CN112304227A - 一种桥梁位移检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种桥梁位移检测装置，包括第一测量板、第一激光测距仪和处理器，第一测量板安装在桥塔侧壁的上端，第一测量板的板体垂直于桥塔的侧壁，第一测量板和第一激光测距仪同侧设置，第一激光测距仪的轴线沿竖直方向设置，第一激光测距仪的轴线与第一测量板之间形成夹角a，第一激光测距仪输出第一激光测距仪与第一测量板之间的当前距离值x1；在桥塔底部的桩基础上固定设置有沉降传感器，沉降传感器检测桩基础的沉降值h，沉降传感器的输出端与处理器连接；处理器内存储有第一激光测距仪器与第一测量板之间的初始值距离值x0，根据沉降值h、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa。本申请具有优化桥梁位移检测精度的效果。

Description

一种桥梁位移检测装置及其检测方法

技术领域

本申请涉及桥梁检测的技术领域，尤其是涉及一种桥梁位移检测装置及其检测方法。

背景技术

近年来大跨径斜拉桥、悬索桥在交通建设中不断涌现，大跨径桥梁施工建造过程中，采用大量使用缆索来承重以增加跨度，而缆索都加载在桥塔上，整个桥梁的受力都是通过缆索传递至桥塔然后由桥塔传递至地下基础，桥塔受到外界环境的温度、风力等因素影响其位置每时每刻在发生着微小的偏移，若桥塔的位置发生较大的偏移则很有可能引起桥体的侧翻和坍塌，因此桥塔的位移量是测量桥梁位移偏移的重要参数。

相关技术的桥梁位移检测装置包括以下几种：第一，位移传感器，目前采用的位移传感器多数是一种接触型传感器；第二，利用GPS监测大桥位移，各监测站之间是相互独立的观测值、受外界大气影响小，能够在暴风雨中进行监测。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：主要采用应变式位移传感器，必须与测点相接触，其缺点是对于难以接近点无法测量以及对横向位移测量有困难，GPS测定位移自动化程度高，GPS定位速度慢、精度低，因此需要急需一种能够提高测量精度及效率、降低成本的桥梁位移检测装置。

发明内容

第一方面，为了优化桥梁位移检测精度，本申请提供一种桥梁位移检测装置。

本申请提供的一种桥梁位移检测装置采用如下的技术方案：

一种桥梁位移检测装置，包括第一测量板、第一激光测距仪和处理器，第一测量板安装在桥塔侧壁的上端，第一测量板的板体垂直于桥塔的侧壁，第一激光测距仪固定设置在桥塔底部的桩基础上，第一测量板和第一激光测距仪同侧设置，第一激光测距仪的轴线沿竖直方向设置，第一激光测距仪的轴线与第一测量板之间形成夹角a，第一激光测距仪输出第一激光测距仪与第一测量板之间的当前距离值x1；在桥塔底部的桩基础上固定设置有沉降传感器，沉降传感器检测桩基础的沉降值h，沉降传感器的输出端与处理器连接；处理器内存储有第一激光测距仪器与第一测量板之间的初始值距离值x0，根据沉降值h（h>0）、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa，其中计算公式为：将x1-x0得出∆x0,将∆x0+沉降值h得出∆x1，xa=∆x1*tan（a）。

通过采用上述技术方案，第一测量板倾斜设置，将第一激光测距仪测距离测得的竖向距离转换为桥塔的横向水平位移，横向水平位移即为桥塔相对于桥梁长度方向的左右位移，实现了实时监测的目的且提高了监测便利性；通过测量桥塔上端的水平位移量能够对整个桥体的位移进行预先判断，进而方便在桥梁整体发生较大位移或倾斜前进行提前预防；通过设置沉降传感器，减小了桩基础沉降对检测精度的影响，提高了检测精度。

可选的，所述检测装置还包括第二测量板和第二激光测距仪，第二测量板安装在桥塔侧壁的上端，第二测量板和第二激光测距仪同侧设置，第二激光测距仪的轴线沿竖直方向设置，第二测量板的板体与桥塔的侧壁之间形成夹角b，第二激光测距仪的轴线与第二测量板之间的夹角为b，第二激光测距仪输出第二激光测距仪与第二测量板之间的距离y1，处理器根据沉降值h（h>0）、y1、y0以及夹角b得出纵向位移量yb，其中计算公式为：将y1-y0得出∆y0,将∆y0+沉降值h得出∆y1，yb=∆y1*tan（b）。

通过采用上述技术方案，通过倾斜设置的第二测量板，将第二激光测距仪测得的竖向距离转换为桥塔沿垂直于桥体长度方向的前后位移，增加了对桥塔水平位移检测的维度，提高了对桥梁位移进行预判的检测精度。

可选的，处理器还连接有报警模块，处理器内存储有xc和yd，将横向水平位移量xa与xc进行比较，将纵向水平位移量yb与yd进行比较；当横向水平位移量xa的绝对值大于xc的绝对值时，报警模块报警，当纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警。

通过采用上述技术方案，当桥塔的横向位移或纵向位移大于预设的基准值时，报警模块报警，警示工作人员对桥体上的行人或车辆进行警示。

可选的，桥塔的侧壁上固定设置有第一真空罩，第一测量板固定设置在第一真空罩内，第一激光测距仪位于第一真空罩内，在第一激光测距仪的侧方固定设置有第一连接杆，在桩基础上固定设置有第一基座，第一连接杆穿过第一真空罩与第一基座固定连接，在第一基座与第一真空罩之间固定连接有第一波纹管，第一连接杆位于第一波纹管内。

通过采用上述技术方案，桥塔顶部移动时带动第一真空罩移动，第一激光测距仪通过第一连接杆支撑，第一波纹管对第一真空罩相对于第一基座的移动起到密封作用，第一真空罩内的真空环境使得第一激光测距仪发出的激光不易受到外部大气空气折射率的影响，提高了检测精度。

可选的，第一真空罩为透明材质制成的第一真空罩。

通过采用上述技术方案，透明材质的以使得第一真空罩不易影响到桥塔的美观性。

可选的，检测装置还包括太阳能供电装置，第一激光测距仪和第二激光测距仪均与太阳能供电装置连接。

通过采用上述技术方案，通过太阳能发电的方式，达到了节约能源的效果。

可选的，太阳能供电装置包括太阳能板、控制器、第一电机、第二电机和支撑架，第二电机的输出轴与支撑架的中心处固定间接，第一电机固定设置在支撑架上，太阳能板的一侧边沿与第一电机的输出轴固定连接，控制器内存储有时间位置信息，控制器根据时间位置信息控制第一电机和第二电机的输出轴转动。

通过采用上述技术方案，通过第一电机、控制器、第二电机的结构，实现了使太阳能板自动逐日，以获取最佳采光角度的功能。

可选的，第一测量板和第二测量板的材质均为非镜面反射材料。

第二方面，为了优化桥梁位移检测精度，本申请提供一种桥梁位移检测方法。

本申请提供的一种桥梁位移检测方法采用如下的技术方案：

一种桥梁位移检测方法，包括以下步骤：

步骤100：在桥塔顶部安装第一测量板和第二测量板，使第一测量板的板体垂直于桥塔的侧壁且第一激光测距仪的轴线与第一测量板之间形成夹角a，使第二测量板的板体与桥塔的侧壁之间形成夹角b，第二激光测距仪的轴线与第二测量板之间的夹角为b，将第一激光测距仪和第二激光测距仪均与太阳能供电装置连接，第一激光测距仪的轴线和第二激光测距仪的轴线均沿竖直方向设置，将沉降传感器安装在桩基础上；

步骤200：根据沉降值h、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa，其中计算公式为：将x1-x0得出∆x0,将∆x0+沉降值h得出∆x1，xa=∆x1*tan（a）；根据沉降值h、y1、y0以及夹角b得出纵向位移量yb，其中计算公式为：将y1-y0得出∆y0,将∆y0+沉降值h得出∆y1，yb=∆y1*tan（b）；

步骤300：将横向水平位移量xa与xc进行比较，将纵向水平位移量yb与yd进行比较，当横向水平位移量xa的绝对值大于xc的绝对值时，或当纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警。

通过采用上述技术方案，将第一激光测距仪测得的竖向距离值与x0作差得到∆x0，将∆x0与沉降竖直沉降值h作差获得∆x1，而后根据∆x1转换得到桥塔相对于桥体发生的左右方向的位移，同理，通过第二激光测距仪和第二测量板之间的∆y1转换得到桥塔相对于桥体发生的前后方向的位移；当横向水平位移量xa的绝对值大于与xc的绝对值时，或将纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警，警示检测人员和桥体上的行人和车辆。

可选的，a=45°，b=45°。

通过采用上述技术方案，45°的正切值为1，即可将竖向位移转换为横向位移或纵向位移转化精度的误差降到最低。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过采用第一激光测距仪、第一测量板、沉降传感器和处理器的结构，实现了对桥塔顶部的横向水平位移进行检测的功能；

2.通过采用第二激光测距仪、第二测量板的结构，实现了读桥塔顶部的纵向水平位移进行检测的功能；

3.通过采用真空罩的结构，实现了提高第一激光测距仪测距精度的功能。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是突出第一测量板和第一激光测距仪位置的局部三维示意图；

图3是图2中局部A的放大示意图；

图4是突出第二测量板和第二激光测距仪位置的局部三维示意图；

图5是图1中局部B的放大示意图。

附图标记说明：1、第一测量板；2、第一激光测距仪；3、第二测量板；4、第二激光测距仪；5、桥塔；51、第一真空罩；52、第二真空罩；6、桩基础；61、第一基座；611、第一连接杆；612、第一波纹管；7、太阳能供电装置；71、太阳能板；72、第一电机；73、第二电机；74、支撑架；8、桥体；9、沉降传感器。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

实施1：

本申请实施例公开一种桥梁位移检测装置，参照图1和图2，包括第一测量板1、第一激光测距仪2和处理器，桥塔5的底部固定设置在桩基础6上，桥体8穿过桥塔5并沿水平方向置于桥塔5中部连接的横梁上，在桥塔5的一侧固定安装有第一真空罩51，第一真空罩51的侧壁贴合于桥塔5的竖直侧壁，第一测量板1固定安装第一真空罩51的顶部，第一测量板1的板体垂直于桥塔5的侧壁，第一激光测距仪2固定设置在桩基础6上且位于第一测量板1的下方，第一激光测距仪2的轴线方向沿竖直方向设置，第一激光测距仪2的轴线与第一测量板1之间形成夹角a，第一测量板1固定设置在桥塔5侧壁的中线位置；处理器内存储桥塔5建成、第一测量板1安装后的初始值距离值x0，第一激光测距仪2实时检测第一激光测距仪2与第一测量板1之间的当前距离值x1。由于第一测量板1倾斜设置，将第一激光测距仪2测得的竖向距离转换为桥塔5的横向水平位移，横向水平位移即为桥塔5相对于桥梁长度方向的左右位移，通过测量桥塔5上端的水平位移量能够对整个桥体8的位移进行预先判断，进而方便在桥梁整体发生较大位移或倾斜前进行提前预防。

桩基础6可能会发生较为缓慢的沉降，为了减小桩基础6的沉降对于检测精度的影响，参照图1，本申请实施例增设有用于检测桩基础6沉降数据的沉降传感器9，沉降传感器9与处理器通过无线传输的方式传输数据，沉降传感器9可采用液压式沉降仪，液压沉降仪是用于长期监测构筑物内外部的沉降，广泛适用于大坝、桥梁、地基等建筑，通过液压沉降仪测出桩基础6的沉降值h；处理器根据沉降值h、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa，通过设置沉降传感器9，减小了桩基础6沉降对检测精度的影响，提高了检测精度。

参照图2，通过激光检测的方式容易受到大气的影响，为了减小当前外部环境中空气折射对激光检测精度的影响，第一真空罩51内部抽真空，第一激光测距仪2位于第一真空罩51内，再参照图3，在第一激光测距仪2的侧方固定设置有第一连接杆611，第一连接杆611固定连接有第一基座61，第一连接杆611穿过第一真空罩51与第一基座61固定连接，在第一基座61与第一真空罩51之间固定连接有第一波纹管612，第一连接杆611位于第一波纹管612内，第一真空罩51采用透明材质。桥塔5顶部移动时带动第一真空罩51移动，第一激光测距仪2通过第一连接杆611支撑，第一波纹管612对第一真空罩51相对于第一基座61的移动起到密封作用，第一真空罩51内的真空环境使得第一激光测距仪2发出的激光不易受到外部大气空气折射率的影响，提高了检测精度，透明的第一真空罩51不易影响到桥塔5的美观性。

参照图4，桥梁位移检测装置还包括第二测量板3和第二激光测距仪4，在桥塔5另一侧的侧壁上固定设置有第二真空罩52，第二真空罩52的侧壁贴合于桥塔5的竖直侧壁，第二测量板3固定安装在第二真空罩52内侧壁的上端且位于桥塔5侧壁的中线位置处，第二激光测距仪4位于第二测量板3的同侧且位于第二测量板3的下方，第二激光测距仪4位于第二真空罩52内，第二激光测距仪4的轴线方向沿竖直方向设置；本申请实施例还设置有第二波纹管、第二连接杆和第二基座，第二激光测距仪4和第二测量板3与第二真空罩52的安装方式与上述第一真空罩51的安装方式相同，此处不再赘述。

参照图4，第二激光测距仪4实时监测第二激光测距仪4与第二测量板3之间的距离y1，第二测量板3的板体与桥塔5的侧壁（即第二真空罩52贴合于桥塔5的竖直侧壁）之间形成夹角b，第二激光测距仪4的轴线与第二测量板3之间的夹角为b，第二激光测距仪4通过无线传输的方式与处理器连接，第一测量板1和第二测量板3的材质均为非镜面反射材料；处理器内存储有第二激光测距仪4器与第二测量板3初始值y0，处理器根据沉降值h、y1、y0以及夹角b得出纵向位移量yb。通过倾斜设置的第二测量板3，将第二激光测距仪4测得的竖向距离转换为桥塔5沿垂直于桥体8长度方向的前后位移。

为了方便对桥体8上的工作人员起到起到警示作用，本申请实施例设置的处理器还连接有报警模块，处理器内存储有xc和yd，将横向水平位移量xa与xc进行比较，将纵向水平位移量yb与yd进行比较；当横向水平位移量xa的绝对值大于xc的绝对值时，报警模块报警，当纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警，报警模块可采用声光报警的方式。

为了方便对第一激光测距仪2和第二激光测距仪4供电，参照图1，本申请实施例设置的太阳能供电装置7，第一激光测距仪2和第二激光测距仪4均与太阳能供电装置7连接，太阳能供电装置7的供电导线可穿过第一连接杆611和第二连接杆分别与第一激光测距仪2和第二激光测距仪4电连接。太阳能供电装置7包括太阳能板71、控制器、第一电机72、第二电机73和支撑架74，第二电机73的输出轴与支撑架74的中心处固定间接，第一电机72固定设置在支撑架74上，太阳能板71的一侧边沿与第一电机72的输出轴固定连接，控制器内存储有时间位置信息，控制器根据时间位置信息控制第一电机72和第二电机73的输出轴转动。通过太阳能发电的方式，达到了节约能源的效果，通过驱动太阳能板71自动逐日的方式，达到了获取最佳采光角度的功能。

本申请实施例一种桥梁位移检测装置的实施原理为：

通过第一激光测距仪2实时检测第一激光测距仪2与第一测量板1之间的当前距离值x1，根据沉降值h、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa；第二激光测距仪4实时监测第二激光测距仪4与第二测量板3之间的距离y1，处理器根据沉降值h、y1、y0以及夹角b得出纵向位移量yb，达到对桥塔5水平方向的位移进行检测的功能，同时对通过x1和y1数值的变化对桥塔5的竖向位移进行检测，提高了桥梁位移的检测精度。

实施例2：

本申请实施例提供一种桥梁位移检测方法，包括以下步骤：

步骤100：在桥塔5的侧壁上固定分别固定安装第一真空罩51和第二真空罩52，在第一真空罩51内上端侧壁上安装第一测量板1，在第二真空罩52内上端侧壁上安装第二测量板3，使第一测量板1的板体垂直于桥塔5的侧壁且第一激光测距仪2的轴线与第一测量板1之间形成夹角a，使第二测量板3的板体与桥塔5的侧壁之间形成夹角b，第二激光测距仪4的轴线与第二测量板3之间的夹角为b，将第一激光测距仪2和第二激光测距仪4均与太阳能供电装置7连接，将沉降传感器9安装在桩基础6上；

步骤200：根据沉降值h、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa，其中计算公式为：将x1-x0得出∆x0,将∆x0+沉降值h得出∆x1，xa=∆x1*tan（a）；根据沉降值h、y1、y0以及夹角b得出纵向位移量yb，其中计算公式为：将y1-y0得出∆y0,将∆y0+沉降值h得出∆y1，yb=∆y1*tan（b）；

步骤300：将横向水平位移量xa与xc进行比较，将纵向水平位移量yb与yd进行比较，当横向水平位移量xa的绝对值大于xc的绝对值时，或当纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警。

且a=45°，b=45°。

将第一激光测距仪2测得的竖向距离值与x0作差得到∆x0，将∆x0与沉降竖直沉降值h作差获得∆x1，而后根据∆x1转换得到桥塔5相对于桥体8发生的左右方向的位移，同理，通过第二激光测距仪4和第二测量板3之间的∆y1转换得到桥塔5相对于桥体8发生的前后方向的位移；当横向水平位移量xa的绝对值大于与xc的绝对值时，或将纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警，警示检测人员和桥体8上的行人和车辆；45°的正切值为1，即可将竖向位移转换为横向位移或纵向位移转化精度的误差降到最低。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桥梁位移检测装置，其特征在于：包括第一测量板(1)、第一激光测距仪(2)和处理器，第一测量板(1)安装在桥塔(5)侧壁的上端，第一测量板(1)的板体垂直于桥塔(5)的侧壁，第一激光测距仪(2)固定设置在桥塔(5)底部的桩基础(6)上，第一测量板(1)和第一激光测距仪(2)同侧设置，第一激光测距仪(2)的轴线沿竖直方向设置，第一激光测距仪(2)的轴线与第一测量板(1)之间形成夹角a，第一激光测距仪(2)输出第一激光测距仪(2)与第一测量板(1)之间的当前距离值x1；在桥塔(5)底部的桩基础(6)上固定设置有沉降传感器(9)，沉降传感器(9)检测桩基础(6)的沉降值h，沉降传感器(9)的输出端与处理器连接；处理器内存储有第一激光测距仪(2)器与第一测量板(1)之间的初始值距离值x0，根据沉降值h（h>0）、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa，其中计算公式为：将x1-x0得出∆x0,将∆x0+沉降值h得出∆x1，xa=∆x1*tan（a）。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括第二测量板(3)和第二激光测距仪(4)，第二测量板(3)安装在桥塔(5)侧壁的上端，第二测量板(3)和第二激光测距仪(4)同侧设置，第二激光测距仪(4)的轴线沿竖直方向设置，第二测量板(3)的板体与桥塔(5)的侧壁之间形成夹角b，第二激光测距仪(4)的轴线与第二测量板(3)之间的夹角为b，第二激光测距仪(4)输出第二激光测距仪(4)与第二测量板(3)之间的距离y1，处理器根据沉降值h（h>0）、y1、y0以及夹角b得出纵向位移量yb，其中计算公式为：将y1-y0得出∆y0,将∆y0+沉降值h得出∆y1，yb=∆y1*tan（b）。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：处理器还连接有报警模块，处理器内存储有xc和yd，将横向水平位移量xa与xc进行比较，将纵向水平位移量yb与yd进行比较；当横向水平位移量xa的绝对值大于xc的绝对值时，报警模块报警，当纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警。

4.根据权利要求2所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：桥塔(5)的侧壁上固定设置有第一真空罩(51)，第一测量板(1)固定设置在第一真空罩(51)内，第一激光测距仪(2)位于第一真空罩(51)内，在第一激光测距仪(2)的侧方固定设置有第一连接杆(611)，在桩基础(6)上固定设置有第一基座(61)，第一连接杆(611)穿过第一真空罩(51)与第一基座(61)固定连接，在第一基座(61)与第一真空罩(51)之间固定连接有第一波纹管(612)，第一连接杆(611)位于第一波纹管(612)内。

5.根据权利要求4所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：第一真空罩(51)为透明材质制成的第一真空罩(51)。

6.根据权利要求2所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：检测装置还包括太阳能供电装置(7)，第一激光测距仪(2)和第二激光测距仪(4)均与太阳能供电装置(7)连接。

7.根据权利要求6所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：太阳能供电装置(7)包括太阳能板(71)、控制器、第一电机(72)、第二电机(73)和支撑架(74)，第二电机(73)的输出轴与支撑架(74)的中心处固定间接，第一电机(72)固定设置在支撑架(74)上，太阳能板(71)的一侧边沿与第一电机(72)的输出轴固定连接，控制器内存储有时间位置信息，控制器根据时间位置信息控制第一电机(72)和第二电机(73)的输出轴转动。

8.根据权利要求2所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：第一测量板（1）和第二测量板（3）的材质均为非镜面反射材料。

9.根据权利要求1所述的一种桥梁位移检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤100：在桥塔(5)顶部安装第一测量板(1)和第二测量板(3)，使第一测量板(1)的板体垂直于桥塔(5)的侧壁且第一激光测距仪(2)的轴线与第一测量板(1)之间形成夹角a，使第二测量板(3)的板体与桥塔(5)的侧壁之间形成夹角b，第二激光测距仪(4)的轴线与第二测量板(3)之间的夹角为b，将第一激光测距仪(2)和第二激光测距仪(4)均与太阳能供电装置(7)连接，第一激光测距仪(2)的轴线和第二激光测距仪(4)的轴线均沿竖直方向设置，将沉降传感器(9)安装在桩基础(6)上；

步骤200：根据沉降值h（h>0）、x1、x0以及夹角a得出横向位移量xa，其中计算公式为：将x1-x0得出∆x0,将∆x0+沉降值h得出∆x1，xa=∆x1*tan（a）；根据沉降值h、y1、y0以及夹角b得出纵向位移量yb，其中计算公式为：将y1-y0得出∆y0,将∆y0+沉降值h得出∆y1，yb=∆y1*tan（b）；

步骤300：将横向水平位移量xa与xc进行比较，将纵向水平位移量yb与yd进行比较，当横向水平位移量xa的绝对值大于xc的绝对值时，或当纵向水平位移量yb的绝对值大于yd的绝对值时，报警模块报警。

10.根据权利要求9所述的一种桥梁位移检测方法，其特征在于：a=45度，b=45度。

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