CN209356145U - 一种桥梁动挠度实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁动挠度实时监测系统，包括激光发射装置、激光接收装置及控制处理器，该控制处理器与该激光接收装置通信连接；还包括栅状遮光板；该激光发射装置固定在桥梁一侧的桥墩上，该激光接收装置固定在桥梁另一侧的桥墩上，该栅状遮光板通过连接杆悬挂在桥梁下方并随桥梁的波动同步发生竖向位移，该栅状遮光板位于桥梁两侧的桥墩之间；该激光发射装置、该激光接收装置和该栅状遮光板处于同一水平直线上。该监测系统精确度高，适用于桥下有水、阴雨、雾霾等恶劣环境。

Description

一种桥梁动挠度实时监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种桥梁动挠度实时监测系统，属于桥梁结构健康监测领域。

背景技术

桥梁挠度可反映桥梁结构刚度，无论在承载力试验或结构健康监测，它都是极其重要的指标。若桥梁结构性能退化并导致刚度降低，在相同的车辆荷载作用下，桥梁挠度会相应地增加，进而影响桥梁使用的安全性。考虑到不平顺的桥面上川流不息的车辆，真实的桥梁挠度通常表现为动挠度。在桥梁动力放大效应作用下，移动车辆所产生的桥梁动挠度将大于静止车辆所产生的静挠度。因此，桥梁动挠度的实时监测对于评估桥梁的健康状态，及时发现桥梁结构局部异常，保证桥梁的安全运行具有重要意义。

桥梁动挠度监测一直是一个有待解决的工程测量难题，尤其是针对横跨江河或峡谷的大跨桥梁。现有的桥梁动挠度测量系统按照其实现方式，可以大致分为拉线式位移计测量系统、激光式测量系统、摄像式测量系统、GPS测量系统、倾角仪测挠系统等。这些测量方法有以下缺点：

1、拉线式位移计测量系统是一种接触式的测量方案，须将位移计的拉线连接到桥梁下方固定点，激光式和摄像式测量系统需在桥梁测量点设立标靶，在测量点附近找到一个静态参考点布设激光挠度仪或摄像机，这三种测量方法均一般只能测量离桥头比较近或桥下无水的桥梁，易受桥下水、阴雨、雾霾等恶劣环境影响，不能用于长期监测。

2、GPS测量系统的竖向动态位移精度只能达到厘米级；倾角仪测挠系统基于桥梁转角曲线和挠度曲线的积分关系拟合实现，直接测量的是倾角，而非挠度，测量精度受倾角仪位置和数量的影响，二者的测量精度均不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种桥梁动挠度实时监测系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种桥梁动挠度实时监测系统，包括激光发射装置、激光接收装置及控制处理器，该控制处理器与该激光接收装置通信连接；还包括栅状遮光板；该激光发射装置固定在桥梁一侧的桥墩上，该激光接收装置固定在桥梁另一侧的桥墩上，该栅状遮光板通过连接杆悬挂在桥梁下方并随桥梁的波动同步发生竖向位移，该栅状遮光板位于桥梁两侧的桥墩之间；该激光发射装置、该激光接收装置和该栅状遮光板处于同一水平直线上。

优选地，该栅状遮光板的结构是一透光板沿竖向等间隔设置多条挡光条。

优选地，该栅状遮光板由多根挡光条组成，这些挡光条沿竖直方向平行等距离间隔设置。

优选地，上下两条该挡光条的间距为0.1-1.0mm，并可以在该间距范围内调整。

优选地，该控制处理器包括信号传输模块和信号处理模块，该信号传输模块包括无线通信连接在一起的无线节点和无线基站，该无线节点与该激光接收装置通过数据线连接；该信号处理模块与该无线基站通信连接，该无线节点安装在桥墩上。

优选地，该无线基站和该信号处理模块之间通过无线传输连接。

优选地，该信号处理模块包括连接在一起的信号转换装置和可视化装置。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本实用新型桥梁动挠度实时监测系统采用的栅状遮光板悬挂于桥梁测试点的下方，激光发射装置和激光接收装置分别安装在桥梁两侧的桥墩上，该激光发射装置发射的激光透过该栅状遮光板照射到该激光接收装置，由于该栅状遮光板会随桥梁上下移动同步发生竖向位移，因此，透过该栅状遮光板的激光光强将发生变化，激光接收装置接收到的激光强度亦发生变化，这样，该控制处理器可将接收到的激光光强变化量及变化周期数据转化成桥梁的动挠度数据。该栅状遮光板安装在桥下，不影响桥上的正常交通。该栅状遮光板适用于桥下有水、阴雨、雾霾等恶劣环境。

本实用新型的桥梁动挠度实时监测系统的栅状遮光板的挡光条的间距为0.1-1.0mm，可以调整该挡光条的间距达到桥梁动挠度的测量精度，该动挠度测量可达0.1mm以上精度，精度高。

本实用新型的桥梁动挠度实时监测系统中的该信号传输模块包括无线通信连接在一起的无线节点和无线基站，采用信号无线传输技术，避免了激光接收装置与信号处理装置间长距离布线的麻烦。

本实用新型的桥梁动挠度实时监测系统采用栅状遮光板，该栅状遮光板相较于现有的测量设备价格低，降低成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的桥梁动挠度实时监测系统的整体示意图。

图2为本实用新型的桥梁动挠度实时监测系统的栅状遮光板的示意图。

附图标记：

激光发射装置1，激光接收装置2，栅状遮光板4，桥梁5，桥墩6，连接杆7，挡光条8，无线节点9，无线基站10，信号处理模块11，测量点12。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本实用新型的内容：

如图1至图2所示，本实用新型提供一种桥梁动挠度实时监测系统，包括激光发射装置1、激光接收装置2及控制处理器，该控制处理器与该激光接收装置2通信连接。该桥梁动挠度实时监测系统还包括栅状遮光板4。该激光发射装置1固定在桥梁5一侧的桥墩6上，该激光接收装置2固定在桥梁5另一侧的桥墩6上，该栅状遮光板4通过连接杆7悬挂在桥梁5下方并随桥梁5的移动同步发生竖向位移，该栅状遮光板4位于桥梁5两侧的桥墩6之间。该激光发射装置1、该激光接收装置2和该栅状遮光板4处于同一水平直线上。该控制处理器用于接收该光接收装置2的信号，分析得到该栅状遮光板4的竖向位移数据。

该激光发射装置1发射的激光透过该栅状遮光板4照射到该激光接收装置2，当该栅状遮光板4随桥梁5上下移动发生竖向位移时，透过该栅状遮光板的激光光强将发生变化，激光接收装置接收到的激光强度亦发生变化，这样，该控制处理器可将接收到的激光光强变化量及变化周期数据转化成桥梁的动挠度数据。该栅状遮光板4可以用防水材料制成，使得该测量系统适用于桥下有水、阴雨、雾霾等恶劣环境。且该该栅状遮光板4安装在桥下，不影响桥上的正常交通。

该栅状遮光板4的结构是一透光板沿竖向等间隔设置多条挡光条8；或者，该栅状遮光板由多根挡光条8组成，这些挡光条8沿竖直方向平行等距离间隔设置，或者，在一不透光板采用激光切割后沿竖向等间隔形成多条透光条纹；透光及不透光条纹组成了该栅状遮光板4，其中透光及不透光条纹相互平行、宽度相等、沿竖直方向平行间隔设置。上下两条该挡光条8的间距为0.1-1.0mm，并可以在该间距范围内调整。可以根据测量精度要求，调整该挡光条8的间距，该动挠度测量可达0.1mm以上精度，精度高。

该控制处理器包括信号传输模块和信号处理模块11，该信号传输模块包括无线通信连接在一起的无线节点9和无线基站10，该无线节点9与该激光接收装置2通过数据线连接。该信号处理模块与该无线基站10通信连接，该无线节点9安装在桥墩6上。该无线基站10和该信号处理模块之间通过无线传输连接。该无线节点9接收到该激光接收装置2的信号后通过无线传输到该无线基站10，再传给该信号处理模块，该信号处理模块将激光光强变化量及变化周期数的数据转换成该桥梁测量点的动挠度数据。该桥梁动挠度实时监测系统采用信号无线传输技术，避免了激光接收装置与信号处理装置间长距离布线的麻烦。

该信号处理模块11包括连接在一起的信号转换装置和可视化装置。该信号转换装置的作用是将激光光强变化量及变化周期个数的数据转换成该桥梁测量点的动挠度数据。该可视化装置连接到信号转换装置，作用是实时输出并同步显示桥梁不同测量点的动挠度时程结果，以便及时发现信号异常和判断多源信号的同步性。

该桥梁动挠度实时监测系统的现场使用方法如下：

(1)根据桥梁结构具体受力特性选择关键截面，选择该截面某个测量点12(如桥梁底某点)。

(2)基于结构受力分析与现场实测资料，确定桥梁5在环境温度和最不利车辆荷载共同作用下的测量点12动挠度变化范围，选择布设有合适长度(即量程)的栅状遮光板4；根据动挠度测量的精度要求，确定挡光条8宽度、间距和激光束光斑尺寸大小等关键设计参数。将选定的栅状遮光板4固定连接在该连接杆7一端，该连接杆7的另一端连接在选定的测量点12上。微调栅状遮光板4竖向高度，确保量程范围内动挠度的有效测量。该动挠度测量可达0.1mm以上精度，精度高。

(3)选择某个近似不动点(如桥墩侧壁)安装激光发射装置2和激光接收装置1，调整竖向高度和水平位置，确保该激光发射装置2、该激光接收装置1和该栅状遮光板4在同一条水平直线上。从激光发射装置1发射出的光线，经过栅状遮光板4的作用，部分光线可通过抵达激光接收装置2。

(4)该激光接收装置2和该无线节点9间用数据线连接，该无线节点9的数据通过无线传输到该无线基站10，通过信号转换装置11，将接收到激光光强变化量及光强变化周期数据转换成测点挠度数据；然后通过可视化装置，实时输出并同步显示在桥梁测量点12的动挠度时程结果。

(5)当桥梁多个测量点12动挠度需要检测时，每个桥梁测量点12对应一个激光发射装置1、一个激光接收装置2、一个栅状遮光板4和一个无线节点9，该激光接收装置2和该无线节点9间用数据线连接，然后将多个测量点对应的多个无线节点9的数据无线传输到同一个无线基站10。通过信号转换装置11，将接收到激光光强变化量及光强变化周期数据转换成测量点的动挠度数据；然后通过可视化装置，实时输出并同步显示多个测量点12的动挠度时程结果。

本实用新型桥梁动挠度实时监测系统适用于各种类型的桥梁和各种检测环境，适应范围广。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种桥梁动挠度实时监测系统，包括激光发射装置、激光接收装置及控制处理器，该控制处理器与该激光接收装置通信连接，其特征在于：还包括栅状遮光板；该激光发射装置固定在桥梁一侧的桥墩上，该激光接收装置固定在桥梁另一侧的桥墩上，该栅状遮光板通过连接杆悬挂在桥梁下方并随桥梁的波动同步发生竖向位移，该栅状遮光板位于桥梁两侧的桥墩之间；该激光发射装置、该激光接收装置和该栅状遮光板处于同一水平直线上。

2.根据权利要求1所述的桥梁动挠度实时监测系统，其特征在于：该栅状遮光板的结构是一透光板沿竖向等间隔设置多条挡光条。

3.根据权利要求1所述的桥梁动挠度实时监测系统，其特征在于：该栅状遮光板由多根挡光条组成，这些挡光条沿竖直方向平行等距离间隔设置。

4.根据权利要求2或3所述的桥梁动挠度实时监测系统，其特征在于：上下两条该挡光条的间距为0.1-1.0mm，并可以在该间距范围内调整。

5.根据权利要求1所述的桥梁动挠度实时监测系统，其特征在于：该控制处理器包括信号传输模块和信号处理模块，该信号传输模块包括无线通信连接在一起的无线节点和无线基站，该无线节点与该激光接收装置通过数据线连接；该信号处理模块与该无线基站通信连接，该无线节点安装在桥墩上。

6.根据权利要求5所述的桥梁动挠度实时监测系统，其特征在于：该无线基站和该信号处理模块之间通过无线传输连接。

7.根据权利要求5或6所述的桥梁动挠度实时监测系统，其特征在于：该信号处理模块包括连接在一起的信号转换装置和可视化装置。