CN216309300U - 一种非接触式高精度激光钢索力监测系统 - Google Patents

Abstract

一种非接触式高精度激光钢索力监测系统，包括激光发射及采集装置、安装板、安装架、安装滑轨、第一多功能安装夹具、标靶和第二多功能安装夹具。第一和第二多功能安装夹具分别安装在待测钢索的相对两端，激光发射及采集装置和标靶分别安装在第一和第二多功能安装夹具上并且正好相对。安装架与安装滑轨可相对滑动地紧密贴合，借此可以调整激光发射及采集装置至所需监测位置。该系统利用激光发射原理，通过激光发射装置测试与标靶的相对距离，从而得到钢索测试位置的形变，通过已知钢索的弹性模量来确定钢索的受力变化情况。该系统可适应不同直径钢索监测需求，钢索力测读精度高、量程大，尺寸较小重量轻，可以进行实时监测和长久监测。

Description

一种非接触式高精度激光钢索力监测系统

技术领域

本实用新型涉及土木工程中的结构监测技术领域，尤其是涉及钢索力监测技术领域，具体是一种非接触式高精度激光钢索力监测系统。

背景技术

现有技术中，钢索力监测系统和装置的研发主要集中于航空领域和桥梁领域。

在航空领域，主要是利用数显式张力计测量航空钢索力值，数显式张力计的一端固定在钢索上，另一端手持，而且需要保持仪器的竖直状态。这种采用人工测量的方法，受到人为影响因素较大，而且测量精度不高。

近年来，航空领域研究出一种钢束计，该仪器可以检测钢索力值，其优点在于改变以往人工监测的特点，可以更高效地监测钢束力，其缺点在于量程较小，适用于钢束力不大的结构，而且不同直径的钢束需要更换不同型号的钢束计。

在桥梁领域，斜拉索桥的钢索力检测主要采用人工检测方法，将卷扬小车搭载人工从拉索底部到拉索顶端对拉索进行检测，人工检测方法效率和覆盖性都受到了极大的限制，并且无法实时监测众多点位。

近年来，研究出一种用于斜拉索桥的钢索电磁检测装置，该装置的优势在于能够克服以往人工检测的缺陷，不仅精度提升而且不再依赖于人力，其缺点在于当突然断电时，电磁制动电机停止工作后将不再转动，无回收路径，而且整机质量较大，对钢束结构本身造成了隐患，此外该方法无法对关键部位进行长久实时监测。

我们知道，在不同领域中，随着钢索或钢束的应用场景不同，所监测的钢索或钢束的直径范围较广，所需量程变化很大，而且所要求的钢索力监测精度也各不相同。

本文所称“钢索”可以是钢束或者钢绞线等。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷和不足，更好地适应不同领域的钢索力监测对不同钢索直径、监测精度的需求，本实用新型提供一种非接触式高精度激光钢索力监测系统。

本实用新型解决上述技术问题的具体技术方案如下：

一种非接触式高精度激光钢索力监测系统，包括激光发射及采集装置、激光发射及采集装置的安装结构、第一多功能安装夹具、标靶和第二多功能安装夹具；其中，第一多功能安装夹具和第二多功能安装夹具分别安装在待监测的钢索的相对两端；激光发射及采集装置通过其安装结构安装在第一多功能安装夹具上，标靶连接安装在第二多功能安装夹具上，并且激光发射及采集装置与标靶正好相对。

进一步地，所述安装结构包括安装板、第一十字安装块、安装架、安装滑轨和第二十字安装块；所述激光发射及采集装置通过所述安装板连接到所述第一十字安装块上，所述第一十字安装块再连接在所述安装架上，所述安装架与所述安装滑轨可相对滑动地紧密贴合，所述安装滑轨通过所述第二十字安装块安装在所述第一多功能安装夹具上。

进一步地，所述第一多功能安装夹具与第二多功能安装夹具之间固设有至少两根限位尺。

进一步地，所述第一多功能安装夹具和第二多功能安装夹具上均设有用于穿设限位尺的限位孔。

进一步地，所述安装结构还包括用于对安装架与安装滑轨的位置进行调节和锁定的第一限位螺杆和第二限位螺杆。

进一步地，所述第一和第二多功能安装夹具均包括可相互分离的上夹持部和下夹持部，两者上下对称且中心位置分别开设有相对的倒V型槽和V型槽，V型槽与倒V型槽围成夹持钢索的夹持空间。

进一步地，V型槽的两个倾斜面上和倒V型槽的两个倾斜面上分别设有摩擦垫。

进一步地，所述上夹持部与下夹持部通过螺栓连接。

进一步地，所述下夹持部的底面为阶梯型结构，所述上夹持部的顶面为阶梯型结构。

本实用新型的有益技术效果：

1.本实用新型利用激光发射原理，通过激光发射及采集装置与标靶的相对距离，从而得到钢索测试位置的形变，通过已知钢索的弹性模量来确定钢索的受力变化情况；

2.本实用新型尺寸较小，重量轻，不会对钢索本身造成负担，所占空间较小，且无需架设其他仪器，可以适合较多复杂位置的监测；

3.本实用新型通过限位尺可以有效阻止仪器随钢索等材料受力变形造成测量装置发生平面外扭转；

4.本实用新型测读精度较高、量程大、自动化程度高，大大减少了现场人工成本，可以进行实时监测、长久监测，而且不受风雨雪等自然因素或振动因素的干扰。

附图说明

图1为本实用新型非接触式高精度激光钢索力监测系统的透视图；

图2为本实用新型的激光发射及采集装置与其安装结构的分解示意图；

图3a、图3b和图3c分别为本实用新型非接触式高精度激光钢索力监测系统的俯视图、主视图和侧视图；

图4a和图4b分别为本实用新型的多功能安装夹具的透视图和主视图。

图中：1-激光发射及采集装置，2-安装板，3-安装架，4-安装滑轨，5-第一多功能安装夹具，6-标靶，7-限位尺，8-第二多功能安装夹具，9-钢索，10-螺栓，11-限位孔，12-第一限位螺杆，13-第二限位螺杆，14-第一十字安装块，15-第二十字安装块，16-上夹持部，17-下夹持部，18-V型槽，19-倒V型槽，20-摩擦垫，21-安装螺孔。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细的描述。

首先说明的是，本申请所称的钢索在实际工程中可以为钢束或者钢绞线等；本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”是用于区别类似的对象和结构，而不是用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解为这样的术语在适当情况下可以互换。

如图1、2、3a、3b、3c所示，本实用新型的非接触式高精度激光钢索力监测系统包括激光发射及采集装置1、安装板2、安装架3、安装滑轨4、第一多功能安装夹具5、标靶6、限位尺7、第二多功能安装夹具8。其中，第一多功能安装夹具5和第二多功能安装夹具8分别安装在一根待监测的钢索9的相对两端。激光发射及采集装置1通过其安装结构安装在第一多功能安装夹具5上，标靶6通过螺栓(或类似连接件，下同)安装在第二多功能安装夹具8上。第一多功能安装夹具5和第二多功能安装夹具8上均设有用于穿设限位尺7的限位孔11。优选地，本实用新型的激光钢索力监测系统设有两根限位尺7，相应地，第一多功能安装夹具5和第二多功能安装夹具8上均设有两个限位孔11，两根限位尺7穿设在第一多功能安装夹具5和第二多功能安装夹具8上的限位孔11之间。

激光发射及采集装置1通过螺栓10固定在安装板2上。可选地，安装板2的中间设有开口，其仅用于减少自重，并不限制其形状。

图2为激光发射及采集装置与其安装结构的分解示意图。如图2所示，激光发射及采集装置1的安装结构包括安装板2、第一十字安装块14、第二十字安装块15、安装架3和安装滑轨4。其中，激光发射及采集装置1通过安装板2的底部连接到第一十字安装块14上，第一十字安装块14再通过螺栓安装在安装架3上。安装架3与安装滑轨4可相对滑动地紧密贴合，安装滑轨4通过第二十字安装块15安装在第一多功能安装夹具5上。由于安装架3与安装滑轨4可滑动贴合，在不限位时安装架3可在安装滑轨4上自由滑动，以此用于调整激光发射及采集装置1在钢索9轴线方向上的位移。

如图1-2所示，安装架3与安装滑轨4的限位是通过第一限位螺杆12和第二限位螺杆13实现的。具体地，拧紧第一限位螺杆12就将安装架3与安装滑轨4相对锁定，拧紧第二限位螺杆13就将安装滑轨4在其纵向上锁定，进而通过第二十字安装块15将第一多功能安装夹具5锁定。

如图1所示，标靶6通过第二多功能安装夹具8安装在钢索9的另一端，并使标靶6与安装在第一多功能安装夹具5上的激光发射及采集装置1正好相对且配套使用。

本实用新型的第一和第二多功能安装夹具结构相同，如图4a和图4b所示，均包括上夹持部16和设置在上夹持部16下方的下夹持部17。上夹持部16与下夹持部17为上下对称结构，分别一体成型，两者配对使用，上夹持部16和下夹持部17的两侧通过螺栓连接，方便拆装。下夹持部17的底面为阶梯型结构，顶面为平面，顶面上沿中心位置开设V型槽18。上夹持部16的顶面为阶梯型结构，底面为平面，底面上沿中心位置开设倒V型槽19。V型槽18与倒V型槽19的大小相同，位置相对应。V型槽18的两个倾斜面与倒V型槽19的两个倾斜面围成夹持钢索9的夹持空间。

上夹持部16与下夹持部17两端的下台阶面上分别设有螺孔，用于穿设螺栓以将上夹持部16与下夹持部17连接固定。通过拧紧螺栓，从而使多功能安装夹具与钢索紧密结合，牢固地夹持钢索。

由于上夹持部16与下夹持部17可以分离，通过调整上夹持部16与下夹持部17之间的相对距离，就能够改变该夹持空间的大小，从而满足对不同直径钢索的安装需求。

另外，在V型槽18的两个倾斜面上和倒V型槽19的两个倾斜面上还可以分别设有摩擦垫20。这样，受摩擦垫增强的摩擦力影响，夹具与钢索之间在外力作用下也不会产生相对位移，从而确保钢索应变监测数据的准确性。

上夹持部1的顶面设有至少两个安装螺孔21，用于安装第二十字安装块15或标靶6。上文所述限位孔11均设置在上夹持部16的侧面，用于通过限位尺7将相邻的钢索安装夹具连接，防止钢索安装夹具因钢索受力而发生平面外扭转。

下面将描述本实用新型利用上述非接触式高精度激光钢索力监测系统进行钢索力监测的方法，该方法包括以下步骤：

(1)首先，确认好钢索9的监测位置，将组装好的第一多功能安装夹具5安装于钢索9的一端，并通过安装架3与安装滑轨4将激光发射及采集装置1安装在第一多功能安装夹具5上；

(2)然后，将组装好的第二多功能安装夹具8安装于钢索9的另一端，并通过螺栓将标靶6安装在第二多功能安装夹具8上；

(3)接着，当调整所需监测位置时，通过2个限位尺7将激光发射及采集装置1与标靶6相连，其目的在于防止两个装置因钢索9受力变形时发生平面外扭转；此时，打开激光发射及采集装置1的开关，通过调节安装滑轨4以观察激光发射及采集装置1是否在标靶6接近中心位置，保证激光发射及采集装置1射出的激光在标靶6上，满足要求后再通过第一限位螺杆12将安装架3与安装滑轨4固定，通过第二限位螺杆13将安装滑轨4与第二十字安装块15固定，至此系统安装调节完毕；

(4)最后，通过监测得到激光发射及采集装置1与标靶6之间的相对距离，从而得到钢索9测试位置的形变，通过已知钢索的弹性模量来确定钢索的受力变化情况。

综上所述，本实用新型的非接触式高精度激光钢索力监测系统，既适应了对不同直径钢索的监测需求，又提高了钢索力监测的精度，弥补了钢索自动化监测的空白，具有广泛的市场和应用前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳具体实施方式，但是本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域技术人员根据本实用新型所揭露的技术方案及其实用新型构思，进行等同替换或改变，所获得的技术方案均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：包括激光发射及采集装置(1)、该激光发射及采集装置(1)的安装结构、第一多功能安装夹具(5)、标靶(6)和第二多功能安装夹具(8)；其中，所述第一多功能安装夹具(5)和所述第二多功能安装夹具(8)分别安装在待监测钢索(9)的相对两端，所述激光发射及采集装置(1)通过其安装结构安装在所述第一多功能安装夹具(5)上，所述标靶(6)连接安装在所述第二多功能安装夹具(8)上，并且所述激光发射及采集装置(1)与所述标靶(6)正好相对。

2.根据权利要求1所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述安装结构包括安装板(2)、第一十字安装块(14)、安装架(3)、安装滑轨(4)和第二十字安装块(15)；所述激光发射及采集装置(1)通过所述安装板(2)连接到所述第一十字安装块(14)上，所述第一十字安装块(14)再连接在所述安装架(3)上，所述安装架(3)与所述安装滑轨(4)可相对滑动地紧密贴合，所述安装滑轨(4)通过所述第二十字安装块(15)安装在所述第一多功能安装夹具(5)上。

3.根据权利要求2所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述第一多功能安装夹具(5)与所述第二多功能安装夹具(8)之间固设有至少两根限位尺(7)。

4.根据权利要求3所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述第一多功能安装夹具(5)和所述第二多功能安装夹具(8)上均设有用于穿设所述限位尺(7)的限位孔(11)。

5.根据权利要求2-4任一项所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述安装结构还包括用于对所述安装架(3)与所述安装滑轨(4)的位置进行调节和锁定的第一限位螺杆(12)和第二限位螺杆(13)。

6.根据权利要求5所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述第一多功能安装夹具(5)和所述第二多功能安装夹具(8)均包括可相互分离的上夹持部(16)和下夹持部(17)，两者上下对称且中心位置分别开设有相对的倒V型槽(19)和V型槽(18)，该倒V型槽(19)与V型槽(18)围成夹持钢索(9)的夹持空间。

7.根据权利要求6所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述V型槽(18)的两个倾斜面上和所述倒V型槽(19)的两个倾斜面上分别设有摩擦垫(20)。

8.如权利要求7所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述上夹持部(16)与下夹持部(17)通过螺栓连接。

9.如权利要求8所述的非接触式高精度激光钢索力监测系统，其特征在于：所述下夹持部(17)的底面为阶梯型结构，所述上夹持部(16)的顶面为阶梯型结构。

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