CN215492331U - 主动激振式桥梁缆索检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动激振式桥梁缆索检测装置。其中，主动激振式桥梁缆索检测装置为便携式可移动的桥梁缆索检测装置，包括夹具、加速度传感器、作动器和反力组件，夹具用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索固定；加速度传感器安装在夹具上，用于采集待检测桥梁缆索振动时的加速度时程，以便由加速度时程提取待检测桥梁缆索自振频率和阻尼信息；作动器的一端与夹具相连，用于主动激发待检测桥梁缆索振动；反力组件与作动器的另一端相连，用于给作动器提供反力。本实用新型可以便捷、高效、准确地检测桥梁缆索的自振频率和阻尼，确保桥梁缆索及缆索附加的阻尼器处于安全状态。

Description

主动激振式桥梁缆索检测装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁健康监测技术领域，尤其是涉及一种主动激振式桥梁缆索检测装置。

背景技术

近年来，我国基础设施快速发展，各地兴建了大量桥梁。桥梁损毁一般伴随着重大生命财产损失，故在桥梁使用期间，对其进行定期维护和健康检测至关重要。对于悬索桥、斜拉桥而言，桥梁上使用的缆索是主要受力构件，缆索安全才能保证桥梁安全。与此同时，桥梁缆索一般通过附加阻尼器的方式来减小缆索风振的影响，缆索附加阻尼器失效将给桥梁带来重大的安全隐患。

目前针对桥梁缆索自振频率和阻尼的检测一般通过被动方式进行，即通过风荷载、车辆荷载等自然激励激发缆索振动，根据振动情况识别缆索自振频率和阻尼。然而，被动式检测由于激励荷载的随机性和不确定性，一般得到的缆索振动频谱复杂、幅值较小，而且检测结果具有不可重复性，故得到的检测结果准确度不高，所需检测时间长。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种主动激振式桥梁缆索检测装置，可以便捷、高效、准确地检测桥梁缆索的自振频率和阻尼，确保桥梁缆索及缆索附加的阻尼器处于安全状态。

根据本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置，所述主动激振式桥梁缆索检测装置为便携式可移动的桥梁缆索检测装置，所述主动激振式桥梁缆索检测装置包括：

夹具，所述夹具用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索固定；

加速度传感器，所述加速度传感器安装在所述夹具上，用于采集所述待检测桥梁缆索振动时的加速度时程，以便由所述加速度时程提取所述待检测桥梁缆索自振频率和阻尼信息；

作动器，所述作动器的一端与所述夹具相连，用于主动激发所述待检测桥梁缆索振动；

反力组件，所述反力组件与所述作动器的另一端相连，用于给所述作动器提供反力。

根据本实用新型一方面实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置，一方面，通过夹具使作动器和桥梁缆索相连，作动器主动激振待检测桥梁缆索振动，反力组件为作动器提供反力，桥梁缆索所受激励荷载明确，获得的桥梁缆索振动频谱清晰、幅值可控、可重复进行，桥梁缆索检测过程速度快、准确度高，实现了高效快速检测桥梁缆索的自振频率和阻尼，确保桥梁缆索及桥梁缆索附加的阻尼器处于安全状态；另一方面，夹具用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索固定，整个检测装置可移动，从而使本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置可重复对不同的桥梁缆索进行检测，利用效率高，检测应用范围广，有利于提升桥梁缆索安全检测的工作效率。

根据本实用新型的一个实施例，所述反力组件为反力支座，所述反力支座与所述作动器的另一端相连；当所述主动激振式桥梁缆索检测装置工作时，所述反力支座用于可拆卸地接地。

根据本实用新型进一步的实施例，所述反力支座与所述作动器之间以及所述作动器与所述夹具之间均采用球铰。

根据本实用新型的一个实施例，所述反力组件为质量弹簧体系，所述质量弹簧体系包括质量块和弹簧，所述质量块与所述作动器的另一端相连，所述弹簧的两端分别与所述质量块和所述夹具对应相连；当所述主动激振式桥梁缆索检测装置工作时，所述质量块处于悬空状态。

根据本实用新型进一步的实施例，所述弹簧刚度可调。

根据本实用新型进一步的实施例，所述质量块的质量在满足所述作动器的出力限值的情况下选择最大值。

根据本实用新型的一个实施例，所述作动器附带有驱动控制系统。

根据本实用新型进一步的实施例，所述作动器为伺服电机作动器、直线电机作动器或电液伺服作动器。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型一个实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置的结构示意图。

图2为本实用新型另一个实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置的结构示意图。

附图标记：

主动激振式桥梁缆索检测装置1000

夹具1 加速度传感器2 作动器3 反力组件4

反力支座401 球铰402 质量弹簧体系402 质量块4021 弹簧4022

桥梁缆索10

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合图1至图2来描述本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000。

如图1至图2所示，本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000，为便携式可移动的桥梁缆索检测装置，可以理解的是，通过采用便携式可移动的设计，使本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000可重复使用，以便对不同的待检测桥梁缆索10进行检测，利用效率高，检测应用范围广，有利于提升桥梁缆索安全检测的工作效率。

根据本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000包括夹具1、加速度传感器2、作动器3和反力组件4。其中，夹具1用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索10固定；加速度传感器2安装在夹具1上，用于采集待检测桥梁缆索10振动时的加速度时程，以便由加速度时程提取待检测桥梁缆索10的自振频率和阻尼信息；作动器3的一端与夹具1相连，用于主动激发待检测桥梁缆索10振动；反力组件4与作动器3的另一端相连，用于给作动器3提供反力。

具体地，夹具1用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索10固定。可以理解的是，当夹具1固定在待检测桥梁缆索10上时，此时作动器3和待检测桥梁缆索10建立可靠连接，夹具1可以将作动器3的振动传递给待检测桥梁缆索10，从而带动待检测桥梁缆索10进行振动，传力过程可靠可控，便于检测的进行；当夹具1从待检测桥梁缆索10上拆卸后，本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000可以被携带，从而可以对不同的待检测桥梁缆索10进行检测，利用效率高，有利于提升桥梁缆索安全检测的工作效率；夹具1可以应用在各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索10上，检测应用范围广，适用性强。

加速度传感器2安装在夹具1上，用于采集待检测桥梁缆索10振动时的加速度时程，以便由加速度时程提取待检测桥梁缆索10自振频率和阻尼信息。可以理解的是，加速度传感器2安装在夹具1上，这样，加速度传感器2就可以方便地采集到夹具1振动时的加速度时程，由于夹具1是固定在待检测桥梁缆索10上的，当作动器3主动出力激发待检测桥梁缆索10振动时，夹具1和待检测桥梁缆索10上固定夹具1的位置会发生同频振动，从而加速度传感器2可以准确采集到待检测桥梁缆索10振动时的加速度时程，以便在后续分析过程中由加速度时程提取待检测桥梁缆索10自振频率和阻尼信息，由此可以更加准确高效地判断待检测桥梁缆索10及待检测桥梁缆索附加阻尼器状态。

作动器3的一端与夹具1相连，用于主动激发待检测桥梁缆索10振动。可以理解的是，作动器3与夹具1相连，作动器3出力通过夹具1带动待检测桥梁缆索10发生振动。需要说明的是，目前针对待检测桥梁缆索10自振频率和桥梁附加阻尼器的检测一般通过被动方式进行，即通过风荷载、车辆荷载等自然激励激发待检测桥梁缆索10振动，根据待检测桥梁缆索10的振动情况识别待检测桥梁缆索10自振频率和阻尼。然而，在被动方式检测过程中，由于激励荷载的随机性和不确定性，一般得到的待检测桥梁缆索10振动频谱复杂、幅值较小，而且检测结果具有不可重复性，故得到的检测结果准确度不高，所需检测时间长。本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000通过作动器3主动激振待检测桥梁缆索10振动，待检测桥梁缆索10所受激励荷载明确，获得的待检测桥梁缆索10振动频谱清晰、幅值可控、可重复进行，待检测桥梁缆索10检测过程速度快、准确度高，实现高效快速检测待检测桥梁缆索10的自振频率和阻尼，确保待检测桥梁缆索10及待检测桥梁缆索附加阻尼器处于安全状态。

反力组件4与作动器3的另一端相连，用于给作动器3提供反力。可以理解的是，在作动器3出力激振待检测桥梁缆索10振动时，待检测桥梁缆索10会对作动器3产生一个反作用力，因此设置反力组件4的目的是为了抵消待检测桥梁缆索10对作动器3的反作用力，使作动器3可以正常激振待检测桥梁缆索10振动，同时反力组件4可以为接地式并且与地可拆卸，这样应用于各种各样的地面环境，有利于主动激振式桥梁缆索检测装置1000携带方便；或者反力组件4可以为悬空式，也有利于主动激振式桥梁缆索检测装置1000携带方便。

本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000对待检测桥梁缆索10进行检测时，首先将夹具1固定在待检测桥梁缆索10上；然后令作动器3对待检测桥梁缆索10施加扫频激励，即采用连续逐渐增大或连续逐渐减小的频率对待检测桥梁缆索10进行激励，监测待检测桥梁缆索10在不同频率激励下的振动情况，以确定待检测桥梁缆索10自振频率，若待检测桥梁缆索10自振频率已知的情况下，可以省略此步骤；最后令作动器3以待检测桥梁缆索10自振频率激振，从而可以使作动器3和待检测桥梁缆索10相互发生共振以获得待检测桥梁缆索10的最大振幅，待检测桥梁缆索10激发出大幅值振动后，令作动器3不再出力，待检测桥梁缆索10振动自由衰减时可以确定待检测桥梁缆索10阻尼大小，对处于最大幅值振动下的待检测桥梁缆索10进行检测，可以检测出待检测桥梁缆索10和待检测桥梁缆索附加阻尼器在极限情况下的状态，获得的检测结果更加可靠，更具有安全意义。

根据本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000，一方面，通过夹具1使作动器3和待检测桥梁缆索10相连，作动器3主动激振待检测桥梁缆索10振动，反力组件4为作动器3提供反力，使待检测桥梁缆索10所受激励荷载明确，获得的待检测桥梁缆索10振动频谱清晰、幅值可控、可重复进行，待检测桥梁缆索10检测过程速度快、准确度高，实现了高效快速检测待检测桥梁缆索10的自振频率和阻尼，确保待检测桥梁缆索10及待检测桥梁缆索10附加的阻尼器处于安全状态；另一方面，夹具1用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索10固定，整个检测装置可移动，从而使本实用新型实施例的主动激振式桥梁缆索检测装置1000可重复对不同的待检测桥梁缆索10进行检测，利用效率高，检测应用范围广，有利于提升待检测桥梁缆索10安全检测的工作效率。

根据本实用新型的一个实施例，如图1所示，反力组件4为反力支座401，反力支座401与作动器3的另一端相连；当主动激振式桥梁缆索检测装置1000工作时，反力支座401用于可拆卸地接地，即在本实施例中主动激振式桥梁缆索检测装置1000为接地式。需要说明的是，反力支座401用于抵消待检测桥梁缆索10对作动器3产生的反作用力，使作动器3可以正常激振待检测桥梁缆索10发生振动。主动激振式桥梁缆索检测装置1000工作时，当地面摩擦系数较大，此时反力支座401可以利用自身的摩擦力保持固定不动；当地面摩擦力较小时，反力支座401需要进行额外的固定操作，使反力支座401固定不动，从而达到很好地抵消反作用力的目的，同时反力支座401兼具便于携带和适应性强等特点，可以适应各类桥面、地面情况。

根据本实用新型进一步的实施例，如图1所示，反力支座401与作动器3之间以及作动器3与夹具1之间均采用球铰402。可以理解的是，采用球铰402的连接方式使作动器3的出力方向可以根据需要及时调整，使主动激振式桥梁缆索检测装置1000可以适用于不同的使用情况。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，反力组件4为质量弹簧体系402，质量弹簧体系402包括质量块4021和弹簧4022，质量块4021与作动器3的另一端相连，弹簧4022的两端分别与质量块4021和夹具1对应相连；当主动激振式桥梁缆索检测装置1000工作时，质量块4021处于悬空状态，即在本实施例中主动激振式桥梁缆索检测装置1000为悬空式。质量弹簧体系402在工作时，作动器3正向出力，弹簧4022会被对应地伸长或压缩，作动器3的作用力与弹簧4022上的弹力反向，待到弹簧4022无法进一步伸长或压缩时，作动器3进入反向出力的周期，弹簧4022上的弹力与作动器3反向出力方向同向，会拉着待检测桥梁缆索10和质量块4021向相反的方向运动，两者运动时会越过原始位置反向压缩或拉伸弹簧4022并减速，在待检测桥梁缆索10和质量块4021相对运动的速度降为0后，作动器3再进入下一次正向出力的周期并激发桥梁缆索10更大幅度的振动。由此，质量弹簧体系402起到提供反力和辅助激振的目的，同时这种悬空式的主动激振式桥梁缆索检测装置1000兼具便于携带和适应性强等特点。

根据本实用新型进一步的实施例，弹簧4022刚度可调。可以理解的是，因为各类粗细不同待检测桥梁缆索10的自振频率是不同的，进行激振时，为了获得更好的激振效果，即为了使质量弹簧体系402的振动频率和待检测桥梁缆索10的振动频率更易接近，因此需要更换更加合适的弹簧4022，例如自振频率较大的待检测桥梁缆索10需要使用刚度更高的弹簧4022。

根据本实用新型进一步的实施例，质量块4021的质量在满足作动器3的出力限值的情况下选择最大值，也就是说，在满足作动器3出力限值的情况下，质量块4021的质量应尽可能大。这是因为，为了获取更好的激振效果，质量弹簧体系402的振动频率和待检测桥梁缆索10的振动频率应接近。在自振频率一致的情况下，质量块质量4021的质量越小，弹簧4022的刚度越小，导致弹簧4022产生的弹力有限，激振过程中激振效率低。

根据本实用新型的一个实施例，作动器3附带有驱动控制系统。需要说明的是，驱动控制系统用于控制作动器3出力的开始与结束、出力的幅度和出力的频率等参数，从而使作动器3可以以特定的频率出力激振待检测桥梁缆索10振动，有利于获得清晰待检测桥梁缆索10振动频谱和可控的幅值，使检测可重复进行。

根据本实用新型进一步的实施例，作动器3为伺服电机作动器、直线电机作动器或电液伺服作动器。在实际生产过程中，可以根据需要选择合适的作动器3。

下面用具体的例子来详细描述本实用新型的主动激振式桥梁缆索检测装置1000。

例子一：

在该例子一中，主动激振式桥梁缆索检测装置1000为便携式可移动的桥梁缆索检测装置，包括夹具1、加速度传感器2、作动器3和反力组件4，夹具1用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索10固定；加速度传感器2安装在夹具1上，用于采集待检测桥梁缆索10振动时的加速度时程，以便由加速度时程提取待检测桥梁缆索10自振频率和阻尼信息；作动器3的一端与夹具1相连，用于主动激发待检测桥梁缆索10振动，作动器3附带有驱动控制系统；反力组件4用于给作动器3提供反力，反力组件4为反力支座401，反力支座401与作动器3的另一端相连，反力支座401与作动器3之间以及作动器3与夹具1之间均采用球铰402，反力支座401用于可拆卸地接地。

该例子一的主动激振式桥梁缆索检测装置1000的检测方法包括如下步骤：

使用时，将反力支座401置于桥面或者路面上，夹具1夹住待检测桥梁缆索10，通过作动器3的驱动控制系统驱动作动器3出力激发待检测桥梁缆索10振动，并施加扫频激励，监测待检测桥梁缆索10在不同频率激励下的振动情况，由此可以确定待检测桥梁缆索10自振频率，令作动器3以待检测桥梁缆索10自振频率激振，激发待检测桥梁缆索10较大幅值振动后令作动器3不再出力，利用加速度传感器2采集待检测桥梁缆索10振动情况，待检测桥梁缆索10振动自由衰减时可以确定待检测桥梁缆索10阻尼大小。

例子二：

在该例子二中，主动激振式桥梁缆索检测装置1000为便携式可移动的桥梁缆索检测装置，包括夹具1、加速度传感器2、作动器3和反力组件4，夹具1用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索10固定；加速度传感器2安装在夹具1上，用于采集待检测桥梁缆索10振动时的加速度时程，以便由加速度时程提取待检测桥梁缆索10自振频率和阻尼信息；作动器3的一端与夹具1相连，用于主动激发待检测桥梁缆索10振动，作动器3附带有驱动控制系统；反力组件4为质量弹簧体系402，用于给作动器3提供反力，质量弹簧体系402包括质量块4021和弹簧4022，质量块4021与作动器3的另一端相连，弹簧4022的两端分别与质量块4021和夹具1对应相连，质量块4021质量可调，弹簧4022刚度可调，当主动激振式桥梁缆索检测装置1000工作时，质量块4021处于悬空状态。

该例子二的主动激振式桥梁缆索检测装置1000的检测方法包括如下步骤：

首先，视待检测桥梁缆索10情况选取适当质量的质量块4021和合适刚度的弹簧4022；夹具1夹住待检测桥梁缆索10，使主动激振式桥梁缆索检测装置1000悬吊在待检测桥梁缆索10上，通过作动器3的驱动控制系统驱动作动器3出力激发待检测桥梁缆索10振动，令作动器3施加扫频激励，监测待检测桥梁缆索10在不同频率激励下的振动情况，由此可以确定待检测桥梁缆索10自振频率；根据桥梁缆索10的自振频率，视情况更换弹簧4022，以使质量弹簧体系402的振动频率和待检测桥梁缆索10的振动频率更易接近。令作动器3以待检测桥梁缆索10自振频率激振，激发待检测桥梁缆索10产生较大幅值振动后令作动器3不再出力，利用加速度传感器2采集待检测桥梁缆索10振动情况，根据待检测桥梁缆索10振动自由衰减时的情况可以确定待检测桥梁缆索10阻尼大小。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述主动激振式桥梁缆索检测装置为便携式可移动的桥梁缆索检测装置，包括：

夹具，所述夹具用于可拆卸地与各类粗细及表面情况不同的待检测桥梁缆索固定；

加速度传感器，所述加速度传感器安装在所述夹具上，用于采集所述待检测桥梁缆索振动时的加速度时程，以便由所述加速度时程提取所述待检测桥梁缆索自振频率和阻尼信息；

作动器，所述作动器的一端与所述夹具相连，用于主动激发所述待检测桥梁缆索振动；

反力组件，所述反力组件与所述作动器的另一端相连，用于给所述作动器提供反力。

2.根据权利要求1所述的主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述反力组件为反力支座，所述反力支座与所述作动器的另一端相连；当所述主动激振式桥梁缆索检测装置工作时，所述反力支座用于可拆卸地接地。

3.根据权利要求2所述的主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述反力支座与所述作动器之间以及所述作动器与所述夹具之间均采用球铰。

4.根据权利要求1所述的主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述反力组件为质量弹簧体系，所述质量弹簧体系包括质量块和弹簧，所述质量块与所述作动器的另一端相连，所述弹簧的两端分别与所述质量块和所述夹具对应相连；当所述主动激振式桥梁缆索检测装置工作时，所述质量块处于悬空状态。

5.根据权利要求4所述的主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述弹簧刚度可调。

6.根据权利要求4所述的主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述质量块的质量在满足所述作动器的出力限值的情况下选择最大值。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述作动器附带有驱动控制系统。

8.根据权利要求7所述的主动激振式桥梁缆索检测装置，其特征在于，所述作动器为伺服电机作动器、直线电机作动器或电液伺服作动器。

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