CN111043982A - 基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及桥梁变形监测技术领域，公开了一种基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置，包括智能网关、传感器连接杆、传感器调节架、激光位移传感器、数据线、数据采集模块、连接角铁、太阳能电源线、太阳能板、太阳能板安装架和反光板，传感器连接杆通过膨胀螺栓固定在桥墩侧面，传感器调节架固定在传感器连接杆前端，激光位移传感器固定在传感器调节架的顶部，反光板通过粘连剂粘连在桥墩下端，其安装方向及激光位移传感器的指向均与桥梁板上端的行车向水平，数据采集模块通过连接角铁固定在桥墩侧面，太阳能板固定在太阳能板安装架上，太阳能板安装架固定在桥梁板上端，能够实现实时远程监测桥梁挠度变形的功能。

Description

基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置
技术领域
本发明涉及桥梁变形监测技术领域，尤其涉及一种基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置。
背景技术
目前，在桥梁结构物位移或变形监测应用的主要方法有GPS法、水准仪法、近景摄影测量法等。GPS监测技术具有高采样率（20Hz）和可以进行静动态监测等特点外，在大型结构监测方面也有其独特优越性，但也具有一定的局限性，由于卫星信号被遮挡及多路基效应的影响，其监测精度和可靠性不高，高程精度远远低于水平位置的精度；水准仪法在实际生产中，工作量大，过程复杂，具有一定的局限性，很难满足实际监测的要求；近景摄影测量法可同时测定多点在某一瞬间的空间位置，相片资料可随时进行比较，但在观测的绝对精度方面还不及传统的测量方法，近景摄影测量法的精度主要取决于纵距及焦距。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置，通过传感器采集、无线传输及云平台相关设备，能够实时监测桥梁结构的变形情况，在实用性、精确性和经济性等方面达到较高的水平。
本发明采用如下技术方案实现：
本发明包括智能网关、传感器连接杆、传感器调节架、激光位移传感器、数据线、数据采集模块、连接角铁、太阳能电源线、太阳能板、太阳能板安装架和反光板，所述传感器连接杆通过膨胀螺栓固定在桥墩侧面，所述传感器调节架固定在传感器连接杆前端，所述激光位移传感器固定在传感器调节架的顶部，所述反光板通过粘连剂粘连在桥墩下端，其安装方向与桥梁板上端的行车向水平，所述数据采集模块通过连接角铁固定在桥墩侧面，太阳能板固定在太阳能板安装架上，太阳能板安装架固定在桥梁板上端，太阳能板通过太阳能电源线与数据采集模块连接，所述激光位移传感器通过数据线与数据采集模块连接；所述数据采集模块包括盒体、可充电电池组、太阳能电池板充电模块、LoRa无线模块和天线，所述可充电电池组、太阳能电池板充电模块、LoRa无线模块均固定在盒体内，所述天线与LoRa无线模块通过导线连接，天线伸出到盒体外侧，所述太阳能板通过太阳能电源线与太阳能电池板充电模块连接，所述太阳能电池板充电模块通过导线与可充电电池组连接，所述可充电电池组为激光位移传感器、LoRa无线模块供电，激光位移传感器通过导线与LoRa无线模块连接；所述智能网关设置在桥墩的附近，距离LoRa无线模块在2KM范围内，智能网关使用220v市电供电，所述LoRa无线模块通过无线与智能网关通讯，所述智能网关通过4G信号与云平台通讯。
进一步地，所述反光板以铝合金板材为底板，表面粘贴反光膜，反光膜的厚度2~3mm，长宽为30mm×30mm。
进一步地，所述激光位移传感器、盒体均采用防水防尘的外壳封装。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明的基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置，通过激光位移传感器发射激光到反光板反射回来被激光位移传感器接收到，根据激光位移传感器的安装倾角可得到激光位移传感器与反光板在竖直方向上的距离，根据激光位移传感器与反光板在竖直方向上的距离变化可计算得到桥梁板的挠度参数，从而实现桥梁变形的监测。
2.本发明的基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置利用激光位移传感器测量得到的数据通过485数据线传输到数据采集模块，数据采集模块通过LoRa无线模块无线传输到智能网关，智能网关通过4G信号传输到云平台，通过在云平台上调取数据进行分析，可实现远程监控桥梁板挠度的功能。
附图说明
图1是本发明的安装结构示意图；
图2是本发明中数据采集模块与云平台的无线通讯示意图。
图中：1、桥墩；2、桥梁板；3、传感器连接杆；4、传感器调节架；5、激光位移传感器；6、485数据线；7、数据采集模块；8、连接角铁；9、太阳能电源线；10、太阳能板；11、太阳能板安装架；12、反光板；71、盒体；72、可充电电池组；73、太阳能电池板充电模块；74、LoRa无线模块；75、天线。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1、图2所示，本发明的一种基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置，包括智能网关、传感器连接杆3、传感器调节架4、激光位移传感器5、485数据线6、数据采集模块7、连接角铁8、太阳能电源线9、太阳能板10、太阳能板安装架11和反光板12。传感器连接杆3通过膨胀螺栓固定在桥墩1侧面，传感器调节架4固定在传感器连接杆3前端，反光板12通过粘连剂粘连在桥墩1下端，其安装方向及激光位移传感器5的指向均与桥梁板2上端的行车向水平，反光板12以铝合金板材为底板，表面粘贴反光膜，反光膜的厚度2~3mm，长宽为30mm×30mm。激光位移传感器5固定在传感器调节架4的顶部，激光位移传感器5采用防水防尘的外壳封装，激光位移传感器5的采样频率范围1~30Hz，最小分辨率0.1mm，数据以485总线方式发送，传感器调节架4使用现有技术中的调节架，传感器调节架4可以实现调节激光位移传感器5在水平向的旋转和竖直向的旋转工作。
数据采集模块7通过连接角铁8固定在桥墩1侧面，太阳能板10固定在太阳能板安装架11上，太阳能板安装架11固定在桥梁板2上端，太阳能板10通过太阳能电源线9与数据采集模块7连接，为其供电，太阳能板10使用汉能牌的Global Solar Power FLEX 100W太阳能板，其单位体积能量密度大，柔软性好，方便安装。激光位移传感器5通过485数据线6与数据采集模块7连接，将数据传输到数据采集模块7；数据采集模块7包括盒体71、可充电电池组72、太阳能电池板充电模块73、LoRa无线模块74和天线75，可充电电池组72、太阳能电池板充电模块73、LoRa无线模块74均固定在盒体71内，天线75与LoRa无线模块74通过导线连接，LoRa无线模块74使用LG206无线模块，通过LoRa技术实现与智能网关的无线通信，LG206无线模块的工作频段398~525Mhz，工作电压5~36V，波特率1200~115200bps，采用主动上报模式，天线75伸出到盒体71外侧，盒体71采用防水防尘的外壳封装，太阳能板10通过太阳能电源线9与太阳能电池板充电模块73连接，太阳能电池板充电模块73使用9V-28V太阳能充电降压稳压器，太阳能电池板充电模块73通过导线与可充电电池组72连接，可充电电池组72使用SONY12V8400mAH电池组，其能够使得无光照时依靠电池储能满足数据采集模块7工作三天以上，可充电电池组72为激光位移传感器5、LoRa无线模块74供电，激光位移传感器5通过导线与LoRa无线模块74连接；智能网关设置在桥墩1的附近，距离LoRa无线模块74在2KM范围内，智能网关使用220v市电供电，LoRa无线模块74通过无线与智能网关通讯，智能网关通过4G信号与云平台通讯，智能网关是基于LoRa协议的物联网集中器，支持4G、WAN和WIFI传输方式，以MQTT协议连接云服务平台，上传数据协议格式包括：智能网关ID、数据采集模块ID、时间戳、在线情况、数据长度、有效数据等。
本发明的基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置工作时，通过激光位移传感器5发射激光到反光板12反射回来被激光位移传感器5接收到，从而能够计算得到激光位移传感器5到反光板12的直线距离，根据激光位移传感器5的安装倾角可得到激光位移传感器5与反光板12在竖直方向上的距离，当有大车在桥梁板2上经过时，反光板12跟随桥梁板2下降，使得激光位移传感器5与反光板12在竖直方向上的距离变化，根据变化值可计算得到桥梁板2的挠度参数。激光位移传感器5测量得到的数据通过485数据线6传输到数据采集模块7，数据采集模块7通过LoRa无线模块74无线传输到智能网关，智能网关通过4G信号传输到云平台，通过在云平台上调取数据进行分析，可实现远程监控桥梁板2挠度的功能。
综上，本发明利用激光良好的方向性，实现无接触远距离测量。随着桥梁不同程度的变形，照射在被测点的反射板上的激光光斑中心发生变化，只要获取激光发射点与光斑中心位置的距离，通过三角函数计算方法，可得到桥梁扰度，具有高测量精度、高采样速率、成本低等特点，适用于跨度不大的中小型桥梁。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置，其特征在于：包括智能网关、传感器连接杆（3）、传感器调节架（4）、激光位移传感器（5）、485数据线（6）、数据采集模块（7）、连接角铁（8）、太阳能电源线（9）、太阳能板（10）、太阳能板安装架（11）和反光板（12），所述传感器连接杆（3）通过膨胀螺栓固定在桥墩（1）侧面，所述传感器调节架（4）固定在传感器连接杆（3）前端，所述激光位移传感器（5）固定在传感器调节架（4）的顶部，所述反光板（12）通过粘连剂粘连在桥墩（1）下端，其安装方向与桥梁板（2）上端的行车向水平，所述数据采集模块（7）通过连接角铁（8）固定在桥墩（1）侧面，太阳能板（10）固定在太阳能板安装架（11）上，太阳能板安装架（11）固定在桥梁板（2）上端，太阳能板（10）通过太阳能电源线（9）与数据采集模块（7）连接，所述激光位移传感器（5）通过485数据线（6）与数据采集模块（7）连接；所述数据采集模块（7）包括盒体（71）、可充电电池组（72）、太阳能电池板充电模块（73）、LoRa无线模块（74）和天线（75），所述可充电电池组（72）、太阳能电池板充电模块（73）、LoRa无线模块（74）均固定在盒体（71）内，所述天线（75）与LoRa无线模块（74）通过导线连接，天线（75）伸出到盒体（71）外侧，所述太阳能板（10）通过太阳能电源线（9）与太阳能电池板充电模块（73）连接，所述太阳能电池板充电模块（73）通过导线与可充电电池组（72）连接，所述可充电电池组（72）为激光位移传感器（5）、LoRa无线模块（74）供电，激光位移传感器（5）通过导线与LoRa无线模块（74）连接；所述智能网关设置在桥墩（1）的附近，距离LoRa无线模块（74）在2KM范围内，智能网关使用220v市电供电，所述LoRa无线模块（74）通过无线与智能网关通讯，所述智能网关通过4G信号与云平台通讯。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置，其特征在于：所述反光板（12）以铝合金板材为底板，表面粘贴反光膜，反光膜的厚度2~3mm，长宽为30mm×30mm。
3.根据权利要求1或2所述的基于无线传感网络的桥梁变形激光测量装置，其特征在于：所述激光位移传感器（5）、盒体（71）均采用防水防尘的外壳封装。
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