CN111595283A - 一种桥梁裂缝动态监测系统及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁裂缝动态监测系统及其装置，属于桥梁养护技术领域，包括定位模块、通信模块、中央处理器、位移传感器、蓄电池以及数据中心，所述位移传感器、通信模块、定位模块和中央处理器分别通过蓄电池供电，位移传感器、通信模块和定位模块又分别与中央处理器连接，所述通信模块与数据中心保持无线连接。本技术方案引入了智能模块，通过通信模块将数据实时上传，减少了人工定期现场监测的工作量，减少了人工检测所得数据的误差和人工操作的不稳定性；通过将裂缝的直接变化值进行数倍放大后才通过位移传感器监测，使得传感器更容易监测到裂缝的变化数据，降低了病害监测对传感器的精度和灵敏度要求。
Description
技术领域
本发明属于桥梁养护技术领域，涉及一种用于桥梁养护及病害防治的辅助设备，尤其是涉及一种桥梁裂缝动态监测系统及其装置。
背景技术
桥梁作为交通的咽喉，其安全状况不仅直接影响到整个交通路网的正常运营，而且因为桥梁的特殊性，一旦发生桥毁人亡的事件，造成社会负面影响巨大。由于历史局限性或人为因素影响，桥梁可能会出现设计不周、施工不良、管理不当等情况，随着运营年限的增长，已有不少桥梁出现了不同程度的病害。为了避免灾难性事故的发生，保证人民生命财产的安全，必须确保这些缺陷或隐患能够被及时发现，并得到补救和消除。
目前，绝大部分的中小跨径混凝土桥梁，其结构状态的获知，主要通过定期的人工检测或借助荷载试验加以实现。当桥梁结构出现病害需要加固维修或改建时，申报、立项、批复到正式实施往往需要一个较长的周期，短则数月，长则数年。桥梁在这段“真空期”内出现重大安全问题的可能性较高。为确保安全，桥梁管理部门会在这期间不断提高人工检测频率，从而获得桥梁结构病害的最新发展状况。这样做的结果是，大大提高了桥梁的日常养护成本，随着时间的推移，若有越来越多的桥梁出现不同程度病害，桥梁管理部门和检测单位将难以承受桥梁日常维护的工作量。而且，人工检测前后数据受人工因素影响，数据的准确性和可比性偏差大，有可能导致无法及时发现问题。
随着大数据、人工智能技术的发展日趋成熟，开始逐渐将大数据、人工智能等技术应用到桥梁病害监测中。其中，针对桥梁裂缝的监测，申请号为201820522926.0的中国实用新型专利公开了一种大体积混凝土裂缝监控装置，利用湿度传感器、温度传感器、中央处理器、图像采集装置、图像处理装置等对大体积混凝土进行实时监控，当湿度传感器和温度传感器中的一个传感器测得的数据超出预设阈值后，中央处理器将控制信号触发器发出图像采集触发信号，图像采集装置采集待测大体积混凝土的图像信息，并经过图像处理装置后传输至中央处理器，中央处理器通过接收到的图像处理装置输出的图像信息判断待测大体积混凝土是否存在裂缝，若是，则触发报警装置发出报警信息。该装置主要是针对裂缝病害的发现。
申请号为CN201821707974.3的中国实用新型专利公开了一种便携式裂缝宽度长期监测、预警系统，包括传感器、数据采集设备和远程监控装置等，通过数据处理单元自主对数据进行解析、计算，减少人为因素失误，并将计算结果与设置的上限阈值进行比较，若测量值大则自动触发警报，实现自动化监测，解放现场监测人员，提高生产力，实现远程监测，可向管理者实时提供最直接的判断依据。该技术方案虽然给出了监测预警系统，但未给出监测装置的具体结构。
申请号为CN201821112927.4的中国实用新型专利，公开了一种混凝土结构裂缝宽度监测尺，通过主尺两端固定连接在混凝土结构裂缝的两侧，副尺正面开设有滑轨，主尺滑动连接的滑轨内，主尺背面两端均固定连接有加固板，加固板和主尺的连接处开设有通孔，通孔贯穿于加固板和主尺，通孔内设有水泥钉，水泥钉贯穿于通孔并延伸至混凝土内部，主尺和副尺正面设刻度线，通过定期读取刻度线的变化值，即可得出裂缝的变化情况。该技术为传统的裂缝监测技术，需要人工定期检查，工作量较大。
现有技术中，对大体积混凝土工程裂缝监测的工具较多，普遍存在的问题是，第一，智能化程度不高，很大程度上还依赖于人工定期采集数据；第二，体积较大，因裂缝的变化较小，想要采集精确的数据，所用的监测仪器体积就会较大，难以实现安装，更难保证仪器的正常工作；第三，当裂缝一定时期内变化极其微小时，可能获取不到有效数据。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种桥梁裂缝动态监测系统及其装置，从而实现现场安装方便，准确监测裂缝数据变化，从而实现桥梁裂缝实时监测，及时判断安全隐患的效果。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种桥梁裂缝动态监测系统，包括定位模块、通信模块、中央处理器、位移传感器、蓄电池以及数据中心，所述位移传感器、通信模块、定位模块和中央处理器分别通过蓄电池供电，位移传感器、通信模块和定位模块又分别与中央处理器连接，所述通信模块与数据中心保持无线连接。
一种桥梁裂缝动态监测装置，包括壳体B和壳体A，所述壳体B和壳体A连接在一起，形成其中一面开口的盒体结构，所述壳体B和壳体A的连接处通过可伸缩的结构活动连接在一起；所述壳体B外还设有摆杆，所述摆杆通过转轴活动安装在壳体B上，摆杆可绕转轴摆动；所述摆杆以转轴为分界，分为短边和长边，短边端点通过连接杆与壳体A活动连接；所述摆杆长边端的壳体B上还设有弧形槽，所述弧形槽贯穿壳体B，其弧度即为摆杆的最大摆动行程；所述弧形槽内设有移动模块，所述移动模块穿过弧形槽安装固定在摆杆的长边端，在摆杆的带动下在弧形槽中滑动；在所述壳体B内部安装位移传感器，所述壳体A内部安装蓄电池、通信模块、定位模块和中央处理器。
进一步地，所述壳体B和壳体A内部分别设有沿壳体平面方向的对应光孔，所述光孔中设有连接弹簧，所述连接弹簧两端分别固定在光孔底部。
进一步地，所述摆杆以转轴为分界，长边的长度是短边长度的5-10倍。
进一步地，所述摆杆长边端点通过复位连接带与壳体A活动连接，所述复位连接带为弹性橡胶带。
进一步地，所述壳体B和壳体A一侧还设有支撑座，所述支撑座与壳体B和壳体A之间仅为接触，无连接关系。
进一步地，所述定位模块采用GPS卫星定位系统或北斗卫星定位系统。
进一步地，所述弧形槽边缘设有刻度，弧形槽的最大弧度为60°。
进一步地，所述壳体B和壳体A边缘分别设有安装凸缘，所述安装凸缘上分别设有若干安装孔。
进一步地，所述壳体A上设有电源开关。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种桥梁裂缝动态监测系统及其装置：
①引入了智能模块，通过设置定位模块，精确定位装置安装位置，实现快速识别，通过通信模块将数据实时上传，减少了人工定期现场监测的工作量，减少了人工检测所得数据的误差和人工操作的不稳定性，采集到的数据更加符合桥梁裂缝的实际变化情况。
②通过设置分离式的壳体结构，将内部的关键元器件分别安装在两部分壳体中，实现壳体的分离，从而实现监测混凝土建筑的裂缝发展情况的功能。
③通过在壳体外部设置摆杆结构，将裂缝的直接变化值进行数倍放大后才通过位移传感器监测，实现了裂缝变化情况的放大，使得传感器更容易监测到裂缝的变化数据，降低了病害监测对传感器的精度和灵敏度要求，可以选用体积更小的传感器，从而减小了整个装置的体积，更加便于携带和安装。
本技术方案结构简单，容易实现，对传感器的精度要求和灵敏度要求不高，降低了整个装置的制造成本，适于在桥梁病害防治技术中推广应用。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的装置结构示意图。
图3为本发明中壳体内部光孔的结构示意图。
图4为本发明中壳体B内部元件结构示意图。
图5为本发明中壳体A内部元件结构示意图。
图6为本发明中裂缝变化值的计算原理示意图。
图中：1-裂缝，2-桥体，3-弧形槽，4-安装凸缘，5-壳体B，6-转轴，7-摆杆，8-连接杆，9-壳体A，10-复位连接带，11-光孔，12-连接弹簧，13-位移传感器，14-移动模块，15-支撑座，16-蓄电池，17-通信模块，18-定位模块，19-中央处理器，20-电源开关。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1-5所示，本发明所述的一种桥梁裂缝动态监测系统包括定位模块18、通信模块17、中央处理器19、位移传感器13、蓄电池16以及数据中心，所述位移传感器13、通信模块17、定位模块18和中央处理器19分别通过蓄电池16供电，位移传感器13、通信模块17和定位模块18又分别与中央处理器19连接，所述通信模块17与数据中心保持无线连接。
本发明所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，包括壳体B5和壳体A9，所述壳体B5和壳体A9连接在一起，形成其中一面开口的盒体结构，所述壳体B5和壳体A9的连接处通过可伸缩的结构活动连接在一起；所述壳体B5外还设有摆杆7，所述摆杆7通过转轴6活动安装在壳体B5上，摆杆7可绕转轴6摆动；所述摆杆7以转轴6为分界，分为短边和长边，短边端点通过连接杆8与壳体A9活动连接；所述摆杆7长边端的壳体B5上还设有弧形槽3，所述弧形槽3贯穿壳体B5，其弧度即为摆杆7的最大摆动行程；所述弧形槽3内设有移动模块14，所述移动模块14穿过弧形槽3安装固定在摆杆7的长边端，在摆杆7的带动下在弧形槽3中滑动；在所述壳体B5内部安装位移传感器13，所述壳体A9内部安装蓄电池16、通信模块17、定位模块18和中央处理器19。
所述壳体B5和壳体A9内部分别设有沿壳体平面方向的对应光孔11，所述光孔11中设有连接弹簧12，所述连接弹簧12两端分别固定在光孔11底部。其作用在于，确保壳体B5和壳体A9在初始位置下能够紧密贴合，在裂缝发生扩大时能够克服弹簧12的弹力而分开，完成监测后又可以恢复到初始位置，保证装置可重复使用。
所述摆杆7以转轴6为分界，长边的长度是短边长度的5-10倍。其作用在于，将短边端点直接获得的位移在长边端点处进行放大，使位移传感器13更容易监测到裂缝1的微小变化。
所述摆杆7长边端点通过复位连接带10与壳体A9活动连接，所述复位连接带10为弹性橡胶带，其主要用途为摆杆7的复位，确保在设备安装时，摆杆7处在初始位置。
所述壳体B5和壳体A9一侧还设有支撑座15，所述支撑座15与壳体B5和壳体A9之间仅为接触，无连接关系，支撑座15也可通过水泥钉与桥体连接。支撑座15主要用于竖直面上的安装，以增加壳体B5和壳体A9的稳固程度。
所述定位模块18采用GPS卫星定位系统或北斗卫星定位系统。
所述弧形槽3边缘设有刻度，弧形槽3的最大弧度为60°，也就是摆杆7的最大摆动角度。在实际操作过程中，摆杆7的摆动角度一般在15°以下，在此之前，安全隐患已被消除，裂缝不会进一步扩大。
所述壳体B5和壳体A9边缘分别设有安装凸缘4，所述安装凸缘4上分别设有若干安装孔，可通过水泥钉或螺钉等与桥体连接固定。
所述壳体A9上设有电源开关20，电源开关20主要用于装置的启动和关停，当装置在桥体2上安装完成后，启动电源开关20即可开始进入工作状态。
实施例
如图1-5所示，使用前，先确保蓄电池16电量充足，并经过调试，确定各元器件均正常工作。安装时，要根据裂缝的位置来布置本装置的安装位置，壳体的安装方向应与其所覆盖的裂缝垂直，并确保壳体B5与壳体A9处在初始位置，端面紧密接触，且两侧面分别处在同一平面上。
将本装置骑跨在桥体2的裂缝1上，使壳体B5和壳体A9分别位于裂缝1的两侧，在安装凸缘4的安装孔中打入水泥钉，分别将壳体B5和壳体A9的位置固定。完成安装，按压电源开关20，装置启动，进入工作状态，做好防水措施，安装人员即可离开现场。每台设备有唯一的编号，与其内部的定位模块18分别一一对应，每台装置所在位置可得到精确定位；系统正常工作后，将位置信息和裂缝的初始值上传到中央处理器19，中央处理器19获取到数据后将数据通过通信模块17传递到数据中心储存，由数据中心的技术人员进行下载、监控和分析。
工作过程中，当裂缝没有变化，则上传数据不变，说明裂缝未发生恶化，可暂不采取措施。当裂缝宽度在逐渐扩大，则壳体A9和壳体B5的相对位置发生变化，其中间间距拉开，由于连接杆8的长度固定不变，其一端连接的摆杆7短边在连接杆8的拉动下发生绕转轴6的转动。由于摆杆7以转轴6为分界点，长边长度是短边长度的5-10倍，则当摆杆7短边端点轻微转动一定弧长时，在摆杆7长边端点处转动的弧长将按照5-10倍放大；此时，摆杆7长边端点处连接的移动模块14在摆杆7的带动下，在弧形槽3中滑动。位移传感器13在壳体B5中监测到移动模块14的位移，定期上传时将数据上传到中央处理器19，中央处理器19将数据通过通信模块17上传到数据中心存储，供数据中心的技术人员进行下载、监控和分析。当裂缝的变化速度或裂缝缝宽达到设定阈值，桥梁管理部门将立即采取补救措施，对裂缝进行修复，避免发生灾害。
其中的特点在于，连接杆8牵动摆杆7短边端点转动的弧度可近似代表裂缝1的变化值，但这一变量有可能会很小，通过摆杆7的放大作用，在摆杆7的长边端点处表现出5-10倍的放大，让位移传感器13更容易监测到其变化，从而更容易采集到裂缝1的变化值，而此时，位移传感器13监测到的移动模块14的移动是直线位移数据，为方便计算，将该直线位移长度假设为a1，将短边端点移动的直线距离假设为a2，则a2＝na1，其中n为r1相对r2的倍数。如图6所示。
假设摆杆7的长边长度r1是短边长度r2的5倍，若以x来指代桥体裂缝的宽度变化值，则x＝a2，而a2＝5a1。a1的值可直接通过位移传感器监测到。
上述的实施例只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本技术方案内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制，只要是根据本发明技术方案所作的改进、简单替换，均落入本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种桥梁裂缝动态监测系统，包括定位模块(18)、通信模块(17)、中央处理器(19)、位移传感器(13)、蓄电池(16)以及数据中心，其特征在于：所述位移传感器(13)、通信模块(17)、定位模块(18)和中央处理器(19)分别通过蓄电池(16)供电，位移传感器(13)、通信模块(17)和定位模块(18)又分别与中央处理器(19)连接，所述通信模块(17)与数据中心保持无线连接。
2.一种桥梁裂缝动态监测装置，包括壳体B(5)和壳体A(9)，所述壳体B(5)和壳体A(9)连接在一起，形成其中一面开口的盒体结构，其特征在于：所述壳体B(5)和壳体A(9)的连接处通过可伸缩的结构活动连接在一起；所述壳体B(5)外还设有摆杆(7)，所述摆杆(7)通过转轴(6)活动安装在壳体B(5)上，摆杆(7)可绕转轴(6)摆动；所述摆杆(7)以转轴(6)为分界，分为短边和长边，短边端点通过连接杆(8)与壳体A(9)活动连接；所述摆杆(7)长边端的壳体B(5)上还设有弧形槽(3)，所述弧形槽(3)贯穿壳体B(5)，其弧度即为摆杆(7)的最大摆动行程；所述弧形槽(3)内设有移动模块(14)，所述移动模块(14)穿过弧形槽(3)安装固定在摆杆(7)的长边端，在摆杆(7)的带动下在弧形槽(3)中滑动；在所述壳体B(5)内部安装位移传感器(13)，所述壳体A(9)内部安装蓄电池(16)、通信模块(17)、定位模块(18)和中央处理器(19)。
3.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述壳体B(5)和壳体A(9)内部分别设有沿壳体平面方向的对应光孔(11)，所述光孔(11)中设有连接弹簧(12)，所述连接弹簧(12)两端分别固定在光孔(11)底部。
4.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述摆杆(7)以转轴(6)为分界，长边的长度是短边长度的5-10倍。
5.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述摆杆(7)长边端点通过复位连接带(10)与壳体A(9)活动连接，所述复位连接带(10)为弹性橡胶带。
6.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述壳体B(5)和壳体A(9)一侧还设有支撑座(15)，所述支撑座(15)与壳体B(5)和壳体A(9)之间仅为接触，无连接关系。
7.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述定位模块(18)采用GPS卫星定位系统或北斗卫星定位系统。
8.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述弧形槽(3)边缘设有刻度，弧形槽(3)的最大弧度为60°。
9.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述壳体B(5)和壳体A(9)边缘分别设有安装凸缘(4)，所述安装凸缘(4)上分别设有若干安装孔。
10.根据权利要求2所述的一种桥梁裂缝动态监测装置，其特征在于：所述壳体A(9)上设有电源开关(20)。
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2020
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200828 |