CN213270826U - 一种基于图像识别的自传感智能阻尼器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，涉及工程结构减振及监测技术领域，其包括两分度盘环和多个图像传感装置，活塞杆外壁上周向设有螺旋刻度标识且轴向设有水平刻度标识，并将分度盘环套设于活塞杆外，当活塞杆在其长度方向上伸缩移动时，会使得螺旋刻度标识及水平刻度标识与分度盘环产生交点，然后通过多个图像传感装置对该交点位置变化的图像进行非接触式的实时数字图像的拍摄，且将其传送至远程监控端进行图像处理，进而获得活塞杆的位移信息，并根据图像传感装置的采集频率，实时获得活塞杆的速度；再通过同时监测活塞杆两端的位移并计算位移差来实时获取阻尼器的阻尼力，实现了对工程结构振动状态和阻尼器作用效果的有效监控。

Description

一种基于图像识别的自传感智能阻尼器

技术领域

本申请涉及工程结构减振及监测技术领域，特别涉及一种基于图像识别的自传感智能阻尼器。

背景技术

黏滞阻尼器是一种广泛应用于桥梁工程领域的具有优秀耗能能力的消能装置，具有良好的减震性能，可以为结构提供附加阻尼，从而使传递到桥梁结构上的地震能量大幅衰减，降低地震对结构的影响，提升安全性能。

随着国家智能制造的大力推进，阻尼减震技术向智能化发展的趋势日趋明显。通过智能检测装置对桥梁结构及阻尼器的动态响应进行实时自动化监测，基于监测数据，可以实时监测桥梁结构及阻尼器的工作状态，为桥梁施工及运营管养提供依据，也有利于阻尼器的智能化设计。

但是，目前市场上的粘滞阻尼器尚且存在以下不足：由于阻尼器自身未设置有监测装置，因此，在其工作过程中，是无法实现对工程结构振动的受力及位移状况进行有效的监测，同时阻尼器自身的工作状态也无法得到有效监测，进而不能很好地对工程结构的振动状态及阻尼器的作用效果进行及时有效地监控，其不利于桥梁工程结构的状态评估和安全维护。此外，在阻尼器位移测量中，传统的接触式位移测量技术易对阻尼器的工作性能产生影响，进而使得测量精度难以得到长期的保证。

发明内容

本申请实施例提供一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，以解决相关技术中由于阻尼器自身未设置监测装置而导致无法有效监控工程结构的振动状态和阻尼器的作用效果以及由于采用接触式位移测量而导致测量精度难以得到长期保证的问题。

第一方面，提供了一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，包括活塞杆、端盖和筒体盖板，活塞杆两端的外壁上均周向设有螺旋刻度标识且轴向设有水平刻度标识，智能阻尼器还包括：

两分度盘环，两所述分度盘环分别对应套设于所述活塞杆的两端外，且一所述分度盘环固定于所述端盖上，另一所述分度盘环固定于所述筒体盖板上；

多个图像传感装置，多个所述图像传感装置分别周向固定于所述端盖的外壁上和筒体盖板的外壁上，并位于所述分度盘环的侧方，所述图像传感装置用于实时拍摄螺旋刻度标识、水平刻度标识分别与分度盘环相交时的交点位置变化的图像，并通过有线或无线技术将实时图像传送至远程监控端。

一些实施例中，所述智能阻尼器还包括温度传感器，所述温度传感器固定于所述端盖的外壁上。

所述水平刻度标识包括左刻度标识和右刻度标识，所述左刻度标识位于所述水平刻度标识的水平线的一侧，所述右刻度标识位于所述水平刻度标识的水平线的另一侧。

所述左刻度标识靠近所述分度盘环一侧的刻度线的高度低于远离所述分度盘环一侧的刻度线的高度，所述右刻度标识靠近所述分度盘环一侧的刻度线的高度低于远离所述分度盘环一侧的刻度线的高度。

所述端盖的外壁上周向固定有4个图像传感装置，所述筒体盖板的外壁上周向固定有4个图像传感装置。

螺旋刻度标识和水平刻度标识均刻蚀于所述活塞杆的外壁上。

所述螺旋刻度标识为等距螺旋刻度线。

所述图像传感装置为面阵CCD传感器。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：可实时测量并获得活塞杆的位移、速度和阻尼力，且可长期保证测量的精度，进而有效监控工程结构的振动状态和阻尼器的作用效果。

本申请实施例提供了一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，由于活塞杆外壁上周向设有螺旋刻度标识且轴向设有水平刻度标识，并将分度盘环套设于活塞杆外，当活塞杆在其长度方向上伸缩移动时，会带动螺旋刻度标识及水平刻度标识同步移动，并使得螺旋刻度标识和水平刻度标识分别与分度盘环产生交点，然后通过周向固定于端盖外壁上和筒体盖板外壁上的多个图像传感装置对螺旋刻度标识、水平刻度标识分别与分度盘环相交时的交点位置变化的图像进行非接触式的实时数字图像的拍摄，且将其传送至远程监控端进行图像处理，进而获得活塞杆的位移信息，并根据图像传感装置的采集频率，实时获得活塞杆的速度；另外，由于在活塞杆两端均设有螺旋刻度标识、水平刻度标识、分度盘环和图像传感装置，因此可同时监测活塞杆两端的位移并计算两端位移差，进而实时获取阻尼器的阻尼力，实现对工程结构的振动状态和阻尼器的作用效果的有效监控；此外，非接触式的实时数字图像的光学测量有效保证了测量精度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的图1中的I部分的局部放大的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的图1的A-A截面图；

图4为本申请实施例提供的水平刻度标识的结构示意图。

图中：1-活塞杆，11-螺旋刻度标识，12-水平刻度标识，2-端盖，3-分度盘环，4-图像传感装置，5-支架，51-接线口，6-温度传感器，7-筒体盖板，8-活塞，9-油缸。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其能解决相关技术中由于阻尼器自身未设置监测装置而导致无法有效监控工程结构的振动状态和阻尼器的作用效果以及由于采用接触式位移测量而导致测量精度难以得到长期保证的问题。

参见图1至图4所示，本申请实施例提供的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其包括活塞杆1、端盖2、两分度盘环3、多个图像传感装置4和筒体盖板7，活塞杆1两端的外壁上均周向设有螺旋刻度标识11且轴向设有水平刻度标识12，即水平刻度标识12与活塞杆1轴向平行，优选的，螺旋刻度标识11和水平刻度标识12均通过刻蚀的方式设置在活塞杆1上，且螺旋刻度标识11优选为等距螺旋刻度线；当阻尼器工作时，螺旋刻度标识11和水平刻度标识12随活塞杆1来回伸缩移动，螺旋刻度标识11用于测量活塞杆1的位移变化，水平刻度标识12用于测量活塞杆1的环向偏移量，对活塞杆1位移测量值进行修正。

两分度盘环3分别对应套设于活塞杆1的两端外，且一分度盘环3固定在端盖2上，另一分度盘环3固定在筒体盖板7上，用以结合螺旋刻度标识11对活塞杆1的伸缩位移量进行测量，并结合水平刻度标识12对活塞杆1的环向偏移量进行测量；端盖2的外壁上和筒体盖板7的外壁上均周向固定有多个图像传感装置4，该图像传感装置4位于分度盘环3的侧方，其用于实时拍摄螺旋刻度标识11、水平刻度标识12分别与分度盘环3相交时的交点位置变化的图像，并通过有线或无线技术将实时图像传送至远程监控端。图像传感装置4的个数优选为4个，可全面完整的对拍摄螺旋刻度标识11、水平刻度标识12与分度盘环3相交时的交点位置变化进行实时拍摄，提高测量精度；图像传感装置4优选为面阵CCD传感器，其具有分辨率高、灵敏度高、像素位置准确、可靠性好等诸多优点，有利于提高阻尼器位移、速度、阻尼力监测的可靠性、稳定性及精度。

优选的，智能阻尼器还包括温度传感器6，其固定于端盖2的外壁上，用于获取阻尼器所处环境的温差实时变化，并可根据该温差对阻尼器所受到的阻尼力进行修正，提高了阻尼力的测量精度。

优选的，智能阻尼器还包括多个支架5，端盖2的外壁上和筒体盖板7的外壁上均轴向固定有多个支架5，该支架5用于固定图像传感装置4和温度传感器6，该支架5上设有接线口51，该接线口51用于将图像传感装置4上的导线引至支架5外与电源线、信号处理系统等连接，方便为智能阻尼器供电和信号的传输。

优选的，智能阻尼器还包括光源件，该光源件固定于支架5上，用于为活塞杆1的测量过程补充光源，保证图像传感装置4可清晰地拍摄到螺旋刻度标识11、水平刻度标识12与分度盘环3相交时的交点位置变化的图像，保证测量精度。

优选的，水平刻度标识12包括左刻度标识和右刻度标识，左刻度标识位于水平刻度标识12的水平线的一侧，右刻度标识位于水平刻度标识12的水平线的另一侧；左刻度标识靠近分度盘环3一侧的刻度线的高度低于远离分度盘环3一侧的刻度线的高度，右刻度标识靠近分度盘环3一侧的刻度线的高度低于远离分度盘环3一侧的刻度线的高度。其中，水平刻度标识12的刻度线的具体设置方式为：记初始位置刻度为零，刻度线上下贯穿，左刻度标识位于水平线上方，且刻度线高度随位移量的增大而增加，右刻度标识位于水平线下方，同样的，随位移量的增大，刻度线高度随之增加；通过水平刻度标识12和分度盘环3的交点在刻度线上下方的位置，可以实现对活塞杆1位移方向的判断。

本申请的具体工作原理为：通过螺旋刻度标识11及水平刻度标识12分别与分度盘环3的相交位置的变化实时获得阻尼器活塞杆1的位移信息，利用面阵CCD传感器实时获取高分辨率和高精度的数字图像，并通过图像处理实现自动化提取数字图像中的关键信息，从而实时高精度地获得阻尼器活塞杆1的运动及定位信息，结合采样时间间隔可获得阻尼器活塞杆1的速度，以此为基础获取受力活塞杆1的应变及阻尼器的阻尼力，并通过温度传感器6记录温差变化，加以修正，实现阻尼器工作状态的全面监测。

具体的，等距螺旋刻度线的间隔距离与分度盘环3交点在分度盘环3上的读数随着活塞杆1伸缩位移的改变而发生变化，活塞杆1位移量每达到一个等距螺旋刻度线的距离间隔，等距螺旋刻度线与分度盘环3的交点沿分度盘环3环绕一周，采用面阵CCD传感器对等距螺旋刻度线与分度盘环3交点处的图像进行实时采集，通过图像处理进行读数，可以得出活塞杆1的位移量，且根据图像采集的频率，可以实时获得活塞杆1的速度，然后通过对阻尼器两端活塞杆1的位移差进行监测，并基于胡克定律可以实时得到阻尼器的阻尼力。

其中，活塞杆1的位移信息由两部分组成，且测量精度可通过调整等距螺旋刻度线的距离间隔及分度盘环3的分度进行灵活调整。记等距螺旋刻度线的距离间隔为e，分度盘环3的分度设置为n，则分度盘环3每格对应精度为e/n。测量时水平刻度标识12与分度盘环3的交点在水平刻度标识12的读数记为a，等距螺旋刻度线与分度盘环3的交点的读数记为θ₁，水平刻度标识12与分度盘环3的交点在分度盘环3上的读数记为θ₂，则活塞杆1的位移绝对量为：

通过对阻尼器活塞杆1的位移量进行测量，结合面阵CCD传感器的采集频率，可以得出阻尼器活塞杆1的速度，记面阵CCD传感器的采集周期为T，记上一采样点的位置读数为S_T-1，当前位置的读数为S_T，则活塞杆1一个采样周期内的位移量的测量值为：

ΔS＝S_T-S_T-1

阻尼器活塞杆1的速度为：

v＝ΔS/T

定义阻尼器处于安装前不受力时的状态为初始位置，通过在阻尼器油缸9两侧布置上述测量装置，可以实时获取油缸9两侧的活塞杆1的位移量，记左侧相对于初始位置的总位移量为μ₁(向右为正)，右侧总位移量为μ₂，受力前从被测点到活塞8总长为l，通过温度传感器6可获取阻尼器环境温差的实时变化，记相对初始时刻的温度变化Δt，则阻尼器受力活塞杆1的应变为：

式中α为温度修正系数。

记活塞杆1的弹性模量为E，活塞杆1的截面面积为A，则活塞杆1的阻尼力为：

F＝EAε

因此，通过对阻尼器两端活塞杆1的位移差进行监测，并基于胡克定律即可实时得到阻尼器的阻尼力。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，包括活塞杆(1)、端盖(2)和筒体盖板(7)，其特征在于：所述活塞杆(1)两端的外壁上均周向设有螺旋刻度标识(11)且轴向设有水平刻度标识(12)，所述智能阻尼器还包括：

两分度盘环(3)，两所述分度盘环(3)分别对应套设于所述活塞杆(1)的两端外，且一所述分度盘环(3)固定于所述端盖(2)上，另一所述分度盘环(3)固定于所述筒体盖板(7)上；

多个图像传感装置(4)，多个所述图像传感装置(4)分别周向固定于所述端盖(2)的外壁上和筒体盖板(7)的外壁上，并位于所述分度盘环(3)的侧方，所述图像传感装置(4)用于实时拍摄螺旋刻度标识(11)、水平刻度标识(12)分别与分度盘环(3)相交时的交点位置变化的图像，并通过有线或无线技术将实时图像传送至远程监控端。

2.如权利要求1所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述智能阻尼器还包括温度传感器(6)，所述温度传感器(6)固定于所述端盖(2)的外壁上。

3.如权利要求2所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述智能阻尼器还包括多个支架(5)，多个所述图像传感装置(4)分别通过各所述支架(5)固定于所述端盖(2)的外壁上或所述筒体盖板(7)的外壁上，所述温度传感器(6)通过所述支架(5)固定于所述端盖(2)的外壁上。

4.如权利要求3所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述智能阻尼器还包括光源件，所述光源件固定于所述支架(5)上。

5.如权利要求1所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述水平刻度标识(12)包括左刻度标识和右刻度标识，所述左刻度标识位于所述水平刻度标识(12)的水平线的一侧，所述右刻度标识位于所述水平刻度标识(12)的水平线的另一侧。

6.如权利要求5所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述左刻度标识靠近所述分度盘环(3)一侧的刻度线的高度低于远离所述分度盘环(3)一侧的刻度线的高度，所述右刻度标识靠近所述分度盘环(3)一侧的刻度线的高度低于远离所述分度盘环(3)一侧的刻度线的高度。

7.如权利要求1所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述端盖(2)的外壁上周向固定有4个图像传感装置(4)，所述筒体盖板(7)的外壁上周向固定有4个图像传感装置(4)。

8.如权利要求1所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：螺旋刻度标识(11)和水平刻度标识(12)均刻蚀于所述活塞杆(1)的外壁上。

9.如权利要求1所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述螺旋刻度标识(11)为等距螺旋刻度线。

10.如权利要求1所述的一种基于图像识别的自传感智能阻尼器，其特征在于：所述图像传感装置(4)为面阵CCD传感器。

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