CN111397822A - 一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置及方法 - Google Patents

一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置及方法，属于安全检测领域，其技术方案要点是，包括激光陀螺仪，安装在待监测桥梁上，用于对桥梁微小形变引发的角速度信号进行测量；采集记录仪，与所述激光陀螺仪连接，用于对激光陀螺仪输出的角速度信号进行采集和记录，并将角速度信号输出；网络计算机，所述网络计算机通过数据传输链路与数据记录仪连接，用于接收角速度信号并分析提取桥梁的结构形变数据。解决了现有桥梁安全监测方法存在施工不便的问题；实现桥梁的实时安全监测，相对于现有的基于仪器设备的局部损伤检测和基于静态测量数据的结构健康检测，有效地提高了桥梁监测的精度。

Description

一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置及方法
技术领域
本发明涉及安全检测技术领域，具体而言，涉及一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置及方法。
背景技术
桥梁是重要的交通基础设施。桥梁在服役使用过程中，不可避免地受到环境侵蚀、材料老化、负荷效应、人为或自然的突发灾害等因素的作用而产生结构损伤、出现安全隐患。这些安全隐患达到一定程度时将影响桥梁的正常使用，甚至引起灾难性的突发事故，造成重大经济损失和人员伤亡。因此，采用有效的桥梁安全监测装置和方法，对桥梁的健康状况进行监测，对桥梁的损伤进行预警，能够提高桥梁的安全健康维护效率，并且在一定程度上预防桥梁在服役使用过程中的安全事故，具有重要的社会与经济价值。
桥梁安全监测方法包括外观目测、基于仪器设备的局部损伤检测、基于静态测量数据的结构健康检测和基于动态测量数据的结构健康检测等，但是，现有桥梁安全监测方法存在施工不便、监测精度低等问题。
为此，提出一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置及方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，包括激光陀螺仪，安装在待监测桥梁上，用于对桥梁微小形变引发的角速度信号进行测量；采集记录仪，与所述激光陀螺仪连接，用于对激光陀螺仪输出的角速度信号进行采集和记录，并将角速度信号输出；网络计算机，所述网络计算机通过数据传输链路与数据记录仪连接，用于接收角速度信号并分析提取桥梁的结构形变数据。
进一步地，桥梁安全监测装置还包括报警器，所述报警器与网络计算机连接，用于对达到预警值的情况发出安全预警。
进一步地，所述激光陀螺仪通过刚性材质的安装夹具固定待被监测桥梁的被监测部位上。
进一步地，所述数据传输链路为数据网络。
进一步地，单个所述激光陀螺仪的输入轴(IA)对齐于待监测桥梁的被监测部容易发生形变的方向。
进一步地，所述激光陀螺仪设置有多个在待监测桥梁上。
进一步地，其监测方法如下：
S1、将激光陀螺仪通过安装夹具固定于待监测桥梁的被监测部上；
S2、将激光陀螺仪通电，同时数据记录仪和网络计算机开始进入工作状态；
S3、采集记录仪与所述激光陀螺仪连接，以对激光陀螺仪输出的角速度信号进行采集和记录；
S4、网络计算机根据激光陀螺仪测量的角速度信号，分析提取桥梁的结构形变数据，并进一步对桥梁结构的安全健康情况进行综合评判，对达到预警阈值的情况发出安全预警信号。
应用本发明的技术方案，有益效果是：
1、激光陀螺通过安装夹具安装在桥梁上，无需改变被监测桥梁现有结构，也不对被监测桥梁附加任何前置施工要求，从而解决了现有桥梁安全监测方法存在施工不便的问题；
2、通过引入具有微小转动精确测量能力的激光陀螺，对桥梁在服役使用过程中的结构形变进行监测，采用数字信号处理技术，从激光陀螺的输出信号中提取桥梁结构的形变数据，并对结构形变数据进行判定分析，从而实现桥梁的实时安全监测，相对于现有的基于仪器设备的局部损伤检测和基于静态测量数据的结构健康检测，有效地提高了桥梁监测的精度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了基于激光陀螺的桥梁安全监测装置的工作流程框图；
图2示出了基于激光陀螺的桥梁安全监测装置的整体安装结构图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、激光陀螺仪；11、安装夹具；20、采集记录仪；21、数据传输链路；30、网络计算机；40、待检测桥梁。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图2所示，本发明提供了一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，包括激光陀螺仪10，安装在待监测桥梁40上，用于对桥梁微小形变引发的角速度信号进行测量；采集记录仪20，与激光陀螺仪10连接，用于对激光陀螺仪10输出的角速度信号进行采集和记录，并将角速度信号输出；网络计算机30，网络计算机30通过数据传输链路21与数据记录仪20连接，用于接收角速度信号并分析提取桥梁的结构形变数据。
应用本实施例的技术方案，将激光陀螺仪10安装在待检测桥梁40的被监测部位上(根据桥梁设计维护数据和历史健康数据选择在桥梁结构上易产生病害或已产生病害的重点位置)，激光陀螺仪10测量的角速度信号输出给与至相连的采集记录仪20进行采集和收集，采集记录仪20通过数据传输链路21与网络计算机30进行数据交换，网络计算机30将接收到的角速度信号进行分析处理，采用数字信号处理技术，从激光陀螺仪10测量的角速度信号中提取桥梁结构的形变数据，并对结构形变数据进行判定分析，从而实现桥梁的安全监测。
具体地，网络计算机30的信号处理原理为：
激光陀螺仪10测量的角速度信号，包含地球旋转角速度Ωe、交通扰动引起的角速度Ωt、环境扰动引起的角速度Ωa和激光陀螺测量误差信号Ωr，即：
Ω＝Ωe+Ωt+Ωa+Ωr
其中：地球旋转角速度在固定位置处为恒定值；激光陀螺测量误差信号数值在一定范围之内，该数值取决于所采用的激光陀螺性能；交通扰动引起的角速度和环境扰动引起的角速度，在桥梁处于安全健康状态时，也在一定范围之内。
据此，网络计算机30将接收到的角速度信号进行简单滤波平滑处理，平滑处理后的数据波动范围即表征了被监测桥梁的形变大小，根据形变大小，可针对不同的数据阈值，对被监测桥梁的安全健康状态做出评判，所采用的数据阈值，可根据桥梁设计时的允许形变数据和专家经验数据来选取。
在选用激光陀螺仪10中，根据使用成本和被监测桥梁的形变特征，选择为单个或多个，当选用的单个激光陀螺仪10时，单个激光陀螺仪10的输入轴(IA)对齐于待监测桥梁40的被监测部容易发生形变的方向，从而有效地提高桥梁形变数据的准确度。
可选地，激光陀螺仪10设置有多个在待监测桥梁40上，多个激光陀螺仪10的输入轴(IA)对齐于待监测桥梁40的三维方向，提高了激光陀螺仪10的适用性。
具体地，桥梁安全监测装置还包括报警器(图中未示出)，报警器与网络计算机30连接，用于对达到预警值的情况发出安全预警，当桥梁形变数据大于预警值时，通过报警器发出警报，能够达到便捷提醒工作人员的效果。
具体地，如图2所示，激光陀螺仪10通过刚性材质的安装夹具11固定待被监测桥梁40的被监测部位上。
其中，数据传输链路21为数据网络，通过数据网络将数据记录仪20与网络计算机30连接，实现数据的传输，而且数据网络连接方式包括但不限于有线连接、GPRS网络连接、4G网络连接、5G网络连接。
针对桥梁安全监测装置的具体结构，如图1所示，其监测方法如下：
S1、将激光陀螺仪10通过安装夹具11固定于待监测桥梁40的被监测部上；
S2、将激光陀螺仪10通电，同时数据记录仪20和网络计算机30开始进入工作状态；
S3、采集记录仪20与激光陀螺仪10连接，以对激光陀螺仪10输出的角速度信号进行采集和记录；
S4、网络计算机30根据激光陀螺仪10测量的角速度信号，分析提取桥梁的结构形变数据，并进一步对桥梁结构的安全健康情况进行综合评判，对达到预警阈值的情况发出安全预警信号。
该种检测方法，激光陀螺仪10用于实现对桥梁微小形变引发的角速度信号进行测量，采集记录仪20用于对激光陀螺仪10输出的角速度信号进行采集和记录，并将角速度信号传送给网络计算机30，网络计算机30根据激光陀螺仪10测量的角速度信号，分析提取桥梁的结构形变数据，并进一步对桥梁结构的安全健康情况进行综合评判，对达到预警阈值的情况发出安全预警信号。
下列为本实施例的部分组件型号，
采集记录仪20：DP100。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、本发明采用激光陀螺测量够对于桥梁形变引起的微小角度变化进行在线实时监测，对桥梁结构疲劳和损伤进行识别，对桥梁的安全健康状态进行诊断和预警，相对于现有的基于仪器设备的局部损伤检测和基于静态测量数据的结构健康检测，有效地提高了桥梁监测的精度；
2、激本发明通过安装夹具将激光陀螺安装在桥梁上，无需改变被监测桥梁现有结构，也不对被监测桥梁附加任何前置施工要求，从而解决了现有桥梁安全监测方法存在施工不便的问题；
3、本发明体积小，安装时无需封闭被监测桥梁上的交通，监测时也不对桥上交通产生影响；
4、本发明采用网络计算机对监测数据进行处理和记录，所得数据除对桥梁安全健康状态进行诊断和预警外，还可供交通大数据分析、桥梁形变专家库等第三方平台进一步加工利用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，其特征在于：包括
激光陀螺仪(10)，安装在待监测桥梁(40)上，用于对桥梁微小形变引发的角速度信号进行测量；
采集记录仪(20)，与所述激光陀螺仪(10)连接，用于对激光陀螺仪(10)输出的角速度信号进行采集和记录，并将角速度信号输出；
网络计算机(30)，所述网络计算机(30)通过数据传输链路(21)与数据记录仪(20)连接，用于接收角速度信号并分析提取桥梁的结构形变数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，其特征在于：桥梁安全监测装置还包括报警器，所述报警器与网络计算机(30)连接，用于对达到预警值的情况发出安全预警。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，其特征在于：所述激光陀螺仪(10)通过刚性材质的安装夹具(11)固定待被监测桥梁(40)的被监测部位上。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，其特征在于：所述数据传输链路(21)为数据网络。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，其特征在于：单个所述激光陀螺仪(10)的输入轴(IA)对齐于待监测桥梁(40)的被监测部容易发生形变的方向。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，其特征在于：所述激光陀螺仪(10)设置有多个在待监测桥梁(40)上。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光陀螺的桥梁安全监测装置，其监测方法如下：
S1、将激光陀螺仪(10)通过安装夹具(11)固定于待监测桥梁(40)的被监测部上；
S2、将激光陀螺仪(10)通电，同时数据记录仪(20)和网络计算机(30)开始进入工作状态；
S3、采集记录仪(20)与所述激光陀螺仪(10)连接，以对激光陀螺仪(10)输出的角速度信号进行采集和记录；
S4、网络计算机(30)根据激光陀螺仪(10)测量的角速度信号，分析提取桥梁的结构形变数据，并进一步对桥梁结构的安全健康情况进行综合评判，对达到预警阈值的情况发出安全预警信号。
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