用于桥梁变形监测的挠度传感器及挠度测量方法技术

本发明专利技术公开一种用于桥梁变形监测的挠度传感器及挠度测量方法。所述的挠度传感器由测量板、反射栅和支承臂组成，测量板固定在桥梁的测点上，反射栅固定在支承臂上，支承臂两端固定设置于测量板相邻的两个测点。所述的挠度测量方法根据所述挠度传感器：挠度传感器设置于两个水平的测量线上，在同一水平测量线上的传感器首尾相接，两个水平测量线上的传感器在水平位置上错开一个测点间距。本发明专利技术精度高、速度快、非接触、低功耗、小体积、无线设计，能够用于各种公路、铁路桥梁变形的垂直挠度、水平挠度的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种建筑施工
的测量装置，具体是一种。
技术介绍
桥梁是一种造价高昂、结构庞大的工程，一旦倒塌将长期影响大范围地区的交通、 经济和社会生活。桥梁经受日晒雨淋，承受疲劳荷载，必然会有缓慢发展的累积损伤，累积损伤发展到一定程度，就会引发安全事故。特别地，随着科学技术的进步以及交通运输的需求，许多大跨度桥梁应运而生，尤其是悬索桥以其跨度大，造型优美，节省材料而备受人们的青睐，成为大跨度桥梁的首选。但随着跨度的增大，安全系数也随之下降，由以前的4 5下降为2 3。另外，由于大跨度桥梁柔性大，频率低，对风的作用很敏感。因为缺乏必要的监测和相应的养护，世界各地出现了大量桥梁损坏事故，给国民经济和生命财产造成了巨大损失。因此，必须不惜一切代价来保证其安全。桥梁健康检测的主要项目一般包括位移、应力、动力特性、温度、表观检测等。其中，对桥梁各控制断面的位移变形进行监测，并绘编相应的位移变形影响线和影响面以检测各控制部位位移变形状态，可为总体评估桥梁的承载能力、营运状态和耐久能力提供依据。目前用于桥梁变形结构监测的方法主要有经纬仪、位移传感器、加速度传感器和激光测试方法等。(1)全站仪法全站仪(包括经纬仪)是用于测量角度的精密测量仪器，可以用于测量角度、工程放样以及粗略的距离测取。全站仪法同水准仪法一样，具有准备工作简单， 操作方便的优点。其缺点是各测点不同步以及大变形时不可测。(2)位移传感器法目前采用的位移传感器多数是一种接触型传感器，主要采用应变式位移传感器，必须与测点相接触，其缺点是对于难以接近点无法测量以及对横向位移测量有困难。(3)加速度计法尽管高精度加速度计所测量的加速度观测值经过二次积分后能够得到横向和垂向的位移向量，但由于加速度计对桥体低频震荡不敏感，所以通过这种方法得到的位移量是不完整、不连续的。加速度传感器对于低频静态位移鉴别效果差，为获得位移必须对它进行两次积分，精度不高，也无法实时。而大型悬索桥的频率一般都较低。(4)激光图像法激光图像法是近年来应用比较广泛的测量挠度仪器，将专用靶标固定待测桥梁被测点，使靶标与桥梁有机的结合起来形成共振，将桥梁震动转换成特定波长的光源震动，通过光学解析系统将待测光信号解析至专用高精度工业CCD，检测靶标在 CCD上成像的中心坐标的变化即可精确测量被测桥梁在载荷作用下产生的纵向和横向位移及其对时间的响应曲线。系统的K值(Kx，Ky)，即CCD上每个象素代表的实际位移值，能够在测量之前进行标定。该方法动静态均可测量，对于小挠度、较短的桥梁实施测量比较方便，不足之处在于该设备成本较高，需要在桥梁以外一定范围内选取测量参考点，需要有人值守，并且对于多点同时测量难以实现。(5)扭角法扭角测试法由于原理上的缺陷，很少得到推广应用。(6)GPS法利用GPS监测大桥位移的特点各监测站之间是相互独立的观测值； 位受外界大气影响小，能够在暴风雨中进行监测；GPS测定位移自动化程度高；GPS定位速度慢、精度低。显然，目前没有一种监测手段能够同时满足必需的准确性、实时性、同步性、自动化和防护性等多方面要求。因此，开发新型位移传感器，能够兼顾桥梁变形监测的多方面要求，特别是在线实时监测的要求，是十分迫切的任务。“基于基准传递原理的桥梁挠度测试方法及试验研究”(华北科技学院学报，2010， v07,n2)提出了一种在桥梁的梁体上布设连续连杆的挠度测试方法，在连杆中部安装静、动态两种位移传感器测量与梁体对应位置的相对位移，实现挠度的实时测量。但是，对于动挠度的测量需要修正后才能实现，而且文献对位移传感器的选型以及传感器的安装方法未作任何介绍。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术无法同时满足实时性、同步性、防护性和准确性等多方面要求的不足，提出一种适。本专利技术的挠度传感器基于横向电涡流效应工作，具有精度高、速度快、非接触、低功耗、小体积、防护能力强等突出优点，本专利技术的挠度测量方法能够用于各种公路、铁路桥梁变形的垂直挠度、水平挠度的测量，并可实现桥梁变形的实时连续监测。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术涉及一种挠度传感器，包括测量板、反射栅和支承臂三个部分组成，其中 测量板固定在桥梁上的任一测点位置上，反射栅固定在支承臂上，支承臂两端固定于桥梁上的两个相邻测点位置上，测量板与反射栅之间保留有间隙。所述的反射栅，设有均勻排列的金属导体，采用印刷电路板工艺制作。该金属导体排列成两个码道，排列周期即为测量波长。同一码道上的相邻两个金属导体之间的距离为测量波长的一半，不同码道的相邻金属导体之间的距离大于测量波长的一半，不同码道的金属导体的排列的起始位置一致。所述的金属导体，其数量取决于测量范围，该金属导体的宽度即平行于码道方向的长度为测量波长的一半。所述的测量板，包括平面线圈组、测量电路和支架，其中所述的平面线圈组每个线圈之间互相独立，并分别与测量电路相连。平面线圈组和测量电路固定在支架上。所述的平面线圈组，采用印制电路板工艺制作，由均勻排列成两个码道的平面线圈组成，相同码道的相邻平面线圈之间的距离为测量波长一半的整数倍，相同码道的平面线圈的中心与反射栅的金属导体的中心相对应，不同码道的相邻平面线圈之间的距离大于测量波长的一半，不同码道的平面线圈的起始位置相差测量波长的四分之一的整数倍。所述的平面线圈的宽度即平行于码道方向的长度是测量波长一半的整数倍，该平面线圈的长度即垂直于码道方向的长度小于反射栅的金属导体的长度。所述的测量电路，包含有模拟开关、振荡器、整形电路、测频电路和单片机等组成。 在单片机的控制下，平面线圈组通过模拟开关被依次接通，一方面由振荡器产生激励信号加载到平面线圈组上，另一方面平面线圈组产生的信号通过整形电路放大后输出到测频电路，并最终送入单片机进行处理，得到测量结果。所述的测量电路采用无线传感网络技术，能够将测量结果以无线方式发送到桥梁监控中心，大大减少了传输电缆的铺设与维护。测量电路采用脉冲供电技术，实现了整个电路系统的低功耗；测量电路采用锂电池直接为电路系统供电，彻底摆脱了各个测点之间的数据连线和供电电缆；测量电路采用太阳能电池供电，直接利用太阳能供电，无需人工定期更换电池，完全实现了系统的免维护。所述的支承臂的长度等于两个测点距离的两倍。本专利技术的挠度传感器工作过程如下当桥梁处于无变形状态时，所有测点的位置处于同一水平线上，此时挠度传感器的测量板和反射栅也均处于原始位置的平衡状态，平面线圈和金属导体处在对称的中间位置，则挠度传感器无信号输出。当桥梁发生变形时，桥梁在每个测点上都将产生大小不等的变形而且具有大小不等的纵向挠度，因此任意一个测点相对前后两个相邻测点的连线都将产生垂直变形和位移。此时，每个挠度传感器的测量板相对于反射栅也产生相对位移，导致测量板的平面线圈和反射栅的金属导体偏离对称的中间平衡位置，因此挠度传感器产生位移信号并输出。在每个测点上，传感器的输出信号通过无线网络直接传输到集控中心。本专利技术还涉及一种桥梁变形挠度测量方法，具体如下(1)在桥梁的侧面沿着桥梁轴线方向上以两个支撑端点为起始点，等间隔选取测点位置；(2)以任意三个连续相邻的测点为一组安装本专利技术的挠度传感器，将测量板固定在对应于这组测点的中间测点位置上，将反射栅固定在支承臂上中间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵辉，刘伟文，陶卫，雷华明，吕春峰，王成龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：