CN113008154A - 一种桥梁安全监测的光纤传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤测试技术领域，具体涉及一种桥梁安全监测的光纤传感系统，包括光纤传感模块、采集模块、控制模块、解码模块和预警模块，光纤传感模块在内部传输光源信号并感应桥梁的变化参数，解码模块对光源信号的回波信号进行解码处理得到桥梁的参数信息，采集模块用于拍摄桥梁的图像信息，控制模块获取振动强度并将振动强度与预设强度进行对比，当振动强度大于预设强度时，控制模块获取采集模块的图像信息，控制模块识别图像信息中的物体轮廓与预设轮廓对比，当物体轮廓与预设轮廓相同时，控制模块向预警模块发送预警信号，预警模块根据预警信号进行报警。本发明通过将物体轮廓与预设轮廓进行对比，避免对桥梁异常的误判。

Description

一种桥梁安全监测的光纤传感系统
技术领域
本发明涉及光纤测试技术领域，具体涉及一种桥梁安全监测的光纤传感系统。
背景技术
桥梁是架设在江河湖海上，连通两个区域的重要交通枢纽，桥梁需要在使用过程中进行安全健康监测和对可能出现的损伤进行预测预警。目前，对桥梁的安全健康监测方式是通过定期对桥梁的重点部位进行检测，操作起来麻烦，且浪费人力。
针对桥梁的检测问题，公开号为CN104198144A的专利公开了一种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法，步骤如下：在中小桥梁主要受力构件表面布置长标距光纤传感器，然后通过加载冲击力对桥面进行冲击激励，在冲击激励过程中，通过所布置的光纤传感器记录桥梁动应变的时程数据并同时记录冲击力的时程数据；根据获取的桥梁动应变和冲击力的时程数据，识别得出结构的应变柔度中识别得出结构的应变柔度矩阵。该方法不同于文献中研究较多的针对加速度数据的处理方法，针对所测量的长标距动应变，具体研究了基于长标距应变测量的应变柔度识别，通过冲击振动下长标距动态应变的测量，可识别得出结构的应变柔度进行结构的安全评估。
但是，在使用上述方法进行测量时，通过施加冲击激励后检测桥梁的动应变等参数，而在实际情况下，由于桥梁具有较大的长度，桥梁上发生车祸或其他撞击情况时作用的范围有限，桥梁的检测范围受到检测方法的限制。
发明内容
本发明意在提供一种桥梁安全监测的光纤传感系统，以解决现有检测方法限制检测范围的问题。
本方案中的桥梁安全监测的光纤传感系统，包括光纤传感模块、采集模块、控制模块、解码模块和预警模块，所述光纤传感模块在内部传输光源信号并感应桥梁的变化参数，所述光纤传感模块将传输后经过反射的回波信号发送至解码模块，所述解码模块对回波信号进行解码处理得到桥梁的参数信息，所述参数信息包括应力值、温度值和振动强度，所述采集模块用于拍摄桥梁的图像信息，所述控制模块获取振动强度并将振动强度与预设强度进行对比，当振动强度大于预设强度时，所述控制模块获取采集模块的图像信息，所述控制模块识别图像信息中的物体轮廓与预设轮廓对比，当物体轮廓与预设轮廓相同时，所述控制模块向预警模块发送预警信号，所述预警模块根据预警信号进行报警。
本方案的有益效果是：
检测时，将光纤传感模块沿着桥梁的长度方向进行敷设，以光纤传感模块内部传输的光源信号感应桥梁的变化参数，例如桥梁的温度变化、应力变化和振动变化等，通过解码模块对携带了桥梁变化相关信息反射的回波信号进行解码处理得到桥梁的参数信息，便于及时检测桥梁的变化情况，且检测范围不受检测方法的限制；通过控制模块判断解码后的振动强度，当桥梁的振动异常时，通过采集图像信息并判断物体轮廓，将物体轮廓与预设轮廓进行对比，预设轮廓可以是能够对光纤传感模块造成影响的外部因素，如车辆和人等，此时进行预警，避免对桥梁异常的误判。
进一步，还包括亮度提取模块，所述亮度提取模块识别图像信息中的光亮度并发送至控制模块，在温度值大于预设温度时，所述控制模块判断光亮度是否大于预设值，当光亮度大于预设值时，所述控制模块从图像信息中识别光亮度大于预设值的面积值，当面积值大于预设面积时，所述控制模块给温度值添加环境标签。
有益效果是：通过亮度提取模块识别图像信息中的光亮度，由控制模块判断光亮度，当光亮度大于预设值时，由控制模块从图像信息中识别光亮度大于预设值的面积值，当面积值大于预设面积时，即判断是否是阳光照射引起的温度异常，面积值的判断能够排除桥梁上因车辆灯光照射引起的误判，防止阳光引起桥梁温度异常造成误判，最后由控制模块给温度值添加环境标签，排除环境干扰。
进一步，所述光纤传感模块位于桥梁内或者桥梁外侧壁上，当物体轮廓与预设轮廓相同且光纤传感模块位于桥梁外侧壁上时，所述控制模块从图像信息上判断物体轮廓与光纤传感模块所在的桥梁侧壁是否具有相同的像素点，当具有相同的像素点时，所述控制模块判断光纤传感模块受到撞击或攻击。
有益效果是：通过判断两个目标是否具有相同的像素点，判断是否是因为受到撞击而产生，而非桥梁自身结构异常造成的振动异常，降低误判几率。
进一步，所述预设轮廓包括人体轮廓和车辆轮廓，当物体轮廓与预设轮廓的人体轮廓相同时，所述控制模块判断光纤传感模块离开桥梁，当物体轮廓与预设轮廓的车辆轮廓相同时，所述控制模块判断光纤传感模块被撞击。
有益效果是：根据物体轮廓的不同类型判断影响光纤传感模块的外部信息，以准确避开外部干扰造成的桥梁检测异常情况，还能及时发现检测桥梁参数的光纤传感模块是否损坏。
进一步，在振动强度大于预设强度时，所述控制模块根据回波信号计算异常位置信息，所述控制模块根据异常位置信息判断桥梁的异常点信息，所述控制模块获取异常点信息处采集模块的图像信息。
有益效果是：对振动强度异常时的异常位置信息进行计算，并判断桥梁的异常点信息，以准确确定异常的位置，以对准确获取对应位置上的图像信息。
进一步，所述采集模块设置多个，所述采集模块沿着光纤传感模块的延伸方向均匀分布，所述采集模块的拍摄范围相邻，所述控制模块在光纤传感模块位于桥梁外侧壁上且振动强度大于预设强度时获取图像信息，所述控制模块识别图像信息中的轮廓信息并与预设信息进行对比，当轮廓信息与预设信息相同时，所述控制模块向解码模块发送图像信息和异常点信息。
有益效果是：通过采集模块拍摄桥梁环境的图像信息，并在桥梁振动出现异常时，获取图像信息中的轮廓信息进行对比，以识别图像信息中是否具有因外力引起的异常，及时知晓因外力引起的桥梁异常振动降低误判，采集模块的拍摄范围相邻，提高采集模块的覆盖度。
附图说明
图1为本发明桥梁安全监测的光纤传感系统实施例一的示意性框图；
图2为本发明桥梁安全监测的光纤传感系统实施例三中过渡件的纵向截面图；
图3为本发明桥梁安全监测的光纤传感系统实施例三的原理框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
实施例一
桥梁安全监测的光纤传感系统，如图1所示：包括光纤传感模块、采集模块、控制模块、解码模块和预警模块，光纤传感模块在内部传输光源信号并感应桥梁的变化参数，光纤传感模块包括光缆光纤，通过激光器向光缆光纤发送光源信号，光纤传感模块将传输后经过反射的回波信号发送至解码模块；解码模块对回波信号进行解码处理得到桥梁的参数信息，解码模块可用现有的光纤信号解调仪，参数信息包括应力值、温度值和振动强度。
采集模块用于拍摄桥梁的图像信息，采集模块可用现有的摄像头，采集模块设置多个，采集模块沿着光纤传感模块的延伸方向均匀分布，例如沿着桥梁延伸方向均匀布设二十个采集模块；采集模块的拍摄范围相邻，即采集模块的拍摄范围不交叉；控制模块获取振动强度并将振动强度与预设强度进行对比，控制模块可用现有的SOC芯片，当光纤传感模块位于桥梁外侧壁上且振动强度大于预设强度时，光纤传感模块是否位于桥梁外侧壁通过预设进行确定，控制模块获取图像信息，控制模块识别图像信息中的物体轮廓与预设轮廓对比，物体轮廓的识别可用现有PS软件进行，轮廓的对比可用现有的SIFT算法等，同时，控制模块根据回波信号计算异常位置信息，控制模块根据异常位置信息判断桥梁的异常点信息，控制模块获取异常点信息处采集模块的图像信息，控制模块识别图像上的轮廓信息，控制模块将轮廓信息并与预设信息进行对比，轮廓信息可以是物体轮廓的类型，预设信息可以是预存的能够对光纤传感模块检测的振动强度产生影响的物体类型，例如车辆和人等，当轮廓信息与预设信息相同时，控制模块向解码模块发送图像信息和异常点信息；当物体轮廓与预设轮廓相同时，控制模块向预警模块发送预警信号，预警模块根据预警信号进行报警，预警模块可以通过显示预警字样进行，或者通过声音和光照进行预警。
还包括亮度提取模块，亮度提取模块识别图像信息中的光亮度并发送至控制模块，光亮度的识别可以先将图像信息灰度处理，计算图像信息的灰度图上的均值和方差，根据均值和方差进行判断，如亮度异常时均值会偏离预设的均值点，方差也会偏小；控制模块将温度值与预设温度进行对比，在温度值大于预设温度时，控制模块判断光亮度是否大于预设值，当光亮度大于预设值时，控制模块从图像信息中识别光亮度大于预设值的面积值，当面积值大于预设面积时，面积值的对比可以通过先截取轮廓，然后对比轮廓的大小来对比面积值，控制模块给温度值添加环境标签。
具体实施过程如下：
将光纤传感模块沿着桥梁的长度方向安装好，光纤传感模块的光缆光纤可以通过线卡或者水泥安装在桥梁上，将采集模块沿着光纤传感模块均匀安装在桥梁上，由采集模块采集桥梁的图像信息；在对桥梁进行安全健康或可能出现的损伤进行监测时，通过光纤传感模块传输光源信号，由解码模块接收光纤传感模块对光源信号反射后的回波信号并进行解码处理得到桥梁的参数信息；通过控制模块获取参数信息中的振动强度进行判断，当光纤传感模块位于桥梁外侧壁且振动强度大于预设强度时，由控制模块获取图像信息并识别图像信息上的物体轮廓，将物体轮廓与预设轮廓进行对比，当物体轮廓与预设轮廓相同时，由控制模块向预警模块发送预警信号使预警模块进行报警，以提示桥梁的异常情况。
在振动信号异常同时，由控制模块根据回波信号计算异常位置信息并据此判断异常点信息，即判断产生振动强度大于预设强度的位置，让控制模块对异常点信息处的图像信息进行获取并识别图像上的轮廓信息，将轮廓信息与预设信息进行对比，当轮廓信息与预设信息相同时，通过控制模块向解码模块发送图像信息和异常点信息，以对桥梁的异常点和对应的图像进行及时记录，提高桥梁安全监测的及时性、环境的可追溯性和准确性。
实施例二
与实施例一的区别是，将采集模块的采集方向沿着桥梁的长度方向进行设置，采集模块按照能够采集到清晰图像的距离进行均匀分布，光纤传感模块位于桥梁内或者桥梁外侧壁上，当物体轮廓与预设轮廓相同且光纤传感模块位于桥梁外侧壁上时，控制模块从图像信息上判断物体轮廓与光纤传感模块所在的桥梁侧壁是否具有相同的像素点，当具有相同的像素点时，控制模块判断光纤传感模块受到撞击或攻击；预设轮廓包括人体轮廓和车辆轮廓，当物体轮廓与预设轮廓的人体轮廓相同时，控制模块判断光纤传感模块离开桥梁，当物体轮廓与预设轮廓的车辆轮廓相同时，控制模块判断光纤传感模块被撞击。
通过判断物体轮廓与光纤传感模块所在的桥梁侧壁的像素点是否相同，即判断目标与光纤传感模块所在的桥梁侧壁是否接触，据此来确定光纤传感模块是否受到撞击或攻击，降低桥梁自身异常的误判断，并根据物体轮廓的不同类型判断影响光纤传感模块的外部信息，以准确避开外部干扰造成的桥梁检测异常情况，还能及时发现检测桥梁参数的光纤传感模块是否损坏。
实施例三
与实施例二的区别在于，如图2和图3，图中的附图标记为：弹性管1、空腔2、导电线圈3、金属线4、磁铁条5、光纤传感模块6、指示灯7。
预警模块还包括位于桥梁衔接点间隙处的过渡件，过渡件包括套设在光纤传感模块6外的弹性管1，弹性管1的两端部固定连接在衔接点间隙两端的桥梁上，弹性管1的外侧管壁面成弧面状，弹性管1朝向上方的管壁中开设有多个空腔2，空腔2内固定安装有导电线圈3，多个空腔2内的导电线圈3相互并联，导电线圈3两端串联有指示灯7，指示灯7可用现有的LED灯，空腔2内焊接有表面光滑的金属线4，金属线4贯穿过导电线圈3的轴心处，金属线4上套设有能够移动的磁铁条5，通过在磁铁条5表面上粘接两个塑料的圆环，金属线4贯穿圆环进行滑动移动；控制模块通过导线电连接至指示灯7的线路上，当磁铁条5沿着金属线4在导电线圈3内移动切割磁感线运动，让导电线圈3内产生电流时，控制模块通过导线接收导电线圈3的电流信号，当振动强度大于预设强度且收到电流信号时，控制模块停止获取图像信息并判断衔接点处振动异常。
由于桥梁的长度通常比较长，为了便于桥梁的维护，一座桥梁通常是分成多段，每段桥体在浇筑成型后再连接在一起形成桥梁，所以，部分分段式的桥梁上具有多个衔接点，衔接点处的桥体之间具有间隙，从而导致衔接点处的光纤传感模块6直接暴露在空气中，容易引起光纤老化或损坏，并且桥梁使用过程中，车辆或外界环境引起的桥梁振动容易让衔接点处的光纤传感模块6产生拉扯或摩擦，也容易造成光纤传感模块6的老化或损坏。本实施例三中，当桥梁的衔接点处产生振动、摩擦或拉扯后，引起弹性管1的抖动或拉扯或移位摆动，从而带动弹性管1内壁空腔2中的磁铁条5沿着金属线4进行移动，使得磁铁条5与导电线圈3产生相对位移进行切割磁感线运动，让导电线圈3中产生感应电流点亮指示灯7，同时向控制模块发送电流信号；当控制模块收到电流信号且判断到振动强度大于预设强度时，控制模块停止获取图像信息，并判断为衔接点振动异常，减少依据图像信息排除振动异常的数据处理量，提高数据处理进程的准确性，同时，指示灯7被点亮后还能让桥梁的巡检人员或管理人员及时发现衔接点处的异常活动情况；弹性管1位于光纤传感模块6的外部，即弹性管1套在光缆的外部，还能避免光纤传感模块6直接裸露在环境中，保护光纤传感模块6，弹性管1的两端分别与衔接点处的桥梁固定，当桥梁在衔接点处产生移位、抖动时，降低光纤传感模块6被拉扯坏的几率。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种桥梁安全监测的光纤传感系统，其特征在于：包括光纤传感模块、采集模块、控制模块、解码模块和预警模块，所述光纤传感模块在内部传输光源信号并感应桥梁的变化参数，所述光纤传感模块将传输后经过反射的回波信号发送至解码模块，所述解码模块对回波信号进行解码处理得到桥梁的参数信息，所述参数信息包括应力值、温度值和振动强度，所述采集模块用于拍摄桥梁的图像信息，所述控制模块获取振动强度并将振动强度与预设强度进行对比，当振动强度大于预设强度时，所述控制模块获取采集模块的图像信息，所述控制模块识别图像信息中的物体轮廓与预设轮廓对比，当物体轮廓与预设轮廓相同时，所述控制模块向预警模块发送预警信号，所述预警模块根据预警信号进行报警。
2.根据权利要求1所述的桥梁安全监测的光纤传感系统，其特征在于：还包括亮度提取模块，所述亮度提取模块识别图像信息中的光亮度并发送至控制模块，在温度值大于预设温度时，所述控制模块判断光亮度是否大于预设值，当光亮度大于预设值时，所述控制模块从图像信息中识别光亮度大于预设值的面积值，当面积值大于预设面积时，所述控制模块给温度值添加环境标签。
3.根据权利要求2所述的桥梁安全监测的光纤传感系统，其特征在于：所述光纤传感模块位于桥梁内或者桥梁外侧壁上，当物体轮廓与预设轮廓相同且光纤传感模块位于桥梁外侧壁上时，所述控制模块从图像信息上判断物体轮廓与光纤传感模块所在的桥梁侧壁是否具有相同的像素点，当具有相同的像素点时，所述控制模块判断光纤传感模块受到撞击或攻击。
4.根据权利要求3所述的桥梁安全监测的光纤传感系统，其特征在于：所述预设轮廓包括人体轮廓和车辆轮廓，当物体轮廓与预设轮廓的人体轮廓相同时，所述控制模块判断光纤传感模块离开桥梁，当物体轮廓与预设轮廓的车辆轮廓相同时，所述控制模块判断光纤传感模块被撞击。
5.根据权利要求4所述的桥梁安全监测的光纤传感系统，其特征在于：在振动强度大于预设强度时，所述控制模块根据回波信号计算异常位置信息，所述控制模块根据异常位置信息判断桥梁的异常点信息，所述控制模块获取异常点信息处采集模块的图像信息。
6.根据权利要求5所述的桥梁安全监测的光纤传感系统，其特征在于：所述采集模块设置多个，所述采集模块沿着光纤传感模块的延伸方向均匀分布，所述采集模块的拍摄范围相邻，所述控制模块在光纤传感模块位于桥梁外侧壁上且振动强度大于预设强度时获取图像信息，所述控制模块识别图像信息中的轮廓信息并与预设信息进行对比，当轮廓信息与预设信息相同时，所述控制模块向解码模块发送图像信息和异常点信息。
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