CN112649811B - 基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统及使用方法，主要涉及数学三维坐标建模在伸缩缝监控领域的应用。包括伸缩缝机构和XYZ三向监控机构；所述XYZ三向监控机构包括X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置；所述X向位移监控装置包括数字式激光位移传感器；所述Y向位移监控装置为位移监控电路系统，所述位移监控电路系统包括太阳能供电的电源总成、数字电流表、可伸缩弹性滑柱、滑动变阻器；所述Z向位移监控装置包括固定筒、压力弹簧、伸缩柱和数字压力传感器。本发明的有益效果在于：能对位移的X向、Y向、Z向的距离值进行实时的监测，并在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移监控图像。

Description

基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统及使用方法
技术领域
本发明涉及数学三维坐标建模系统在伸缩缝监控领域的应用，具体是基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统及使用方法。
背景技术
桥梁伸缩缝的作用在于调节由车辆荷载、桥梁建筑材料、外界环境所引起的上部结构之间的位移和联结。伸缩缝装置一旦被破坏或超出安全值，会引起桥梁的三向伸缩位移的不稳定性，将严重影响行车安全，甚至造成行车安全事故。GQF-MZL模数式桥梁伸缩缝适用于伸缩量80mm-1200mm的大中跨度桥梁，载重车辆比较多，所以需要保证桥梁的三向伸缩位移稳定性和实时监控才可以保证行车安全。
但是现在的在伸缩缝监控技术领域仅限于计算机模拟，计算机模拟有很大的局限性，仅仅能模拟车辆荷载和桥梁建筑材料的影响，对于外界环境(如大风天气、台风天气)是不能真实化模拟的，所以最好是有一种对桥梁伸缩缝进行实时监控的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统及使用方法，它能够对伸缩缝位移的X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行实时的监测，并在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统，包括伸缩缝机构；所述伸缩缝机构包括中梁型钢、两个侧梁型钢、沿着型钢方向延伸的多个位移箱、相邻两个位移箱之间的锚板和锚筋；所述中梁型钢与侧梁型钢之间的缝隙通过防水橡胶条密封；所述中梁型钢底部设置支撑梁，所述支撑梁两端分别伸入到两侧的位移箱内；侧梁型钢固定设置在位移箱顶部，所述位移箱通过预埋钢筋固定到两侧桥面的预埋腔内；
所述位移箱内腔顶面固定设有顶部承压胶垫支座，所述顶部承压胶垫支座底面与支撑梁可滑动连接；所述位移箱内腔底面固定设有底部承压胶垫支座，所述底部承压胶垫支座顶面与支撑梁可滑动连接；
还包括XYZ三向监控机构；所述XYZ三向监控机构包括X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置；
X向位移监控装置：
所述X向位移监控装置包括数字式激光位移传感器，所述底部承压胶垫支座通过竖支板连接有数字式激光位移传感器，所述支撑梁两侧设置放置数字式激光位移传感器的条形滑孔，所述支撑梁两侧末端设置反射镜片，所述数字式激光位移传感器内的激光发射器与反射镜片相对应；
Y向位移监控装置：
所述Y向位移监控装置为位移监控电路系统，所述位移监控电路系统包括太阳能供电的电源总成、数字电流表、可伸缩弹性滑柱、滑动变阻器；所述可伸缩弹性滑柱上设有与滑动变阻器的电阻丝接触的导电滑片，所述电源总成、数字电流表、导电滑片、滑动变阻器串联成通电回路；所述可伸缩弹性滑柱设置在支撑梁两侧末端，所述滑动变阻器固定在位移箱侧壁上；
Z向位移监控装置：
所述Z向位移监控装置设置在顶部承压胶垫支座内，所述Z向位移监控装置包括固定筒、压力弹簧、伸缩柱和数字压力传感器，所述压力弹簧设置在固定筒的弹簧腔内，所述数字压力传感器设置在伸缩柱底端，所述伸缩柱底端位于弹簧腔顶部，所述压力弹簧顶部的压板与数字压力传感器接触；
所述数字式激光位移传感器与远程计算机系统通过无线信号连接；所述数字电流表、数字压力传感器与远程计算机系统通过无线信号连接。
所述顶部承压胶垫支座的底面、底部承压胶垫支座的顶面均设置与支撑梁可滑动连接的不锈钢滑轨。
所述位移监控电路系统还包括保护电阻；所述电源总成、数字电流表、保护电阻、导电滑片、滑动变阻器串联成通电回路。
所述位移监控电路系统还包括路灯，所述电源总成、数字电流表、保护电阻、路灯、导电滑片、滑动变阻器串联成通电回路，所述路灯设置在桥梁两侧的护墩上。
基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：当桥梁出现沿桥梁轴向方向的X向伸缩位移时，X向位移监控装置的数字式激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到反射镜片并返回至激光接收器，数字式激光位移传感器内的处理器计算激光脉冲遇到反射镜片并返回至激光接收器所需的时间，通过模拟和数字电路处理计算出X向距离值，再通过无线信号传送至远程计算机系统；
S2、当桥梁出现水平垂直于桥梁轴向方向的Y向伸缩位移时，导电滑片在滑动变阻器上移动，从而改变电路中电流的大小，数字电流表会将电流信号通过模拟和数字电路处理计算出Y向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；
S3、当桥梁出现竖直垂直于桥梁轴向方向的Z向伸缩位移时，伸缩柱会在弹簧腔内伸缩移动，从而引起压力弹簧的伸缩变形，压力弹簧的伸缩变形从而改变对数字压力传感器施加的压力大小，数字压力传感器会将压力信号通过模拟和数字电路处理计算出Z向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；
S4、远程计算机系统对多个位移箱内X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
本装置能够通过X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置对X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行实时的监测，然后将同时间点的三向位移信息通过无线信号传至远程计算机系统，远程计算机系统对X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。
附图说明
附图1是本发明使用状态图。
附图2是本发明中右侧桥梁出现X向向内缩进位移时使用状态图。
附图3是本发明中右侧桥梁出现Z向向下错位位移h时使用状态图。
附图4是本发明附图1中I部放大图。
附图5是本发明附图1中II部放大图。
附图6是本发明中滑动变阻器沿附图5中箭头方向侧视图。
附图7是本发明中位移监控电路系统原理简图。
附图8是本发明中远程计算机系统对X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定表格示意图。
附图9是桥梁伸缩缝结构图。
附图10是桥梁伸缩缝结构图。
附图中所示标号：
1、中梁型钢；2、侧梁型钢；3、位移箱；4、锚板；5、锚筋；6、防水橡胶条；7、支撑梁；8、预埋钢筋；9、顶部承压胶垫支座；10、底部承压胶垫支座；11、数字式激光位移传感器；12、竖支板；13、条形滑孔；14、反射镜片；15、电源总成；16、数字电流表；17、可伸缩弹性滑柱；18、滑动变阻器；19、导电滑片；20、固定筒；21、压力弹簧；22、伸缩柱；23、数字压力传感器；24、弹簧腔；25、压板；26、不锈钢滑轨；27、保护电阻；28、路灯。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本发明所述是基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统及使用方法，主体结构包括伸缩缝机构；如说明书附图图9、图10所示，本伸缩缝结构以GQF-MZL模数式桥梁伸缩缝结构为例，包括中梁型钢1、两个侧梁型钢2、沿着型钢方向延伸的多个位移箱3、相邻两个位移箱3之间的锚板4和锚筋5；所述中梁型钢1与侧梁型钢2之间的缝隙通过防水橡胶条6密封；如说明书附图图1所示，所述中梁型钢1底部设置支撑梁7，所述支撑梁7两端分别伸入到两侧的位移箱3内；侧梁型钢2固定设置在位移箱3顶部，所述位移箱3通过预埋钢筋8固定到两侧桥面的预埋腔内；
如说明书附图图1-图5所示，所述位移箱3内腔顶面固定设有顶部承压胶垫支座9，所述顶部承压胶垫支座9底面与支撑梁7可滑动连接；所述位移箱3内腔底面固定设有底部承压胶垫支座10，所述底部承压胶垫支座10顶面与支撑梁7可滑动连接；顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10均采用塑性较强的聚氨酯材料制作，在桥面大载荷的作用下能够实现各方向上的变形调整，从而实现桥面伸缩缝的位移。顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10竖直方向上的变形实现Z向的位移，顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10、Y向上的变形实现Y向的位移，顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10与支撑梁7的可滑动连接实现X向的位移。
还包括XYZ三向监控机构；所述XYZ三向监控机构包括X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置；
X向位移监控装置：
所述X向位移监控装置包括数字式激光位移传感器11，由于伸缩缝在X向的伸缩位移时主要的伸缩位移方向，所以采用灵敏度高的数字式激光位移传感器11对X向的伸缩位移进行监测。所述底部承压胶垫支座10通过竖支板12连接有数字式激光位移传感器11，所述支撑梁7两侧设置放置数字式激光位移传感器11的条形滑孔13，所述支撑梁7两侧末端设置反射镜片14，所述数字式激光位移传感器11内的激光发射器与反射镜片14相对应；桥面X向伸缩位移时带动着数字式激光位移传感器11在条形滑孔13范围内位移移动从而改变数字式激光位移传感器11与反射镜片14之间的距离，数字式激光位移传感器11通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到反射镜片14并返回至激光接收器，数字式激光位移传感器11内的处理器计算激光脉冲遇到反射镜片14并返回至激光接收器所需的时间，通过模拟和数字电路处理计算出X向距离值，再通过无线信号传送至远程计算机系统，进行X向伸缩位移监控。
Y向位移监控装置：
所述Y向位移监控装置为位移监控电路系统，Y向位移主要是桥面两侧风力影响而形成的，特别是对于跨江跨河的大中型桥梁。所以Y向位移监控采用灵敏度较高的数字电流表16搭配滑动变阻器18的方式，将电流信号转化为位移信号进行监控。所述位移监控电路系统包括太阳能供电的电源总成15、数字电流表16、可伸缩弹性滑柱17、滑动变阻器18；所述可伸缩弹性滑柱17上设有与滑动变阻器18的电阻丝接触的导电滑片19，所述电源总成15、数字电流表16、导电滑片19、滑动变阻器18串联成通电回路；所述可伸缩弹性滑柱17设置在支撑梁7两侧末端，所述滑动变阻器18固定在位移箱3侧壁上。桥梁出现水平垂直于桥梁轴向方向的Y向伸缩位移时，导电滑片19在滑动变阻器18上移动，从而改变电路中电流的大小，滑动变阻器18每圈电阻丝对应一个位移量(电阻丝的直径)，这个位移量又对应一个电流值，从而数字电流表16会将电流信号通过模拟和数字电路处理计算出Y向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统，进行Y向伸缩位移监控。
Z向位移监控装置：
所述Z向位移监控装置设置在顶部承压胶垫支座9内，Z向位移主要是桥面两侧风力影响形成桥面扭曲时的位移分量，一般而言受车辆载荷影响而形成的Z向位移量较小，只有桥面负载过大时才会出现较大的Z向位移量，Z向位移监控采用数字压力传感器23进行监控最佳。所述Z向位移监控装置包括固定筒20、压力弹簧21、伸缩柱22和数字压力传感器23，所述压力弹簧21设置在固定筒20的弹簧腔24内，所述数字压力传感器23设置在伸缩柱22底端，所述伸缩柱22底端位于弹簧腔24顶部，所述压力弹簧21顶部的压板25与数字压力传感器23接触；桥梁出现竖直垂直于桥梁轴向方向的Z向伸缩位移时，伸缩柱22会在弹簧腔24内伸缩移动，从而引起压力弹簧21的伸缩变形，压力弹簧21的伸缩变形从而改变对数字压力传感器23施加的压力大小，数字压力传感器23会将压力信号通过模拟和数字电路处理计算出Z向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统，进行Z向伸缩位移监控。
综上所述，数字式激光位移传感器11、数字电流表16、数字压力传感器23均与远程计算机系统通过无线信号连接，远程计算机系统对多个位移箱3内X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。
进一步改进：
为了便于与支撑梁7之间的滑动位移，以实现伸缩缝调位移动，所述顶部承压胶垫支座9的底面、底部承压胶垫支座10的顶面均设置与支撑梁7可滑动连接的不锈钢滑轨26。
所述位移监控电路系统还包括保护电阻27；所述电源总成15、数字电流表16、保护电阻27、导电滑片19、滑动变阻器18串联成通电回路。保护电阻27的设置是为了对整个电路进行保护。
所述位移监控电路系统还包括路灯28，所述电源总成15、数字电流表16、保护电阻27、路灯28、导电滑片19、滑动变阻器18串联成通电回路，所述路灯28设置在桥梁两侧的护墩上。为了充分进行能源利用，位移监控电路系统通过路灯28可用于路面照明。
基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：当桥梁出现沿桥梁轴向方向的X向伸缩位移时，X向位移监控装置的数字式激光位移传感器11通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到反射镜片14并返回至激光接收器，数字式激光位移传感器11内的处理器计算激光脉冲遇到反射镜片14并返回至激光接收器所需的时间，通过模拟和数字电路处理计算出X向距离值，再通过无线信号传送至远程计算机系统；多个位移箱3内多个不同桥面位置的X向距离值进行同步监控，以便于后续建模的处理。
S2、当桥梁出现水平垂直于桥梁轴向方向的Y向伸缩位移时，导电滑片19在滑动变阻器18上移动，从而改变电路中电流的大小，数字电流表16会将电流信号通过模拟和数字电路处理计算出Y向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；多个位移箱3内多个不同桥面位置的Y向距离值进行同步监控，以便于后续建模的处理。
S3、当桥梁出现竖直垂直于桥梁轴向方向的Z向伸缩位移时，伸缩柱22会在弹簧腔24内伸缩移动，从而引起压力弹簧21的伸缩变形，压力弹簧21的伸缩变形从而改变对数字压力传感器23施加的压力大小，数字压力传感器23会将压力信号通过模拟和数字电路处理计算出Z向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；多个位移箱3内多个不同桥面位置的Z向距离值进行同步监控，以便于后续建模的处理。
S4、远程计算机系统对多个位移箱3内X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。
综上所述：
本装置能够通过X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置对X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行实时的监测，然后将同时间点的三向位移信息通过无线信号传至远程计算机系统，远程计算机系统对X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。

Claims (5)

1.基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统，包括伸缩缝机构；所述伸缩缝机构包括中梁型钢(1)、两个侧梁型钢(2)、沿着型钢方向延伸的多个位移箱(3)、相邻两个位移箱(3)之间的锚板(4)和锚筋(5)；所述中梁型钢(1)与侧梁型钢(2)之间的缝隙通过防水橡胶条(6)密封；所述中梁型钢(1)底部设置支撑梁(7)，所述支撑梁(7)两端分别伸入到两侧的位移箱(3)内；侧梁型钢(2)固定设置在位移箱(3)顶部，所述位移箱(3)通过预埋钢筋(8)固定到两侧桥面的预埋腔内；
其特征在于：
所述位移箱(3)内腔顶面固定设有顶部承压胶垫支座(9)，所述顶部承压胶垫支座(9)底面与支撑梁(7)可滑动连接；所述位移箱(3)内腔底面固定设有底部承压胶垫支座(10)，所述底部承压胶垫支座(10)顶面与支撑梁(7)可滑动连接；
还包括XYZ三向监控机构；所述XYZ三向监控机构包括X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置；
X向位移监控装置：
所述X向位移监控装置包括数字式激光位移传感器(11)，所述底部承压胶垫支座(10)通过竖支板(12)连接有数字式激光位移传感器(11)，所述支撑梁(7)两侧设置放置数字式激光位移传感器(11)的条形滑孔(13)，所述支撑梁(7)两侧末端设置反射镜片(14)，所述数字式激光位移传感器(11)内的激光发射器与反射镜片(14)相对应；
Y向位移监控装置：
所述Y向位移监控装置为位移监控电路系统，所述位移监控电路系统包括太阳能供电的电源总成(15)、数字电流表(16)、可伸缩弹性滑柱(17)、滑动变阻器(18)；所述可伸缩弹性滑柱(17)上设有与滑动变阻器(18)的电阻丝接触的导电滑片(19)，所述电源总成(15)、数字电流表(16)、导电滑片(19)、滑动变阻器(18)串联成通电回路；所述可伸缩弹性滑柱(17)设置在支撑梁(7)两侧末端，所述滑动变阻器(18)固定在位移箱(3)侧壁上；
Z向位移监控装置：
所述Z向位移监控装置设置在顶部承压胶垫支座(9)内，所述Z向位移监控装置包括固定筒(20)、压力弹簧(21)、伸缩柱(22)和数字压力传感器(23)，所述压力弹簧(21)设置在固定筒(20)的弹簧腔(24)内，所述数字压力传感器(23)设置在伸缩柱(22)底端，所述伸缩柱(22)底端位于弹簧腔(24)顶部，所述压力弹簧(21)顶部的压板(25)与数字压力传感器(23)接触；
所述数字式激光位移传感器(11)与远程计算机系统通过无线信号连接；所述数字电流表(16)、数字压力传感器(23)与远程计算机系统通过无线信号连接。
2.根据权利要求1所述基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统，其特征在于：所述顶部承压胶垫支座(9)的底面、底部承压胶垫支座(10)的顶面均设置与支撑梁(7)可滑动连接的不锈钢滑轨(26)。
3.根据权利要求1所述基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统，其特征在于：所述位移监控电路系统还包括保护电阻(27)；所述电源总成(15)、数字电流表(16)、保护电阻(27)、导电滑片(19)、滑动变阻器(18)串联成通电回路。
4.根据权利要求1所述基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统，其特征在于：所述位移监控电路系统还包括路灯(28)，所述电源总成(15)、数字电流表(16)、保护电阻(27)、路灯(28)、导电滑片(19)、滑动变阻器(18)串联成通电回路，所述路灯(28)设置在桥梁两侧的护墩上。
5.一种用于权利要求1-4任意一项所述基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：当桥梁出现沿桥梁轴向方向的X向伸缩位移时，X向位移监控装置的数字式激光位移传感器(11)通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到反射镜片(14)并返回至激光接收器，数字式激光位移传感器(11)内的处理器计算激光脉冲遇到反射镜片(14)并返回至激光接收器所需的时间，通过模拟和数字电路处理计算出X向距离值，再通过无线信号传送至远程计算机系统；
S2、当桥梁出现水平垂直于桥梁轴向方向的Y向伸缩位移时，导电滑片(19)在滑动变阻器(18)上移动，从而改变电路中电流的大小，数字电流表(16)会将电流信号通过模拟和数字电路处理计算出Y向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；
S3、当桥梁出现竖直垂直于桥梁轴向方向的Z向伸缩位移时，伸缩柱(22)会在弹簧腔(24)内伸缩移动，从而引起压力弹簧(21)的伸缩变形，压力弹簧(21)的伸缩变形从而改变对数字压力传感器(23)施加的压力大小，数字压力传感器(23)会将压力信号通过模拟和数字电路处理计算出Z向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；
S4、远程计算机系统对多个位移箱(3)内X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。
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