一定的基准误差，导致测量精度不高。对于大型结构的形变监测通常采用的测量装备有激光跟踪仪、高速摄像机，该测量方法较为成熟，但是价格昂贵，同时测量多点形变时需要设备自动跟踪靶标，一套测量装备不能实现同步测量，各点测量存在一定的时差，不能有效表针某一时间点整个结构的形变状态。还有近年来比较推广光纤光栅测量系统，该系统能够实现多点同步测量，但其安装工艺会对结果产生影响，同时该系统只能测量结构件的应变不能直接给出结构件的形变，且该系统的造价高，使用的普遍性较小。
目前市场上有的结构件形变测量系统不能同时兼顾经济性、普遍性、同步性、高精度性能，导致大型结构的形变测量装置普及上存在局限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种大型结构多点形变同步监测装置，能够对大型结构形变的多点同步监测，同时安装形式方便，工作效率高且经济性好，能有效解决目前工程上存在大型结构多点形变同步监测的难题，该装置市场前景广阔。
一种大型结构多点形变同步监测装置，该装置包括PSD传感器、PSD调理模块、激光器、数据传输模块、固定支撑机构和信号接收处理系统；
所述PSD传感器、数据传输模块和PSD调理模块固定安装在固定支撑机构上，激光器安装在固定支撑机构上可做周向和上下的位置调整；
所述同步监测装置通过固定支撑机构固定在结构件的待监测点上，一个监测点对应一个同步监测装置；一个监测点上同步监测装置中的PSD传感器接收到另一个监测点上同步监测装置中激光器的光斑并对应输出不同的电流信号，电流信号通过PSD调理模块调理后利用数据传输模块输出数字信号，数字信号通过信号接收处理系统采集分析换算后得到光斑的具体位置，通过对比前后光斑位置的变化，实现激光器与PSD传感器两个安装点位置在发生形变时相对位置的监测。
进一步地，所述固定支撑机构包括磁力座、支撑杆、云台固定螺栓和调整云台，所述支撑杆垂直固定连接在磁力座上方，调整云台与支撑杆之间为滑动配合，通过锁紧螺母将调整云台固定在所需的方位和高度，云台固定螺栓用于固定激光器。
进一步地，所述激光器通过上固定板、下固定板和激光器固定螺栓固定连接在调整云台上。
进一步地，所述PSD调理模块包含光学处理模块及PSD电流信号处理模块或者只包含PSD电流信号处理模块。
进一步地，所述激光器是氦氖激光器或半导体激光器。
进一步地，所述数据传输模块是蓝牙发射模块或无线串口发射模块。
有益效果：
1、本发明具有对大型结构多点形变同步测量的功能，能够实时显示每一时刻各安装点上的相对形变信息，掌握整个结构的整体形变状态。
2、本发明的大型结构多点形变同步测量装置采用PSD传感器，具有响应速度快、分辨力高特性，测量精度高。
3、本发明的大型结构多点形变同步测量装置，安装方便，对于金属被测结构件通过磁力座开关就能实现便捷的拆装，提供工作效率。
4、本发明的大型结构多点形变同步测量装置可采用无线发射模块，能够将多点信号通过蓝牙等无线技术上传到外部信号接收处理系统终端，具备高效性能。
附图说明
图1为本发明大型结构多点形变同步监测装置的主视图
图2为本发明大型结构多点形变同步监测装置的侧视图
图3为大型结构多点形变同步监测装置布置安装示意图(监测直线变形)
图4为大型结构多点形变同步监测装置布置安装示意图(监测平面度变形)
其中：1-PSD传感器、2-PSD调理模块、3-锁紧螺母、4-支撑杆、5-上固定板、6-激光器、7-激光器固定螺栓、8-下固定板、9-云台固定螺栓、10-调整云台、11-电缆、12-数据传输模块、13-接线端子、14-底座固定螺栓、15-磁力座、16-电子舱。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1和2所示，本发明提供了一种大型结构多点形变同步监测装置，装置包括PSD传感器1、PSD调理模块2、锁紧螺母3、支撑杆4、上固定板5、激光器6、激光器固定螺栓7、下固定板8、云台固定螺栓9、调整云台10、电缆11、数据传输模块12、接线端子13、底座固定螺栓14、磁力座15和电子舱16；
PSD传感器1与PSD调理模块2组成形变监测装置的信号接收模块,PSD传感器1接收到该敏感原件上的光斑位置，对应输出不同的电流信号，不同的电流信号通过PSD调理模块2调理后，直接输出数字信号，通过外部信号接收处理系统进行采集分析，换算得到光斑的具体位置；上固定板5、激光器6、激光器固定螺栓7、下固定板8组成形变监测装置的激光发生模块，通过激光器6输出有效光谱响应及峰值波长的光，将该点的位置信号转移到信号接收模块上，实现激光发射模块与信号接收模块安装点两个位置在发生形变时相对位置监测；支撑杆4、云台固定螺栓9、调整云台10、磁力座15组成形变监测装置的固定支撑机构，其中调整云台10可以实现激光器6不同高度和方位的固定，实现任意平面内信号接收装置的布置及接收信号；电缆11、数据传输模块12、接线端子13、电子舱16组成形变监测装置传送数据模块，可将监测到的型变信号对外传送，可在外部信号接收处理系统中进行分析处理型变数据，电子舱16中可见将电器元件的电源及数据传输模块12集成在内部，也可以只作为电缆集成的一个结构。
监测装置的安装步骤如下：
将PSD传感器1固定在PSD调理模块2上，组成变监测装置的信号接收模块；
将调整云台10穿入支撑杆4中，同时在其上下各安装一个锁紧螺母3，根据现场情况通过上下锁紧螺母3将调整云台10固定在特定高度上；
将下固定板8通过云台固定螺栓9与调整云台10固定，将激光器6放入下固定板8中，通过激光器固定螺栓7将上固定板5于下固定板8和激光器6进行固定；
将电缆11通过支撑杆4连接到电子舱16中与接线端子13固定；
将支撑杆4通过锁紧螺母3与电子舱16固定；
将支撑杆4通过锁紧螺母3与PSD调理模块2固定在对应高度上；
将磁力座15通过底座固定螺栓14与电子舱16固定；
将数据传输模块12接在接线端子13上；
将上述安装好的大型结构多点形变同步监测装置通过磁力座15上的开关固定在被测结构的金属件上。
如附图3所示，如果对结构件进行直线度监测，将四个同步监测装置沿直线方向固定在被测结构件的表面，第一个同步监测装置只需要安装调整云台和激光器，通过该激光器照射第二个同步监测装置中的PSD传感器1形成十字形的光斑，依次类推，实现对被测结构件直线度的监测。
如附图4所示，本发明的同步监测装置还能对结构件上不同位置的形变进行监测，由于PSD传感器1和固定支撑机构中的调整云台10可沿支撑杆4进行周向转动，因此可以调整激光器6和PSD传感器1的入射角度，使激光入射后形成标准的十字形光斑，满足监测的需要。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非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 (6)
1.一种大型结构多点形变同步监测装置，其特征在于，该装置包括PSD传感器、PSD调理模块、激光器、数据传输模块、固定支撑机构和信号接收处理系统；
所述PSD传感器、数据传输模块和PSD调理模块固定安装在固定支撑机构上，激光器安装在固定支撑机构上可做周向和上下的位置调整；
所述同步监测装置通过固定支撑机构固定在结构件的待监测点上，一个监测点对应一个同步监测装置；一个监测点上同步监测装置中的PSD传感器接收到另一个监测点上同步监测装置中激光器的光斑并对应输出不同的电流信号，电流信号通过PSD调理模块调理后利用数据传输模块输出数字信号，数字信号通过信号接收处理系统采集分析换算后得到光斑的具体位置，通过对比前后光斑位置的变化，实现激光器与PSD传感器两个安装点位置在发生形变时相对位置的监测。
2.如权利要求1所述的大型结构多点形变同步监测装置，其特征在于，所述固定支撑机构包括磁力座、支撑杆、云台固定螺栓和调整云台，所述支撑杆垂直固定连接在磁力座上方，调整云台与支撑杆之间为滑动配合，通过锁紧螺母将调整云台固定在所需的方位和高度，云台固定螺栓用于固定激光器。
3.如权利要求1或2所述的大型结构多点形变同步监测装置，其特征在于，所述激光器通过上固定板、下固定板和激光器固定螺栓固定连接在调整云台上。
4.如权利要求3所述的大型结构多点形变同步监测装置，其特征在于，所述PSD调理模块包含光学处理模块及PSD电流信号处理模块或者只包含PSD电流信号处理模块。
5.如权利要求4所述的大型结构多点形变同步监测装置，其特征在于，所述激光器是氦氖激光器或半导体激光器。
6.如权利要求5所述的大型结构多点形变同步监测装置，其特征在于，所述数据传输模块是蓝牙发射模块或无线串口发射模块。
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