CN216523708U - 钢桥疲劳应变图像监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钢桥疲劳应变监测技术，旨在提供一种钢桥疲劳应变图像监测系统。该系统包括钢桥疲劳构造应变资料子系统、现场数据采集与传输子系统和数据管理与分析子系统这三个子系统；其中，钢桥疲劳构造应变资料子系统包括：疲劳加载装置、疲劳构造试件、第一相机和第一数据存储器；现场数据采集与传输子系统包括：喷涂在选定钢桥疲劳构造表面的黑白散斑、第二相机、第二数据存储器和图像采集触发器；数据管理与分析子系统包括计算机。本实用新型不需要在监测对象上设置任何传感器，无需布置大量拉线。能够实时采集钢桥在车辆通行时被监测构件的表面疲劳应变图像，最大限度地降低了疲劳应变监测与钢桥正常通行需求之间发生相互干扰。

Description

钢桥疲劳应变图像监测系统

技术领域

本实用新型涉及钢桥疲劳应变监测技术，具体涉及一种钢桥疲劳应变图像监测系统，用于实时采集钢桥在车辆通行时构件表面疲劳应变图像数据，以用于钢桥工程监测。

背景技术

钢桥结构在实际运营中，往往存在设计阶段无法考量的荷载工况或者构造细节劣化情况，需要采集真实通行车辆荷载下的疲劳损伤数据进行疲劳性能评估。

目前通常的做法是采用动态应变电测的方法，在构件上粘贴应变片或安置钢弦应变计，由动态应变仪经过标定将实测电量转化为应变历程，再经过调研桥梁以往通行荷载造成的损伤后进行疲劳性能评估。由于钢桥结构的疲劳破坏多发生在有空间交叉焊缝、截面尺寸突变等应力集中严重的复杂构造细节，应变片粘贴或钢弦应变计安置部位和数量都会受此限制，造成疲劳评估误差大；也会因为调研桥梁历史数据的困难导致对以往通行荷载产生疲劳损伤的评估误差；基于计算机图像视觉的疲劳检测和监测技术，无法提供应变数据。此外，由于监测数据海量，处理指标不明确，出现了监测数据堆放着无从下手的情况。

鉴于上述的不足，亟需开发一种无需了解桥梁通行历史、疲劳监测点准确布置、监测过程直观快速且有效的钢桥疲劳应变图像监测系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种钢桥疲劳应变图像监测系统。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种钢桥疲劳应变图像监测系统，该监测系统包括钢桥疲劳构造应变资料子系统、现场数据采集与传输子系统和数据管理与分析子系统这三个子系统；其中，所述钢桥疲劳构造应变资料子系统包括：疲劳加载装置、疲劳构造试件、第一相机和第一数据存储器；所述现场数据采集与传输子系统包括：喷涂在选定钢桥疲劳构造表面的黑白散斑、第二相机、第二数据存储器和图像采集触发器；所述数据管理与分析子系统包括：计算机；所述疲劳构造试件具有与选定钢桥疲劳构造相同的材料和结构，并以相同加工工艺制作而成；第一相机和第二相机分别通过数据线与相应数据存储器相连，数据存储器通过数据线与计算机相连；图像采集触发器与第二相机通过数据线连接。

作为一种改进方案，该系统还包括报警子系统，该子系统中包括通过数据线连接计算机的报警器。

作为一种改进方案，所述三个子系统中分别包括220V电源。

作为一种改进方案，所述现场数据采集与传输子系统还包括：布置在钢桥桥头的车轴车速仪和无线发射模块，车轴车速仪与无线发射模块之间为电连接。

作为一种改进方案，所述现场数据采集与传输子系统还包括与无线发射模块匹配的无线接收模块，两者通过无线方式实现信号传输；所述图像采集触发器电连接于无线接收模块。

作为一种改进方案，所述无线发射模块自带电池。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该钢桥疲劳应变图像监测系统通过喷涂黑白散斑的方式，将特定的钢桥疲劳构造作为拟监测对象，避免布置大量监测点但却鲜有疲劳发生的监测效率低的情况。

2、本实用新型不需要在监测对象上设置任何传感器，无需布置大量拉线。能够实时采集钢桥在车辆通行时被监测构件的表面疲劳应变图像，最大限度地降低了疲劳应变监测与钢桥正常通行需求之间发生相互干扰。

3、本实用新型能够将海量监测图像以数据形式及时传送给计算机，便于后续进行有效处理和甄别，弥补了现有监测技术中虽获取大量数据但得不到有效处理、占用数据采集存储容量等缺陷。

4、本实用新型在测试过程中的耗材仅仅为利用普通黑、白油漆制成的散斑用漆，省去了常规监测技术需要配置的应变片、应变计、导线、粘接剂、砂纸、绝缘胶等测试耗材的使用。因此本实用新型钢桥测点具有零磨损、测量成本低的优点。

附图说明

图1为钢桥疲劳应变图像监测系统的组成图。

图中附图标记说明：

I为钢桥疲劳构造应变资料子系统，II为现场数据采集与传输子系统，III为数据管理与分析子系统，Ⅳ为报警子系统。

1.疲劳加载装置，2.疲劳构造试件，3-1.第一相机，3-2.第二相机，4-1.第一数据存储器，4-2.第二数据存储器，5.喷涂在选定钢桥疲劳构造表面的黑白散斑，6.图像采集触发器，7.无线接收模块，8.车轴车速仪，9.无线发射模块，10.计算机，11.报警器，12.数据线，13.220V电源。

其中1、2、3-1、4-1构成I；3-2、4-2、5、6、7、8、9构成II；10即为III；11即为Ⅳ。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

首先需要说明的是，本实用新型只涉及钢桥疲劳应变图像监测过程中，用于实现图像采集和数据传送所涉及的硬件设备，以及位置关系或连接关系的描述。本实用新型不涉及具体的数据管理和数据分析过程。在数据采集完成后，具体如何针对数据进行处理和分析，可以由本领域技术人员根据实际情况，选择现有的数据管理和分析软件(如GOM公司的ARAMIS 3D软件)，或者根据最终分析目标自行实现编程。但这部分内容不属于本实用新型的技术方案，不应以此为由对本实用新型做出评价，特此说明。

本实施例中的钢桥疲劳应变图像监测系统由钢桥疲劳构造应变资料子系统I、现场数据采集与传输子系统II、数据管理与分析子系统III、报警子系统Ⅳ这四个子系统组成。

钢桥疲劳构造应变资料子系统I包括：疲劳加载装置1、疲劳构造试件2、第一相机3-1和第一数据存储器4-1。

现场数据采集与传输子系统II包括：第二相机3-2、第二数据存储器4-2、喷涂在选定钢桥疲劳构造表面的黑白散斑5、图像采集触发器6；无线接收模块7，以及布置在钢桥桥头的车轴车速仪8和无线发射模块9。

数据管理与分析子系统III包括：计算机10；

报警子系统Ⅳ包括：通过数据线连接计算机的报警器11。

所述疲劳构造试件2具有与选定钢桥疲劳构造相同的材料和结构，并以相同加工工艺制作而成；第一相机3-1和第二相机3-2分别通过数据线与第一数据存储器4-1和第二数据存储器4-2相连，第一数据存储器4-1和第二数据存储器4-2分别通过数据线12与计算机10相连；所述车轴车速仪8与无线发射模块9之间为电连接；图像采集触发器6电连接于无线接收模块7，无线接收模块7与无线发射模块9之间通过无线数字信号传输，图像采集触发器6与第二相机3-2通过数据线连接。

更具体的描述如下：

钢桥疲劳构造应变资料子系统I用于获取作为被监测对象的钢桥疲劳构造细节的疲劳损伤过程应变数据。考虑到被监测对象已安装在钢桥上，不可能拆卸下来单独进行应变数据测定，因此本实用新型创新地提出，比照钢桥疲劳构造，以相同的材料，按相同的结构和加工工艺制作得到疲劳构造试件2。然后将疲劳构造试件2放在疲劳加载装置1中进行疲劳损伤全过程测试。同时，在试验过程中利用第一相机3-1获取疲劳构造试件2表面的应变图像数据，通过数据线传给第一数据存储器4-1，以作为后期图像比对基础。

疲劳加载装置1通常用于金属构件的疲劳加载测试，属于现有技术常见测量设备，本实用新型对其操作方法不再赘述。

现场数据采集与传输子系统II用于采集钢桥现场所选定进行监测的疲劳构造部位的应变图像数据。考虑到钢桥疲劳应变通常发生在车辆通过钢桥的过程中，为避免监测数据过多导致处理效率低下，本实用新型创新地采用车轴车速仪8作为“监测开关”。当车辆通过桥梁时触发车轴车速仪8，使与之相连的无线发射模块9发出信号，无线接收模块7对图像采集触发器6发出指令，向第二相机3-2发出信号，对选定钢桥疲劳构造表面的黑白散斑5进行拍摄获取应变图像，并通过数据线传给第二数据存储器4-2。

车轴车速仪通常用于车速和车辆轴重的识别和测试，属于现有技术常见测量设备，本实用新型对其操作方法不再赘述。考虑到疲劳监测结果具有指导性和准确性，选定的钢桥疲劳构造应包含焊缝和截面尺寸突变的构造，同时该钢桥疲劳构造还具有只要通过1辆车即形成1次疲劳应变循环的特点，即其加载影响线短。对于多辆车通过桥梁直至全桥无车才形成1次疲劳应变循环，即加载影响线长的钢桥构造不作为监测对象。此处所述疲劳应变循环是指：所测量疲劳构造从桥上无车，到有车时最大，再到无车的应变值轨迹，应变值每返回一次初始点，疲劳应变循环次数计数为1次。

数据管理与分析子系统III的计算机10用于处理图像数据，并判断数据是否正常。该部分的数据处理过程不作为本实用新型的技术方案内容。其处理过程示例如下：计算机10将来自钢桥疲劳构造应变资料子系统I中第一数据存储器4-1传输的数据处理后形成对比文件数据库；通过运行自动批处理动作程序模块，对来自现场数据采集与传输子系统II中第二数据存储器4-2传输的数据，进行最大应变值图像的剪裁、识别、数字转换和原始图像的删除，并与对比文件数据库中的图像数据进行对比。

报警子系统Ⅳ包括报警器11，用于计算机10在进行对比中出现异常数据时即刻触发报警。

喷涂在选定钢桥疲劳构造表面的黑白散斑5，与现场数据采集与传输子系统II之间保持测量距离(无接触)；子系统I、子系统II和子系统III中还分别包括220V电源13，用于对各用电设备进行供电。无线发射模块9自带电池

下面对本实用新型所述测量系统的使用方法进行描述：

首先根据“焊缝部位+截面尺寸突变+加载影响线长度小于或接近车辆轴距”的原则选定钢桥疲劳构造并制作散斑5，同时以相同材料、结构和工艺加工疲劳构造试件2。通过疲劳加载装置1进行疲劳损伤全过程测试，第一相机3-1拍摄应变图像传给第一数据存储器4-1。在钢桥现场车辆通过桥梁时触发车轴车速仪8，使无线发射模块9发出信号，无线接收模块7收到信号后对图像采集触发器6发出指令，然后第二相机3-2连续进行拍摄采样，取得钢桥疲劳构造上黑白散斑5的应变图像，图像数据由第二数据存储器4-2进行存储。计算机10调取第一数据存储器4-1，将来自疲劳构造试件2的数据处理后形成对比文件数据库；将来自第二数据存储器4-2的图像通过自动批处理动作程序模块进行剪裁、识别、数字转换后删除原始图像，并与对比文件数据库中图像进行对比，一旦出现超出即触发报警器11。

对从散斑图像转换到应变云图的分析软件所执行的具体计算和处理过程不属于本实用新型的技术方案，但提供示例的方法如下：

利用散斑识别数据分析软件，在无车辆通行时先拍摄所选定监测疲劳构造表面的黑白散斑图像，进行计算后作为首张图像的应变基数。然后分析软件对后续测量过程中获得的图像数据进行计算得到相对无车时发生的应变值变化，形成测量区域的应变等值线云图。本实用新型对所得到的应变等值线云图自动进行剪裁、识别、数字转换后删除原始图像，得到疲劳构造表面在车辆通过桥梁时段的最大应变值，再根据对相同构造试件的疲劳损伤数据对比，判定其最大应变值是否达到即将疲劳破坏的警示范围。如是，则予以报警。

Claims (6)

1.一种钢桥疲劳应变图像监测系统，其特征在于，该监测系统包括钢桥疲劳构造应变资料子系统、现场数据采集与传输子系统和数据管理与分析子系统这三个子系统；其中，

所述钢桥疲劳构造应变资料子系统包括：疲劳加载装置、疲劳构造试件、第一相机和第一数据存储器；

所述现场数据采集与传输子系统包括：喷涂在选定钢桥疲劳构造表面的黑白散斑、第二相机、第二数据存储器和图像采集触发器；

所述数据管理与分析子系统包括：计算机；

所述疲劳构造试件具有与选定钢桥疲劳构造相同的材料和结构，并以相同加工工艺制作而成；第一相机和第二相机分别通过数据线与相应数据存储器相连，数据存储器通过数据线与计算机相连；图像采集触发器与第二相机通过数据线连接。

2.根据权利要求1所述的钢桥疲劳应变图像监测系统，其特征在于，该系统还包括报警子系统，该子系统中包括通过数据线连接计算机的报警器。

3.根据权利要求1所述的钢桥疲劳应变图像监测系统，其特征在于，所述三个子系统中分别包括220V电源。

4.根据权利要求1所述的钢桥疲劳应变图像监测系统，其特征在于，所述现场数据采集与传输子系统还包括：布置在钢桥桥头的车轴车速仪和无线发射模块，车轴车速仪与无线发射模块之间为电连接。

5.根据权利要求4所述的钢桥疲劳应变图像监测系统，其特征在于，所述现场数据采集与传输子系统还包括与无线发射模块匹配的无线接收模块，两者通过无线方式实现信号传输；所述图像采集触发器电连接于无线接收模块。

6.根据权利要求4所述的钢桥疲劳应变图像监测系统，其特征在于，所述无线发射模块自带电池。

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