CN108918057A - 挠度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种挠度检测装置及检测方法，它包括：检测主机，检测主机内设有力矩电机，力矩电机与变速器连接，变速器与绳卷筒连接，或者力矩电机直接与绳卷筒连接；检测绳，检测绳卷绕在绳卷筒上；配重，配重与检测绳的端头连接；检测绳传感器，用于检测检测绳的输出长度。使用时，将检测主机与待检测的构建物固定连接；配重与检测绳端头固定连接；力矩电机输出第一力矩，此时检测绳被绷紧而配重不离开基准面，记录检测绳拉出的长度作为零位；当再次检测时，力矩电机再次输出第一力矩，记录检测绳拉出的长度相对于零位的变化值作为挠度变化值。通过采用力矩电机驱动的结构，能够提高挠度变形的检测精度，可靠性较高，布置非常方便。

Description

挠度检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及构建物挠度变形测量领域，特别是一种挠度检测装置及检测方法。

背景技术

常用的挠度测量方法有经纬仪、水准仪、百分表等，已广泛用于桥梁现场检测及验收鉴定中，但这测量方法只能用于桥梁短期的测量过程，而且均为采用人工测量，存在费时费力、使用不便、实时测量困难等不足。也有一些新型的挠度测量方法，例如，倾角仪、GPs、激光图像法及连通管式光电液位传感器等逐渐应用于大型桥梁结构挠度监测中，可实现长期远程自动测量。其中连通管式光电液位传感器的综合效益较为显著，但是现有技术中的方案存在一些缺陷，例如采用对射的光电传感器的结构，测量精度不高而且结构复杂，采用反射式的光电传感器则存在易被干扰而且测量精度不高的问题。而且连通管式的检测装置需要连接很多管路，如果出现一处泄漏会造成

整个系统的崩溃，之前的数据全部作废，可靠性不高。尤其是在长期的监测过程中，用于作为高度标识的液体介质容易蒸发或被污染，影响测量精度，而且液体介质也容易受到热胀冷缩的影响，测量精度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种挠度检测装置及检测方法，能够提高检测精度，提高整个检测系统的可靠性，并且布置较为便利。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种挠度检测装置，它包括：

检测主机，检测主机内设有力矩电机，力矩电机与变速器连接，变速器与绳卷筒连接，或者力矩电机直接与绳卷筒连接；

检测绳，检测绳卷绕在绳卷筒上；

配重，配重与检测绳的端头连接；

检测绳传感器，用于检测检测绳的输出长度。

优选的方案中，所述的变速器为行星齿轮变速器、摆线针轮变速器或蜗杆蜗轮变速器。

优选的方案中，所述的检测绳传感器为光电传感器，光电传感器设置在检测主机的检测绳出口位置附近；

或者所述的检测绳传感器为角传感器，角传感器安装在力矩电机、变速器或绳卷筒的连接轴上。

优选的方案中，还设有控制装置，检测绳传感器与控制装置电连接，控制装置与力矩电机电连接，控制装置与数据发送装置电连接。

优选的方案中，还设有辅助检测轮，检测绳绕过辅助检测轮，在辅助检测轮的两侧设有包角导轮，以使检测绳在辅助检测轮具有足够大的包角；

在辅助检测轮的轴上设有角传感器，以检测检测绳的输出长度。

优选的方案中，在辅助检测轮与绳卷筒之间还设有导轮，导轮滑动安装在滑槽内，还设有用于与导轮受到的检测绳径向压力相抵消的弹簧，导轮与固设的拉线式位移传感器连接。

优选的方案中，还设有控制装置，检测绳传感器与控制装置电连接，用于检测检测绳张力的拉线式位移传感器与控制装置电连接；控制装置与力矩电机电连接，控制装置与数据发送装置电连接。

一种采用上述的挠度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

s1、将检测主机与待检测的构建物固定连接；

s2、配重与检测绳端头固定连接；

s3、将配重下放至基准面，力矩电机输出第一力矩，此时检测绳被绷紧而配重不离开基准面，记录检测绳拉出的长度作为零位；

s4、当再次检测时，力矩电机再次输出第一力矩，记录检测绳拉出的长度相对于零位的变化值作为挠度变化值；

通过以上步骤实现构建物的挠度变形持续检测。

优选的方案中，在一次或多次检测后，力矩电机输出第二力矩，将检测绳和配重完全吊起，直至初始位，由初始位重新开始检测检测绳拉出的长度，将配重再次放下到基准面；

力矩电机输出第一力矩，记录检测绳拉出的长度。

优选的方案中，将检测主机检测到的挠度变化值和时间参数记录在本地存储器中，待检测完成后统一分析；

或者将检测主机检测到的挠度变化值和时间参数记录在本地存储器中，并通过数据发送装置发送至远程终端进行统计分析。

本发明提供的一种挠度检测装置及检测方法，通过采用力矩电机驱动的结构，能够提高挠度变形的检测精度，具体精度的提升取决于适用的不同场景，分别具有低分辨率、中分辨率和高分辨率等多个方案，以适应不同的工况要求。本发明的挠度检测装置每个都能够独立检测，单个检测装置的损坏不会造成全部数据报废，可靠性较高，而且本发明对天气变化的依赖也较低。本发明布置非常方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中的整体结构示意图。

图2为本发明中检测装置的结构示意图。

图3为本发明中检测装置的另一优选结构示意图。

图4为本发明的控制流程框图。

图5为本发明中检测装置的另一优选结构示意图。

图6为本发明中检测装置的另一优选结构示意图。

图中：检测主机1，力矩电机101，变速器102，绳卷筒103，辅助检测轮104，第一包角导轮105，第二包角导轮106，导轮107，滑槽108，弹簧109，拉线式位移传感器110，光电传感器111，检测绳2，配重3，构建物4，基准面5，控制装置6，角传感器7，力矩控制器8，数据发送装置9。

具体实施方式

实施例1：

如图1~6中，一种挠度检测装置，它包括：

检测主机1，检测主机1内设有力矩电机101，力矩电机101与变速器102连接，变速器102与绳卷筒103连接，或者力矩电机101直接与绳卷筒103连接；

检测绳2，检测绳2卷绕在绳卷筒103上；

配重3，配重3与检测绳2的端头连接；

检测绳传感器，用于检测检测绳的输出长度。由此结构，通过检测在检测绳2绷直状态下的长度变化，即可检测到基准面5至构建物4之间的距离变化，即挠度变形值。本例中的力矩电机101，是指能够输出固定力矩的电机。

本例中的检测绳2采用钢丝绳或复合绳，另一优选的方案中，采用碳纤维和钢丝绳复合绳结构，在复合绳还设有光纤，在光纤的外壁设有环切口，在检测主机1内，光纤的末端还设有光源，从而使检测绳2能够发光，避免被误触。进一步可选的方案中，配重3内设有LED光源和电池，能够实现自发光，以指示配重的位置，避免夜间被误触发。

优选的方案如图2、3、5中，所述的变速器102为直齿轮变速器、行星齿轮变速器、摆线针轮变速器或蜗杆蜗轮变速器。本例中优选采用直齿轮变速器、行星齿轮变速器和摆线针轮变速器，以便于感应到检测绳2的扭矩。当然的采用蜗杆蜗轮变速器也是可行的，可以利用蜗杆蜗轮变速器的自锁功能，不过当检测绳2变的松弛，力矩电机101难以检测。

优选的方案如图2中，所述的检测绳传感器为光电传感器111，光电传感器111设置在检测主机1的检测绳出口位置附近；由此方案，在检测绳的表面有纹理，当检测绳经过光电传感器111，则检测绳2的移动距离被检测到。从而得到

或者所述的检测绳传感器为角传感器7，角传感器7安装在力矩电机101、变速器102或绳卷筒103的连接轴上。由此结构，通过检测转动部件的转角，换算出检测绳2伸出的长度。

优选的方案如图4中，还设有控制装置6，检测绳传感器与控制装置6电连接，控制装置6与力矩电机101电连接，控制装置6与数据发送装置9电连接。本例中的控制装置6采用单片机，例如AT系列单片机。还包括相应的存储装置。控制装置6将相应的力矩输出信号发送至力矩电机101，由力矩电机根据信号给出固定的输出扭矩。从检测绳传感器采集的信号，经过控制装置6从数据发送装置9发送至远程的终端，例如手持式终端，或者工控机。本例中的数据发送装置9可以采用基于TCP/IP协议的网络输送模块，蓝牙模块，或者基于zigbee协议的自组网协议经过组网后，将各个挠度检测装置的数据统一收集，再通过TCP/IP协议的路由器发送至远程终端。还设有电源为上述的部件供电。

优选的方案如图3中，还设有辅助检测轮104，检测绳2绕过辅助检测轮104，在辅助检测轮104的两侧设有包角导轮，以使检测绳2在辅助检测轮104具有足够大的包角；

在辅助检测轮104的轴上设有角传感器7，以检测检测绳的输出长度。当检测绳2被拉出，则带动辅助检测轮104旋转，优选的辅助检测轮104的侧壁设有绳槽，绳槽内设有橡胶、硅胶等摩擦材料，并且辅助检测轮104具有足够大的直径，以使辅助检测轮104与检测绳2之间无相对摩擦。则检测绳2被拉出的长度或者收回的长度与辅助检测轮104的转角能够精确对应，通过检测辅助检测轮104的转角，结合辅助检测轮104的直径，即可精确计算得出检测绳2被拉出的长度。

优选的方案如图5中，在辅助检测轮104与绳卷筒103之间还设有导轮107，导轮107滑动安装在滑槽108内，还设有用于与导轮107受到的检测绳2径向压力相抵消的弹簧109，导轮107与固设的拉线式位移传感器110连接。本例中的导轮107相当于张紧轮，本例中采用了滑槽108的结构，可替换的也可以采用摆杆的结构，属于与本申请滑槽结构的等同替换。通过检测检测绳2的张力，即可方便判断检测绳2是否已经绷紧，从而便于检测挠度变形数值。本例中，采用了拉线式位移传感器110配合弹簧的方案来检测张力，因此能够方便的根据不同的工况更换不同的配重3和弹簧。本例中的弹簧包括提供弹力的弹簧和提供拉力的拉簧。

优选的方案中，还设有控制装置6，检测绳传感器与控制装置6电连接，用于检测检测绳2张力的拉线式位移传感器110与控制装置6电连接；控制装置6与力矩电机101电连接，控制装置6与数据发送装置9电连接。还设有电源为上述的部件供电。由此结构，当拉线式位移传感器110检测到检测绳2被绷紧，并且配重3没有位移，由角传感器检测得到，则能够开始检测检测绳2被拉出的长度。即此时角传感器换算得到的周向距离，即为检测绳2被拉出的长度。

实施例2：

一种采用上述的挠度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

s1、将检测主机1与待检测的构建物4固定连接；本例中的构建物4采用桥梁的主梁，沿着主梁的两侧每距离5米即布置一个挠度检测装置。

s2、配重3与检测绳2端头固定连接；本例中的配重采用50~500克标准配重。检测绳2采用高强度低变形的碳纤维复合钢丝绳。在检测绳2表面设有能发光的光纤。

s3、将配重3下放至基准面5，力矩电机101输出第一力矩，此时检测绳2被绷紧而配重3不离开基准面5，通过光电传感器111或角传感器7记录检测绳2拉出的长度作为零位；即为挠度变形的零位。

s4、当再次检测时，力矩电机101再次输出第一力矩，记录检测绳2拉出的长度相对于零位的变化值作为挠度变化值；如果此时主梁相应位置发生挠度变形，则该位置的检测绳2拉出的长度会变小，与零位的差值，即是该位置在该时刻的的挠度变形数值。在优选的方案中，通过拉线式位移传感器110的反馈确定检测绳2是否被绷直，该方案用于检测绳2长度较长的方案，例如检测绳2的长度超过50米，侧检测绳2的自重较重仅固定值的第一力矩难以确保检测绳2被绷紧。本例中的第一力矩是指，足以使检测绳2绷紧，但是不足以吊起配重3的力矩。

通过以上步骤实现构建物的挠度变形持续检测。

当检测多次后，在光电传感器111或角传感器7会产生累计误差，导致检测精度降低。优选的方案中，在一次或多次检测后，力矩电机101输出第二力矩，将检测绳2和配重3完全吊起，直至初始位，由初始位重新开始检测检测绳2拉出的长度，将配重3再次放下到基准面5；第二力矩是指足以起吊配重3的输出力矩。本例中的初始位，有多种。对于光电传感器111的方案而言，初始位是设置在检测绳2外壁的刻度，当检测到该刻度，即将检测绳2拉出的长度替换为该初始位的值，例如10米、5.5米或者3.15米等整数刻度。这样可以减少能耗。而对于角传感器7的方案而言，初始位是固设在检测绳2外壁的限位卡，当吊起过程中，限位卡在检测主机1出绳口的位置被限位，则拉线式位移传感器110检测到检测绳2的张力变化超过预设值，此时控制装置控制力矩电机101停机，则该初始位置即为即将检测绳2拉出的长度替换为该初始位的值，也可以是整数刻度。

配重3再次放下到基准面5，力矩电机101输出第一力矩，记录检测绳2拉出的长度。

优选的方案中，将检测主机1检测到的挠度变化值和时间参数记录在本地存储器中，待检测完成后统一分析；

另一可选的方案中，或者将检测主机1检测到的挠度变化值和时间参数记录在本地存储器中，并通过数据发送装置9发送至远程终端进行统计分析。

采用本方案，对某斜拉索大桥的挠度变化进行现场监测，大桥主跨450m，对主梁挠度检测采用了44个挠度检测装置，上游和下游侧各22个测点。经检测，主梁中部的挠度值变化最大，达到155.3mm，而两侧的挠度变化较小，1/4跨位置的挠度值变化在70-80mm。且斜拉索桥梁受温度变化的影响较大，挠度随温度增高变化越明显。本发明的优势在于布置非常方便，而且检测精度较高，受环境影响较小。

Claims (10)

1.一种挠度检测装置，其特征是它包括：

检测主机（1），检测主机（1）内设有力矩电机（101），力矩电机（101）与变速器（102）连接，变速器（102）与绳卷筒（103）连接，或者力矩电机（101）直接与绳卷筒（103）连接；

检测绳（2），检测绳（2）卷绕在绳卷筒（103）上；

配重（3），配重（3）与检测绳（2）的端头连接；

检测绳传感器，用于检测检测绳的输出长度。

2.根据权利要求1所述的一种挠度检测装置，其特征是：所述的变速器（102）为行星齿轮变速器、摆线针轮变速器或蜗杆蜗轮变速器。

3.根据权利要求1所述的一种挠度检测装置，其特征是：所述的检测绳传感器为光电传感器（111），光电传感器（111）设置在检测主机（1）的检测绳出口位置附近；

或者所述的检测绳传感器为角传感器（7），角传感器（7）安装在力矩电机（101）、变速器（102）或绳卷筒（103）的连接轴上。

4.根据权利要求1或3所述的一种挠度检测装置，其特征是：还设有控制装置（6），检测绳传感器与控制装置（6）电连接，控制装置（6）与力矩电机（101）电连接，控制装置（6）与数据发送装置（9）电连接。

5.根据权利要求1所述的一种挠度检测装置，其特征是：还设有辅助检测轮（104），检测绳（2）绕过辅助检测轮（104），在辅助检测轮（104）的两侧设有包角导轮，以使检测绳（2）在辅助检测轮（104）具有足够大的包角；

在辅助检测轮（104）的轴上设有角传感器（7），以检测检测绳的输出长度。

6.根据权利要求5所述的一种挠度检测装置，其特征是：在辅助检测轮（104）与绳卷筒（103）之间还设有导轮（107），导轮（107）滑动安装在滑槽（108）内，还设有用于与导轮（107）受到的检测绳（2）径向压力相抵消的弹簧（109），导轮（107）与固设的拉线式位移传感器（110）连接。

7.根据权利要求6所述的一种挠度检测装置，其特征是：还设有控制装置（6），检测绳传感器与控制装置（6）电连接，用于检测检测绳（2）张力的拉线式位移传感器（110）与控制装置（6）电连接；控制装置（6）与力矩电机（101）电连接，控制装置（6）与数据发送装置（9）电连接。

8.一种采用权利要求1~7任一项所述的挠度检测装置的检测方法，其特征是包括以下步骤：

s1、将检测主机（1）与待检测的构建物（4）固定连接；

s2、配重（3）与检测绳（2）端头固定连接；

s3、将配重（3）下放至基准面（5），力矩电机（101）输出第一力矩，此时检测绳（2）被绷紧而配重（3）不离开基准面（5），记录检测绳（2）拉出的长度作为零位；

s4、当再次检测时，力矩电机（101）再次输出第一力矩，记录检测绳（2）拉出的长度相对于零位的变化值作为挠度变化值；

通过以上步骤实现构建物的挠度变形持续检测。

9.根据权利要求8所述的一种挠度检测装置的检测方法，其特征是：在一次或多次检测后，力矩电机（101）输出第二力矩，将检测绳（2）和配重（3）完全吊起，直至初始位，由初始位重新开始检测检测绳（2）拉出的长度，将配重（3）再次放下到基准面（5）；

力矩电机（101）输出第一力矩，记录检测绳（2）拉出的长度。

10.根据权利要求8或9所述的一种挠度检测装置的检测方法，其特征是：将检测主机（1）检测到的挠度变化值和时间参数记录在本地存储器中，待检测完成后统一分析；

或者将检测主机（1）检测到的挠度变化值和时间参数记录在本地存储器中，并通过数据发送装置（9）发送至远程终端进行统计分析。