风振监测器及拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统技术方案

本发明专利技术属于桥梁工程领域，具体涉及一种风振监测器及拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统，包括两组拉索安装件、两组安装支架、两组第一磁铁和压电贴片，两组拉索安装件沿拉索轴向间隔布置，两组安装支架分别设置于两组拉索安装件上并且沿拉索轴向相对设置，两组第一磁铁分别连接于两组安装支架上并且沿拉索径向相对设置，压电贴片位于两组第一磁铁之间以及两组安装支架之间，压电贴片沿拉索轴向的两侧分别与对应安装支架之间设置弹簧，所述压电贴片沿拉索径向的两侧分别设置一组第二磁铁。本发明专利技术基于信号识别、压电效应和云计算技术，实现提高桥梁受风荷载影响下的监测精度以及通过云计算监控平台的拉索桥集群监测和联动反馈功能。动反馈功能。动反馈功能。

【技术实现步骤摘要】
风振监测器及拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统


[0001]本专利技术属于桥梁工程领域，具体涉及一种风振监测器及拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统。

技术介绍

[0002]随着经济社会的快速发展，人类跨越海湾海峡阻隔的现实需求逐步增多，桥梁工程不断从内陆向近海延伸。然而，与内陆的桥梁相比，近海的桥梁将面临复杂严重的风场环境作用。风对桥梁的作用受到风的自然特性、结构动力性能以及风与结构的相互作用三方面的制约。由于地表的起伏和各种建筑物的影响，使得近地风的风速和风向及其空间分布都是即随时间变化的和随机的。当这种带有脉动成份的风绕过非流线形截面的桥梁结构时，就会产生旋涡和流动分离，形成复杂的空气作用力。这种作用力可能引起桥梁的振动，而桥梁结构的振动又将引起流场的改变，这种相互作用的机制使得问题更加复杂。风荷载会对拉索桥造成较为严重的结构安全危害，所以我们发展监测风荷载对桥梁影响情况的技术是十分必要的。
[0003]压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。因此压电贴片可用于监测拉索桥拉索的形变程度，进而可以监测风荷载程度。
[0004]云计算技术是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序。然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。云计算的核心概念就是以互联网为中心，在网站上提供快速且安全的云计算服务与数据存储，让每一个使用互联网的人都可以使用网络上的庞大计算资源与数据中心。云计算平台在本专利技术中可以实现拉索桥集群的预警数据汇集和互动反馈功能。
[0005]目前的拉索桥风振监测技术有GPS技术、空间变位与振动监测技术等，但是现有的拉索桥风振监测技术仍然存在需要改进之处。GPS技术通过卫星云图发现拉索桥附近的风场情况，根据风速、风向等参数进行预警，这一技术存在定位拉索桥与风场位置关系不精准、实时更新速度较慢的缺点。空间变位与振动监测技术将传感器设置于桥面或者主梁上，这会存在无法分辨出车致振动和风致振动的问题。
[0006]与现有的拉索桥风振监测技术相比，本专利技术重点提高对风振的监测精度，并实现拉索桥集群的联动反馈。本专利技术设计新型结构安装压电贴片，缩小压电贴片的轴向形变，保留压电贴片的横向形变。本专利技术在数据分析芯片中编写车
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桥耦合方程，计算车致振动造成的电压信号，在数据修订芯片中从采集到的电压信号中剥离车致电压信号，可以实现提高风振监测精度的功能。多根拉索上的多个传感器可以综合完整地计算拉索桥受风荷载的影响情况。基于云计算监控平台和5G通信基站的无线信号传输，可以实现桥梁监测信号的高时效性传输，以便及时作出反馈，有效提高预警和维护的效率。基于风振监测器外部的光伏电板和风振监测器内部的蓄电池，可以实现风振检测器的电能自给。

技术实现思路

[0007]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种风振监测器及拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统技术方案。
[0008]本专利技术提供一种风振监测器，配合安装于拉索上，包括两组拉索安装件、两组安装支架、两组第一磁铁和压电贴片，两组所述拉索安装件沿拉索轴向间隔布置，两组所述安装支架分别设置于两组拉索安装件上并且沿拉索轴向相对设置，两组第一磁铁分别连接于两组安装支架上并且沿拉索径向相对设置，所述压电贴片位于两组第一磁铁之间以及两组安装支架之间，压电贴片沿拉索轴向的两侧分别与对应安装支架之间设置弹簧，所述压电贴片沿拉索径向的两侧分别设置一组第二磁铁，所述第二磁铁与对应侧的第一磁铁相对设置，并且相对的第一磁铁与第二磁铁相斥，所述压电贴片将拉索振动而产生的形变转化为电压信号。
[0009]进一步地，还包括包覆于拉索安装件、安装支架、第一磁铁和压电贴片外的壳体组件。
[0010]进一步地，所述拉索安装件为抱箍结构。
[0011]进一步地，所述安装支架为L形结构，其包括与拉索轴向对应的轴向部和与拉索径向对应的径向部，所述第一磁铁与对于安装支架的轴向部相连。
[0012]进一步地，所述风振监测器还包括光伏电板和蓄电池，所述光伏电板将太阳能转换为电能，所述蓄电池储存光伏电板转换的电能。
[0013]本专利技术还提供一种拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统，包括数据采集单元、数据分析单元、数据修订单元、云计算监控平台、警示器及如上所述的风振监测器；
[0014]所述数据采集单元采集压电贴片产生的电压信号并将其传输至数据分析单元；
[0015]所述数据分析单元对电压信号进行分析处理并传输给数据修订单元；
[0016]所述数据修订单元根据电压信号设置阈值；
[0017]所述云计算监控平台根据电压信号与阈值的关系判定是否危险，监测拉索桥集群的安全情况，并提前安排车辆分流与维修任务；
[0018]所述警示器根据数据修订单元的指令发出警报。
[0019]进一步地，还包括车辆监测装置，所述车辆监测装置采集车辆的参数数据并将之传输至数据分析单元，该参数数据包括车速、位移、质量中的一种或多种。
[0020]进一步地，还包括通信基站，所述通信基站将车辆监测装置采集的参数数据传输至数据分析单元，还将报警指令传输至警示器。
[0021]进一步地，所述数据采集单元、数据分析单元和数据修订单元均设置于风振监测器内。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术基于信号识别、压电效应和云计算技术，实现提高桥梁受风荷载影响下的监测精度以及通过云计算监控平台的拉索桥集群监测和联动反馈功能。与现有的拉索桥风振监测技术相比，本专利技术重点提高对风振的监测精度，并实现拉索桥集群的联动反馈。本专利技术设计新型结构安装压电贴片，缩小压电贴片轴向形变，保留压电贴片在拉索垂直方向上的形变。本专利技术在数据分析单元中编写车
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桥耦合方程，计算车致振动造成的电压信号，在数据修订单元中从采集到的电压信号中剥离车致电压信号，可以实现提高风振监测精度的
功能。基于云计算监控平台和通信基站的无线信号传输，可以实现桥梁监测信号的高时效性传输，以便及时作出反馈，有效提高预警和维护的效率。基于风振监测器外部的光伏电板和风振检测器内部的蓄电池，可以实现风振检测器的电能自给。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的一种拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统结构示意图；
[0025]图2为本专利技术的一种拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统中风振监测器的线路图；
[0026]图3为本专利技术的一种拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统中风振监测器的剖面图；
[0027]图4为本专利技术的一种拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统中压电贴片安装结构示意图；
[0028]图5为本专利技术的一种拉索桥风致振动定向精确监测感知预警系统的有车通过拉索桥时的工作示意图；
[0029]图6为本专利技术的一种拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风振监测器，配合安装于拉索(1)上，其特征在于，包括两组拉索安装件(17)、两组安装支架(13)、两组第一磁铁(14)和压电贴片(11)，两组所述拉索安装件(17)沿拉索(1)轴向间隔布置，两组所述安装支架(13)分别设置于两组拉索安装件(17)上并且沿拉索(1)轴向相对设置，两组第一磁铁(14)分别连接于两组安装支架(13)上并且沿拉索(1)径向相对设置，所述压电贴片(11)位于两组第一磁铁(14)之间以及两组安装支架(13)之间，压电贴片(11)沿拉索(1)轴向的两侧分别与对应安装支架(13)之间设置弹簧(16)，所述压电贴片(11)沿拉索(1)径向的两侧分别设置一组第二磁铁(15)，所述第二磁铁(15)与对应侧的第一磁铁(14)相对设置，并且相对的第一磁铁(14)与第二磁铁(15)相斥，所述压电贴片(11)将拉索(1)振动而产生的形变转化为电压信号。2.根据权利要求1所述的一种风振监测器，其特征在于，还包括包覆于拉索安装件、安装支架、第一磁铁和压电贴片外的壳体组件。3.根据权利要求1所述的一种风振监测器，其特征在于，所述拉索安装件(17)为抱箍结构。4.根据权利要求1所述的一种风振监测器，其特征在于，所述安装支架(13)为L形结构，其包括与拉索(1)轴向对应的轴向部和与拉索(1)径向对应的径向部，所述第一磁铁(14)与对于安装支架(13)的轴向部相连。5.根据权利要求1所述的一种风振监测器，其特征在于，所述风振监测器还包括光伏电板(4)和蓄电池(12)，所述光伏电板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺治国，马洪宽，林官正，吴波明，任旭初，焦鹏程，塞缪尔，
申请(专利权)人：浙江舟山北向大通道有限公司，
类型：发明
国别省市：