CN110530327A - 桥梁挠度测量修正装置及方法 - Google Patents

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史雪峰
郭翠翠
王鸣辉
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李成
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喻越
姚文凡
张越
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    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems

Abstract

本发明涉及桥梁检测领域，本发明公开了一种桥梁挠度测量修正装置及方法，该装置包括液体箱；还包括连通管，其与所述液体箱连通；还包括至少两个挠度传感器，其中一个挠度传感器设在所述液体箱处，其余的挠度传感器设在所述连通管上并间隔设置；还包括至少两个温度传感器，其中一个温度传感器设在所述液体箱处，其余的温度传感器设置在所述连通管上，且与挠度传感器一一对应并间隔设定距离设置。本发明能有效地解决温度会对测量桥梁挠度产生影响的问题。

Description

桥梁挠度测量修正装置及方法
技术领域
本发明涉及桥梁检测领域，具体涉及桥梁挠度测量修正装置及方法。
背景技术
连通管法是测量桥梁挠度的常用方法，其原理是在被测点和基准点间安装连通管，将两点间竖直方向上的相对位置变化(即挠度)转换成连通管内液面的变化，利用连通管原理测得的液面变化反算出被测点相对于基准点竖直方向的位置变化。由于其具有精度高、不受多方位变形及现场恶劣环境的影响等特点，特别是在经济性、耐久性等方面有明显的优势，已在地面沉降、大坝变形和桥梁结构监测中得到了广泛应用。
但是，在应用中发现，这种挠度测试方法一般没有考虑到当液体温度发生变化时，其密度也会随着改变。当密度发生的变化乘以较高的液位和重力加速度以后，这种密度发生的变化会引起挠度传感器较大的测量误差：当液位为400mm，两次测量的温度相差23℃时，因密度变化造成的误差能够达到16mm；对于挠度变化不大的结构，这种误差影响很大，超出了误差允许的范围，完全不能被接受。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种桥梁挠度测量修正装置及方法，能有效地解决温度对测量桥梁挠度产生影响的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
液体箱；
连通管，其与所述液体箱连通；
至少两个挠度传感器，其中一个挠度传感器设在所述液体箱处，其余的挠度传感器设在所述连通管上并间隔设置；
至少两个温度传感器，其中一个温度传感器设在所述液体箱处，其余的温度传感器设置在所述连通管上，且与挠度传感器一一对应并间隔设定距离设置。
在上述技术方案的基础上，还包括数据处理设备，所述数据处理设备用于接收和处理挠度传感器和温度传感器的检测数据。
在上述技术方案的基础上，所述桥梁挠度测量修正装置还包括温度数据采集卡，其输入端与所有的所述温度传感器连接，其输出端与所述数据处理设备连接。
在上述技术方案的基础上，所述桥梁挠度测量修正装置还包括挠度数据采集卡，其输入端与所有的所述挠度传感器连接，其输出端与所述数据处理设备连接。
本发明还还提供一种桥梁挠度测量修正方法，包括以下步骤：
S1：将液体箱放置于桥梁的设定位置，将所有的挠度传感器布置至各个检测点；
S2：对于任意一个检测点i，i为整数，用第i个挠度传感器测得第i个检测点的液位值Hi，以及对应的温度传感器测得的温度值Ti；
S3：间隔设定时间，重复S2步骤，测得第i个检测点的液位值Hi’，以及对应的温度值Ti’；
S4：获取第i个检测点处的温度Ti对应的液体的密度ρi，以及第i个检测点处的温度Ti’对应的液体的密度ρi’；
S5：根据Ti对应的ρi及Hi，以及Ti’对应的ρi’，修正液位值Hi’。
在上述技术方案的基础上，根据Ti对应的液体的密度ρi及液位值Hi，以及温度Ti’所对应的液体的密度ρi’，修正液位值Hi’，具体包括以下步骤：
计算第i个检测点两次检测由温度变化带来的压力变化量ΔP：
ΔP＝ρi’×g×Hi’-ρi×g×Hi；
压力变化量ΔP转换为液柱高程修正量Δh为：
Δh＝ΔP/(ρi’×g)＝(ρi’×g×Hi’-ρi×g×Hi)/(ρi’×g)；
第i个检测点的挠度传感器的液位值的修正液位Hi”为：
Hi”＝Hi’+Δh。
在上述技术方案的基础上，所述挠度传感器和对应的温度传感器的数据同步采集。
在上述技术方案的基础上，所述液体箱中液体的密度通过温度密度试验得到。
在上述技术方案的基础上，用温度数据采集卡获取所有的所述温度传感器的温度数据，并传输至所述数据处理设备。
在上述技术方案的基础上，用挠度数据采集卡获取所有的所述挠度传感器的挠度数据，并传输至所述数据处理设备。
与现有技术相比，本发明的优点在于：考虑两次测量的时刻不同，会导致检测时的温度不同，从而液体箱内的液体密度有所变化。在考虑温度变化导致液体密度变化的前提下，在检测点处设置温度传感器检测温度，通过计算修正了在挠度检测时由温度带来的桥梁挠度值检测不准确的影响
附图说明
图1为本发明实施例中桥梁挠度测量修正装置的示意图；
图2为本发明实施例中第一时刻挠度传感器的挠度液位图；
图3为本发明实施例中第二时刻挠度传感器的挠度液位图。
图中：1、液体箱；2、连通管；3、挠度传感器；4、温度传感器；5、数据处理设备；6、温度数据采集卡；7、挠度数据采集卡。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例中桥梁挠度测量修正装置的示意图，参见图1所示，本发明实施例提供一种桥梁挠度测量修正装置，包括：
液体箱1；还包括连通管2，其与所述液体箱1连通；还包括至少两个挠度传感器3，其中一个挠度传感器3设在所述液体箱1处，其余的挠度传感器3设在所述连通管2上并间隔设置；还包括至少两个温度传感器4，其中一个温度传感器4设在所述液体箱1处，其余的温度传感器4设置在所述连通管2上，且与挠度传感器3一一对应并间隔设定距离设置。
在使用该桥梁挠度测量修正装置时，将液体箱1放置于桥梁的设定位置，将所有的挠度传感器3布置至各个检测点；用第i个挠度传感器3测得第i个检测点的液位值Hi，以及对应的温度传感器4测得的温度值Ti；间隔设定时间，重复S2步骤，测得第i个检测点的液位值Hi’，以及对应的温度值Ti’；获取温度Ti对应的液体的密度ρi，以及温度Ti’对应的液体的密度ρi’；根据Ti对应的ρi及Hi，以及Ti’对应的ρi’，修正液位值Hi’。以得到检测点更加精确的挠度值。
在本实施例中，该桥梁挠度测量修正装置设有4个挠度挠度传感器3，其中一个设置在液体箱处1，对应设置一个温度传感器4，其他的3个挠度传感器3和与其对应的温度传感器4设置在各个检测点处。温度传感器4与挠度传感器3间隔设定距离应在安装条件许可的情况下尽可能的靠近，这样的设计可以更加精确的反应挠度传感器3处的温度，以更加精确的修正温度对检测点挠度的影响。另外，所有的挠度传感器3和温度传感器4均设置在同一连通管2上。并且挠度传感器3和温度传感器4在安装过程中应注意水管的密封，不得产生水管泄露问题。
优选地，还包括数据处理设备5，数据处理设备5用于接收和处理挠度传感器3和温度传感器4的检测数据。在本实施例中，可以在数据处理设备5内预设处理修正挠度值的计算方法或者软件。可以将采集来温度数据和挠度数据快速处理。
优选地，桥梁挠度测量修正装置还包括温度数据采集卡6，其输入端与所有的温度传感器4连接，其输出端与数据处理设备5连接。
在本实施例中，温度数据采集卡6设置在桥梁的检测点的合适位置，一般在所有检测的中间位置安装温度数据采集卡6，可以将所有温度传感器4采集的温度信号都通过温度数据采集卡6采集后，再经过温度数据采集卡6传输给数据处理设备5连接，可以使铺设信号线路更加的简单，不用每个温度传感器4都与数据处理设备5连接，造成信号线路混乱。
优选地，桥梁挠度测量修正装置还包括挠度数据采集卡7，其输入端与所有的挠度传感器3连接，其输出端与数据处理设备5连接。
在本实施例中，挠度数据采集卡7设置在在桥梁的检测点的合适位置，一般在所有检测的中间位置安装挠度数据采集卡7，可以将所有挠度传感器3采集的挠度信号都通过挠度数据采集卡7采集后，再经过挠度数据采集卡7传输给数据处理设备5连接，可以使铺设信号线路更加的简单，不用每个挠度传感器3都与数据处理设备5连接，造成信号线路混乱。
另外本发明还提供一种桥梁挠度测量修正方法，包括以下步骤：
S1：将液体箱1放置于桥梁的设定位置，将所有的挠度传感器3布置至各个检测点。
在本实施例中，将液体箱1设置在桥墩处，因为液体箱1为连通管法测量桥梁挠度的基准，所以将液体箱1放置在桥梁上相对稳定位置，有益于测得更加准确的挠度数据。
优选地，在本实施例中，检测点设置在桥梁关键节点断面。这样可以测得更有价值的挠度数据，更加能够反应桥梁的挠度状况。
S2：对于任意一个检测点i，i为整数，用第i个挠度传感器3测得第i个检测点的液位值Hi，以及对应的温度传感器4测得的温度值Ti。
优选地，在本实施例中，挠度传感器3和温度传感器4的数据同步采集。这样可以确保测量时刻，挠度传感器3和温度传感器4测得数据对应。
图2为本发明实施例中第一时刻挠度传感器的挠度液位图，如图2所示，在本实施例中，在第一时刻，可以用多个挠度传感器3同时测量多个检测点的挠度，得到挠度传感器3测得的液位值，并用温度传感器4测得到对应检测点的温度值。当然，也可以根据需求测量一个检测点的挠度传感器3测得的液位值，以及对应的温度值。
S3：间隔设定时间，重复S2步骤，测得第i个检测点的液位值Hi’，以及对应的温度值Ti’。
图3为本发明实施例中第二时刻时挠度传感器的挠度液位图，如图3所示，在本实施例中，在第二时刻，可以用多个挠度传感器3同时测量多个检测点的挠度，假设有n个挠度传感器3，则可以n个挠度传感器3同时检测，得到n个挠度传感器3测得的液位值，并用温度传感器4测得到对应检测点的温度值。当然，也可以根据需求测量一个检测点的挠度传感器3测得的液位值，以及对应的温度值。
优选地，用温度数据采集卡6获取所有的温度传感器4的温度数据，并传输至数据处理设备5。
优选地，挠度数据采集卡7获取所有的挠度传感器3的挠度数据，并传输至数据处理设备5。
在本实施例中，这样的设计可以简化复杂的信号传输线路。
S4：获取温度Ti对应的液体的密度ρi，以及温度Ti’对应的液体的密度ρi’。通过液体的密度和温度对照表获得Ti对应的ρi以及Ti’对应的ρi’。
优选地，液体箱1中液体的密度通过温度密度试验得到。
在本实施例中，液体箱中的液体为纯净水。采用纯净水可以更加准确的获取某一温度下的液体的密度值。采用非纯净水，可能会因为，水的温度密度表不准确，导致修正值不准确。当然在其他实施例中，也可以采用不易挥发的单纯其他液体，以提高液位值的准确性。其密度通过温度，密度试验得到。
S5：根据Ti对应的ρi及Hi，以及Ti’对应的ρi’，修正液位值Hi’。
S5步骤具体包括以下步骤：
计算第i个检测点两次检测由温度变化带来的压力变化量ΔP：
ΔP＝ρi’×g×Hi’-ρi×g×Hi。
在本实例计算时，为了简化计算，由于结构高程变化量远较液柱高度小，可以不考虑液柱高度的变化，假设H2’＝H2，则：
ΔP＝ρ2’×g×H2-ρ2×g×H2＝(ρ2’-ρ2)×g×H2。
压力变化量ΔP转换为液柱高程修正量Δh为：
Δh＝ΔP/(ρi’×g)＝(ρi’×g×Hi’-ρi×g×Hi)/(ρi’×g)或者(ρ2’-ρ2)×H2/ρ2’。
第i个检测点的挠度传感器的液位值的修正液位Hi”为：
Hi”＝Hi’+Δh。
在其他实施例中，也可以直接将挠度传感器与温度传感器融合，一种设备同时采集挠度与温度数据，同样也可以实施本方案。
综上，本发明考虑两次测量的时刻不同，会导致检测时的温度不同，从而液体箱内的液体密度有所变化。在考虑温度变化导致液体密度变化的前提下通过计算修正了在挠度检测时由温度带来桥梁挠度值检测不准确的影响。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种桥梁挠度测量修正装置，其特征在于，包括：
液体箱(1)；
连通管(2)，其与所述液体箱(1)连通；
至少两个挠度传感器(3)，其中一个挠度传感器(3)设在所述液体箱(1)处，其余的挠度传感器(3)设在所述连通管(2)上并间隔设置；
至少两个温度传感器(4)，其中一个温度传感器(4)设在所述液体箱(1)处，其余的温度传感器(4)设置在所述连通管(2)上，且与挠度传感器(3)一一对应并间隔设定距离设置。
2.如权利要求1所述的桥梁挠度测量修正装置，其特征在于：还包括数据处理设备(5)，所述数据处理设备(5)用于接收和处理挠度传感器(3)和温度传感器(4)的检测数据。
3.如权利要求2所述的桥梁挠度测量修正装置，其特征在于：所述桥梁挠度测量修正装置还包括温度数据采集卡(6)，其输入端与所有的所述温度传感器(4)连接，其输出端与所述数据处理设备(5)连接。
4.如权利要求2所述的桥梁挠度测量修正装置，其特征在于：所述桥梁挠度测量修正装置还包括挠度数据采集卡(7)，其输入端与所有的所述挠度传感器(3)连接，其输出端与所述数据处理设备(5)连接。
5.一种基于如权利要求1所述的桥梁挠度测量修正装置实施的桥梁挠度测量修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将液体箱(1)放置于桥梁的设定位置，将设置在所述连通管(2)上的挠度传感器(3)布置至各个检测点；
S2：对于任意一个检测点i，i为整数，用第i个挠度传感器(3)测得第i个检测点的液位值Hi，以及对应的温度传感器(4)测得的温度值Ti；
S3：间隔设定时间，重复S2步骤，测得第i个检测点的液位值Hi’，以及对应的温度值Ti’；
S4：获取第i个检测点处的温度Ti对应的液体的密度ρi，以及第i个检测点处的温度Ti’对应的液体的密度ρi’；
S5：根据Ti对应的ρi及Hi，以及Ti’对应的ρi’，修正液位值Hi’。
6.如权利要求5所述的桥梁挠度测量修正方法，其特征在于：根据Ti对应的液体的密度ρi及液位值Hi，以及温度Ti’所对应的液体的密度ρi’，修正液位值Hi’，具体包括以下步骤：
计算第i个检测点两次检测由温度变化带来的压力变化量ΔP：
ΔP＝ρi’×g×Hi’-ρi×g×Hi；
压力变化量ΔP转换为液柱高程修正量Δh为：
Δh＝ΔP/(ρi’×g)＝(ρi’×g×Hi’-ρi×g×Hi)/(ρi’×g)；
第i个检测点的挠度传感器的液位值的修正液位Hi”为：
Hi”＝Hi’+Δh。
7.如权利要求5所述的桥梁挠度测量修正方法，其特征在于：所述挠度传感器(3)和对应的所述温度传感器(4)的数据同步采集。
8.如权利要求5所述的桥梁挠度测量修正方法，其特征在于，所述液体箱(1)中液体的密度通过温度密度试验得到。
9.如权利要求5所述的桥梁挠度测量修正方法，其特征在于：用温度数据采集卡(6)获取所有的所述温度传感器(4)的温度数据，并传输至所述数据处理设备(5)。
10.如权利要求5所述的桥梁挠度测量修正方法，其特征在于：用挠度数据采集卡(7)获取所有的所述挠度传感器(3)的挠度数据，并传输至所述数据处理设备(5)。
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