CN212620589U

CN212620589U - 一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置

Info

Publication number: CN212620589U
Application number: CN202021313145.4U
Authority: CN
Inventors: 胡皓; 张勇; 李晓娅; 董传智; 魏俊; 沈灿
Original assignee: Zhejiang Scientific Research Institute of Transport
Current assignee: Zhejiang Scientific Research Institute of Transport
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-07-07

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，所述空心板梁桥包括空心板及桥墩，包括二维码标靶、数据采集器、摄像装置及太阳能板，所述二维码标靶固定在桥梁空心板下方，所述数据采集器固定在桥墩的侧面，所述摄像装置固定在数据采集器下方的桥墩上，所述数据采集器与摄像装置电连接，所述太阳能板固定在桥梁空心板上方，太阳能板用于提供数据采集器的电源，摄像装置用于采集二维码靶标位置的图像数据。本实用新型利用工业相机测量得到的图像数据通过数据线传输到数据采集器，数据采集器通过微处理器对图像数据进行处理，通过在云平台上调取数据进行分析，可实现远程监控空心板梁桥铰缝相对位移的功能。

Description

一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁铰缝位移监测技术领域，尤其涉及一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置。

背景技术

空心板梁桥是上世纪90年代兴起的一种中小跨径桥型，广泛分布于各类公路和城市道路系统中。铰缝是空心板梁桥实现多片主梁协同受力的关键部件，起着传递梁板间横向内力并约束位移的作用，其健康程度直接关系着空心板梁上部结构的整体受力性能。铰缝的损伤程度是判断铰接板梁桥传力情况及上部结构整体工作性能的重要因素。

传统的检测方法主要是检测人员通过肉眼观察梁底铰缝是否有渗水痕迹来判断铰缝是否开裂，很难全面、准确地识别铰缝损伤程度。相对位移法是通过各板间相对位移值判断铰缝损伤程度，其优点是对铰缝的损伤较为敏感、直观，并可以量化损伤程度。

目前空心板梁桥铰缝相对位移的测量方法主要有电子位移计、激光位移计、拉压传感器等，但是传感器需要安装在梁底固定位置，后期维护不便，同一跨的多条铰缝需要多个传感器，成本较高，传感器与采集仪通过有线连接，现场布设工作较为繁琐，安装耗费时间长，部分方式测得的相对位移用于判断铰缝损伤程度时精度不足。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置。

为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，所述空心板梁桥包括空心板及桥墩，包括二维码标靶、数据采集器、摄像装置及太阳能板，所述二维码标靶固定在桥梁空心板下方，所述数据采集器固定在桥墩的侧面，所述摄像装置固定在数据采集器下方的桥墩上，所述数据采集器与摄像装置电连接，所述太阳能板固定在桥梁空心板上方，太阳能板用于提供数据采集器的电源，摄像装置用于采集二维码靶标位置的图像数据。

进一步的，所述二维码标靶通过靶标底座固定在桥梁空心板下方。

进一步的，所述数据采集器通过折线形的连接角铁固定在桥墩的侧面。

进一步的，所述数据采集器与摄像装置电通过数据线连接。

进一步的，太阳能板通过太阳能电源线与数据采集器连接，太阳能板通过安装架固定在桥梁空心板上方。

进一步的，摄像装置包括相机连接杆、相机调节架和工业相机，所述相机连接杆通过膨胀螺栓固定在桥墩侧面，相机调节架固定在相机连接杆前端，工业相机固定在相机调节架上。

进一步的，所述数据采集器包括盒体，及盒体内的可充电电池组、太阳能电池板充电模块、LoRa无线模块、天线和微处理器，天线与LoRa无线模块通过导线连接，天线伸出至盒体外侧，太阳能电池板充电模块通过导线与可充电电池组连接，工业相机与微处理器、LoRa无线模块通过导线连接。

采用本实用新型技术方案，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型利用工业相机测量得到的图像数据通过数据线传输到数据采集器，数据采集器通过微处理器对图像数据进行处理，再将计算数据通过LoRa无线模块无线传输到智能网关，智能网关通过4G信号传输到云平台，通过在云平台上调取数据进行分析，可实现远程监控空心板梁桥铰缝相对位移的功能。

(2)本实用新型中微处理器采用图像识别中的光流法则对相邻帧图像的亚像素进行定位，位移测量精度高。

(3)本实用新型中采用二维码作为测量靶标，二维码不仅可以提高视觉追踪效率和精度，同时能够储存空心板和铰缝的位置信息及二维码靶标的尺寸信息；

(4)本实用新型中工业相机可以同时对多个铰缝处的二维码进行相对位移测量，降低监测成本。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置结构图；

图2是本实用新型提数据采集器与云平台的无线通讯示意图。

其中，1、桥墩；2、桥梁空心板；3、相机连接杆；4、相机调节架；5、工业相机；6、数据线；7、数据采集器；8、连接角铁；9、太阳能电源线；10、太阳能板；11、太阳能板安装架；12、二维码靶标；13、靶标底座；14、盒体；15、可充电电池组；16、太阳能电池板充电模块；17、LoRa无线模块；18、天线；19、微处理器。

具体实施方式

结合附图对本实用新型具体方案具体实施例作进一步的阐述。

如图所示，一种基于无线传感网络的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，包括智能网关、相机连接杆3、相机调节架4、工业相机5、数据线6、数据采集器7、连接角铁8、太阳能电源线9、太阳能板10、太阳能板安装架11、二维码靶标12和靶标底座13。

相机连接杆3通过膨胀螺栓固定在桥墩1侧面，相机调节架4固定在相机连接杆3前端，二维码靶标12通过靶标底座13固定在梁板底部。通常，可选取靶标的尺寸为：厚度为2～3mm，长宽为30mm×30mm。

工业相机5固定在相机调节架4的顶部，工业相机5采用防水防尘的外壳封装。工业相机5的采样频率范围1～30Hz，数据以有线方式发送，相机调节架4使用现有技术中的调节架，相机调节架4可以实现调节工业相机5在水平向的旋转和竖直向的旋转工作。

数据采集器7通过连接角铁8固定在桥墩1侧面，太阳能板10固定在太阳能板安装架11上，太阳能板安装架11固定在桥梁板2上端，太阳能板10通过太阳能电源线9与数据采集器7连接，为其供电。太阳能板10使用汉能牌的Global Solar Power FLEX 100W太阳能板，其单位体积能量密度大，柔软性好，方便安装。

工业相机5通过485数据线6与数据采集器7连接，将数据传输到数据采集器7；数据采集器7包括盒体14、可充电电池组15、太阳能电池板充电模块16、LoRa无线模块17、天线18和微处理器19，可充电电池组15、太阳能电池板充电模块16、LoRa无线模块17、微处理器19均固定在盒体14内。

天线18与LoRa无线模块17通过导线连接，LoRa无线模块17使用LG206无线模块，通过LoRa技术实现与智能网关的无线通信。LG206无线模块的工作频段398～525Mhz，工作电压5～36V，波特率1200～115200bps，采用主动上报模式。

天线18伸出到盒体14外侧，盒体14采用防水防尘的外壳封装，太阳能板10通过太阳能电源线9与太阳能电池板充电模块16连接，太阳能电池板充电模块16使用9V-28V太阳能充电降压稳压器，太阳能电池板充电模块16通过导线与可充电电池组15连接，可充电电池组15使用SONY12V8400mAH电池组，其能够使得无光照时依靠电池储能满足数据采集器7工作三天以上。

可充电电池组15为工业相机5、LoRa无线模块17供电，工业相机5与微处理器19、LoRa无线模块17通过导线连接；智能网关设置在桥墩1的附近，距离LoRa无线模块17在2km范围内。智能网关使用220v市电供电。LoRa无线模块17通过无线与智能网关通讯，智能网关通过4G信号与云平台通讯，智能网关是基于LoRa协议的物联网集中器，支持4G、WAN和WIFI传输方式，以MQTT协议连接云服务平台。上传数据协议格式包括：智能网关ID、数据采集器ID、时间戳、在线情况、数据长度、有效数据等。

本实用新型的基于无线传感网络的桥梁变形测量装置工作时，通过工业相机5获取二维码靶标12位置的图像数据，微型处理模块19识别出图像中的二维码，并提取二维码具有高对比度的特征点，通过采用光流法对特征点进行亚像素追踪，识别其位移量序列并进行转换，获取测点的真实物理变化值，根据变化值可计算得到桥梁空心板2的铰缝相对位移。

工业相机5测量得到的数据通过数据线6传输到数据采集器7，数据采集器7通过微处理器19对图像数据进行处理，再将计算数据通过LoRa无线模块17无线传输到智能网关，智能网关通过4G信号传输到云平台，通过在云平台上调取数据进行分析，可实现远程监控桥梁空心板梁桥铰缝相对位移的功能。

综上，本实用新型利用高帧率高像素的工业相机获取二维码靶标图像数据，实现无接触远距离测量。随着桥梁不同程度的变形，二维码靶标位置发生变化，只要获取二维码靶标特征点在图像中的位置变化，识别其位移量序列并进行转换，获取测点的真实物理位移，具有高测量精度、高采样速率、成本低等特点，适用于空心板梁桥铰缝相对位移测量。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，所述空心板梁桥包括空心板及桥墩，其特征在于，包括二维码标靶、数据采集器、摄像装置及太阳能板，所述二维码标靶固定在桥梁空心板下方，所述数据采集器固定在桥墩的侧面，所述摄像装置固定在数据采集器下方的桥墩上，所述数据采集器与摄像装置电连接，所述太阳能板固定在桥梁空心板上方，太阳能板用于提供数据采集器的电源，摄像装置用于采集二维码靶标位置的图像数据。

2.如权利要求1所述的一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，其特征在于，所述二维码标靶通过靶标底座固定在桥梁空心板下方。

3.如权利要求1所述的一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，其特征在于，所述数据采集器通过折线形的连接角铁固定在桥墩的侧面。

4.如权利要求1所述的一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，其特征在于，所述数据采集器与摄像装置电通过数据线连接。

5.如权利要求1所述的一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，其特征在于，太阳能板通过太阳能电源线与数据采集器连接，太阳能板通过安装架固定在桥梁空心板上方。

6.如权利要求1或4所述的一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，其特征在于，摄像装置包括相机连接杆、相机调节架和工业相机，所述相机连接杆通过膨胀螺栓固定在桥墩侧面，相机调节架固定在相机连接杆前端，工业相机固定在相机调节架上。

7.如权利要求1所述的一种非接触式的空心板梁桥铰缝相对位移测量装置，其特征在于，所述数据采集器包括盒体，及盒体内的可充电电池组、太阳能电池板充电模块、LoRa无线模块、天线和微处理器，天线与LoRa无线模块通过导线连接，天线伸出至盒体外侧，太阳能电池板充电模块通过导线与可充电电池组连接，工业相机与微处理器、LoRa无线模块通过导线连接。