一种基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统及其使用方法，该检测系统包括：激光测距组件，摄像机通过连接件设于激光发射器上方，连接件与激光发射器的顶部固定连接；驱动组件，中轴设于水面下，连接件与中轴滑动连接，垂直驱动器能够驱动连接件沿中轴的长度方向往返滑动，旋转驱动器能够驱动中轴转动；中轴的内壁上设有润滑通道，润滑通道与控油喷嘴相配合；透光圆筒，设于中轴的外部，激光测距组件设于透光圆筒与中轴之间；透光圆筒位于桥墩的侧方，透光圆筒的外侧设有清洗组件。本发明专利技术通过激光三角法进行计算，可以实时获得连续精确的河床断面情况，鲁棒性较高，可获得桥墩河床三维点云图，并且结果精准、结构稳定。结构稳定。结构稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于桥梁安全监测
，具体涉及一种基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]随着水文现象的变化，桥梁冲刷对桥梁的破坏呈现突发性和偶然性，极易造成危及生命财产的破坏，桥梁服役期间的冲刷分析需要依靠测试手段。
[0003]传统的用于桥梁冲刷监测的方法中，重力驱动式监测需要布置大量水压计于河床上，设备复杂易损坏且水流运动不规律时误差较大；浮力驱动式监测只能起到预警作用，检测精度有限，不能实时监测冲刷断面情况且每次监测都需要预先埋置驱动装置；磁力式监测和浮力驱动式类似，也需要布置多个磁极子，反演磁极子位置的计算量较大；布拉格光栅监测、原位电学监测等方法容易受到水体含沙量、含盐度、水温等因素影响，精度较低。
[0004]申请号为CN201710852325.6的专利技术公开了一种基于磁场的桥墩冲刷监测系统及监测方法，是一种能够穿透岩石、土体、淤泥和水流的非接触式监测技术，具有隐蔽性好、适应性强、不易受干扰、布设方便、测量简便、可在桥梁工程运营的同时进行监测、不影响交通等优点，满足桥梁冲刷所处的复杂水环境和冲刷监测、防护的重大需求，解决了复杂水环境下桥墩冲刷监测和预警问题。
[0005]随着测距技术的发展，声学雷达测距技术也开始在桥梁冲刷监测中应用，其中，单波束声纳等声学监测又分为移动式和固定式两类，虽然可以获得较为完整的河床冲刷情况，但移动式声纳需要通过水上运载设备拖动进行测量，容易受到船只姿态、仪器安装等误差的影响，且在洪水期间无法进行测量；固定式声纳单个价格昂贵，水流中夹杂的石块、漂浮物等都会对设备造成较大的破坏，其核心部分压电晶体容易受到损坏。此外，水下激光扫描仪价格昂贵，仪器精密，不适合在水流浑浊的环境下工作，所以没有应用于桥墩冲刷监测的案例。
[0006]申请号为CN201410402755.4的专利技术申请涉及一种基于CMOS单点激光三角法测距系统，采用以单片机技术为核心的低成本数字显示CMOS单点激光三角法测距仪，采用三角法测距、激光遥感方式实现距离的非接触测量；而且本专利技术测量误差小于3%、结构简单、成本低，适合于中短距离非接触测量，如矿井下测量、露天边坡测量、隧道截面轮廓检测等。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种鲁棒性较高、结构稳定、成本低的基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统及其使用方法。
[0008]本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统，包括：激光测距组件，激光测距组件包括激光发射器和摄像机，摄像机通过连接件设于激光发射器的上方，连接件与激光发射器的顶部固定连接；
驱动组件，驱动组件包括中轴、垂直驱动器和旋转驱动器；中轴设于水面下，连接件与中轴滑动连接，垂直驱动器能够驱动连接件沿中轴的长度方向往返滑动；旋转驱动器能够驱动中轴转动；中轴的内部设有固定杆，中轴围绕固定杆转动，中轴的内壁上设有润滑通道，润滑通道与控油喷嘴相配合；透光圆筒，透光圆筒设于中轴的外部，激光测距组件设于透光圆筒与中轴之间；透光圆筒位于桥墩的侧方，并且透光圆筒与桥墩之间设有缝隙，透光圆筒的外侧设有清洗组件。
[0009]采用上述技术方案，由垂直驱动器获得测量点的竖直坐标，由旋转驱动器获得测量点的角度信息，通过激光三角法获得测量点与激光发射器之间的距离，经过处理可得到测量点的初始坐标。激光测距组件可在垂直驱动器与旋转驱动器的驱动下移动，从而可得到在河水冲刷作用下河床上一条竖直断面上的连续坐标信息，以及不同角度上的竖直断面信息，经过数据汇总和处理获得河床断面的三维点云图。由摄像机捕捉激光点位于河床上的位置，通过激光三角法进行计算，可以实时获得连续精确的河床断面情况，鲁棒性较高。外置透光圆筒可以保护摄像机以及激光发射器不受水流的侵蚀与破坏。透光圆筒与其外部的清洗组件配合，可以提高透光圆筒的稳定性，加强对内部的激光测距组件以及驱动组件的保护。
[0010]此外，本监测系统结构简单，成本较低，适于推广应用、润滑通道和控油喷嘴的配合能够保证中轴转动顺滑，可避免出现运作卡顿等不良，防止磨损，进而保证激光发射方向准确，保证获取数据的连续性、准确性。清洗组件与透光圆筒配合，可保证透光圆筒的洁净度，进而保证激光穿透性不受粘附于透光圆筒上的泥沙影响，保证每束激光测量点的精准度。清洗组件的设置在透光圆筒的外侧增加一重保护，可避免或降低透光圆筒的垂直度下降，从而提高稳定性，保证测量结果的准确性。
[0011]根据本专利技术的一种实施方式，控油喷嘴包括内部中空的外壳体和内壳体，外壳体套设在内壳体的外部，外壳体设有进油口和出油口，内壳体设有进油孔和出油孔，以及连接进油孔和出油孔的中空的喷嘴腔，出油孔内穿插有控油件。
[0012]由此，通过控油喷嘴可向润滑通道的内部输送润滑油，通过控油件的配合，可控制进入润滑通道内的油量，可在保证润滑效果的前提下节省润滑油用量，即可避免浪费，也能防止污染水流，加强环境保护。
[0013]进一步的，控油件包括支撑杆，支撑杆的一端设有弹性件，弹性件与润滑通道的内壁相连，支撑杆上远离弹性件的一端设有第一密封件和第二密封件，第一密封件与第二密封件均为漏斗形，并且第一密封件位于第二密封件的上方；第一密封件伸入内壳体的内部，并且能够与出油孔活动配合；第二密封件位于外壳体与内壳体之间，并且能够与出油口活动配合；第二密封件的侧壁上设有漏油孔。
[0014]由此，控油件结构简单，易加工，成本低，并且控油效果良好。控油喷嘴内壳体中的润滑油经由支撑杆的导流作用进入第二密封件，并经第二密封件上的漏油孔进入润滑通道。第二密封件为漏斗形，能够存储一定量的润滑油。当第二密封件内的油量过多时，支撑杆受重力向下移动，并压缩弹性件，直至第一密封件将控油喷嘴内壳体的出油孔封堵。此时，第二密封件内的润滑油继续经漏油孔向润滑通道流动，待第二密封件的重量减轻后，弹性件受力减弱，可推动支撑杆以及其上的第一密封件、第二密封件反向移动，从而将控油喷
嘴内壳体的出油孔打开，再次输送润滑油。如此，可实现对润滑油用量的自动调节，可防止因润滑油量过多而发生泄露，结构简单、效果明显。
[0015]根据本专利技术的一种实施方式，中轴的侧壁上设有沿竖直方向延伸的导向槽，连接件上设有与导向件相配合的滑轮，滑轮与导向槽滑动或滚动连接，并能带动连接件沿导向件上下移动。
[0016]如此，可通过滑轮与导向槽的配合实现激光发射器的竖直移动。
[0017]根据本专利技术的一种实施方式，清洗组件包括圆盘状的第一基体，第一基体的中心设有通孔，透光圆筒套设在通孔内；第一基体与液压杆的输出端相连，液压杆能够驱动第一基体上下移动；第一基体的下表面连接有清洁单元，清洁单元包括矩形框状结构的柔性条，柔性条的内侧贴近通孔的内壁；柔性条的外侧向外伸出并暴露在第一基体的外侧。
[0018]进一步的，液压杆的固定端与桥墩固定连接。液压杆能够驱动第一基体上下位移，第一基体能够相对透光圆筒进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统，其特征在于，包括：激光测距组件（10），所述激光测距组件（10）包括激光发射器（11）和摄像机（12），所述摄像机（12）通过连接件（13）设于所述激光发射器（11）的上方，所述连接件（13）与所述激光发射器（11）的顶部固定连接；驱动组件（20），所述驱动组件（20）包括中轴（21）、垂直驱动器（26）和旋转驱动器（27）；所述中轴（21）的底端设于水面下，所述连接件（13）与所述中轴（21）滑动连接，所述垂直驱动器（26）能够驱动所述连接件（13）沿所述中轴（21）的长度方向往返滑动；所述旋转驱动器（27）能够驱动所述中轴（21）转动；所述中轴（21）的内部设有固定杆（23），所述中轴（21）围绕所述固定杆（23）转动，所述中轴（21）的内壁上设有润滑通道（22），所述润滑通道（22）与控油喷嘴（30）相配合；透光圆筒（50），所述透光圆筒（50）设于所述中轴（21）的外部，所述激光测距组件（10）设于所述透光圆筒（50）与所述中轴（21）之间；所述透光圆筒（50）位于所述桥墩的侧方，并且所述透光圆筒（50）与所述桥墩之间设有缝隙，所述透光圆筒（50）的外侧设有清洗组件（60）。2.根据权利要求1所述的基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统，其特征在于，所述控油喷嘴（30）包括内部中空的外壳体（31）和内壳体（34），所述外壳体（31）套设在所述内壳体（34）的外部，所述外壳体（31）设有进油口（32）和出油口（33），所述内壳体（34）设有进油孔（35）和出油孔（36），以及连接所述进油孔（35）和所述出油孔（36）的中空的喷嘴腔，所述出油孔（36）内穿插有控油件（40）；所述控油件（40）包括支撑杆（41），所述支撑杆（41）的一端设有弹性件（42），所述弹性件（42）与所述润滑通道（22）的内壁相连，所述支撑杆（41）上远离所述弹性件（42）的一端设有第一密封件（43）和第二密封件（44），所述第一密封件（43）与所述第二密封件（44）均为漏斗形，并且所述第一密封件（43）位于所述第二密封件（44）的上方；所述第一密封件（43）伸入所述内壳体（34）的内部，并且能够与所述出油孔（36）活动配合；所述第二密封件（44）位于所述外壳体（31）与所述内壳体（34）之间，并且能够与所述出油口（33）活动配合；所述第二密封件（44）的侧壁上设有漏油孔（45）。3.根据权利要求1所述的基于激光三角法的桥墩冲刷监测系统，其特征在于，所述中轴（21）的侧壁上设有沿竖直方向延伸的导向槽（24），所述连接件（13）上设有与所述导向件相配合的滑轮（25），所述滑轮（25）...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵西增，陆发靖，李明昌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：