CN106610272A

CN106610272A - 一种基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置

Info

Publication number: CN106610272A
Application number: CN201510686848.9A
Authority: CN
Inventors: 彭润伍; 李乐; 翟芳华; 张笔雨
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-05-03

Abstract

本发明公开了一种基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置，它包括激光信号发射单元（1）、信号接受单元（2）、信息处理单元（3）和显示及报警单元（4），激光信号发射单元（1）包括激光信号源（11）、扩束透镜***（12）和信号源电源（13），激光信号发射单元（1）放置于被监测桥梁（6）中点下方反映桥梁挠度，信号接受单元（2）包括成像透镜***（21）、位移传感器PSD（22）和微电流放大电路（23），信息处理单元（3）与信号接受单元（2）输出端连接，显示及报警单元（4）与信息处理单元（3）输出端相连。本发明具有监测距离远、精度高、抗干扰能力强、结构简单、安装方便、数据实时显示、自动预警等优点。

Description

一种基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置

技术领域

本发明主要涉及桥梁检测设备领域，特指一种精度高、结构简单、安装方便、数据实时显示、自动预警的基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置。

背景技术

桥梁结构在外荷载和环境因素作用下产生的位移是桥梁结构安全状态评估中的重要参数，这一参数的监测可避免桥梁事故的发生，建立一个桥梁挠度监测***,实时测量和显示桥梁挠度,在桥梁运营状况异常时发出预警信号, 可确保桥梁的安全运行。

用于测量桥梁挠度的仪器和装置有多种。连通液位式沉降挠度检测***是比较广泛使用的，但该方法现场安装不便，并且测量精度较低。还有线位移测量仪器如百分表、千分表、挠度计等，虽然精度较高，却需要搭设支架，对测量环境要求比较高。水准仪、经纬仪和全站仪等光学仪器精度高，但也存在一些不足，受距离限制、需要人工读数、不能长时间连续测量等。还有采用LED和CCD等电子设备的比较新颖的测量装置，但测量距离和精度都不及更先进的装置设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种监测距离远、精度高、抗干扰能力强、结构简单、安装方便、数据实时显示、自动预警的基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置，包括激光信号发射单元、信号接受单元、信息处理单元和显示及报警单元，所述激光信号发射单元包括激光信号源、扩束透镜***和信号源电源，所述扩束透镜***放置于激光信号源信号发射方向正前方，激光信号源与信号源电源串联，所述激光信号发射单元放置于被监测桥梁中点下方反映桥梁挠度。

作为本发明的进一步改进：

所述信号接受单元包括成像透镜***、位移传感器PSD和微电流放大电路，所述成像透镜***放置于位移传感器PSD接收信号方向的正前方，所述微电流放大电路与位移传感器PSD相连。

所述信息处理单元包括加减运算电路、A/D转换器、存储器和计算器，所述加减运算电路与微电流放大电路输出端相连，所述加减运算电路、A/D转换器、存储器依次串联，所述计算器与存储器相连。

所述显示及报警单元与信息处理单元输出端相连。

所述显示及报警单元包括显示单元和报警单元。

所述显示单元包括显示驱动电路和光显示及发光报警器，光显示及发光报警器与显示驱动电路相连。

所述报警单元包括报警驱动电路和发声报警器，发声报警器、光显示及发光报警器和报警驱动电路相连。

所述信号接受单元、信息处理单元和显示及报警单元与总电源相连。

本发明的优点：

1、本发明采用能量密度高的激光信号源置于桥梁正中央实时准确反映桥梁挠度变化，信号传输距离远，高分辨率位移传感器接PSD收强激光信号避免其它杂散光影响，因此本装置监测距离远、测量精度高、抗干扰能力强。

2、本发明分为激光信号发射单元、信号接受单元、信息处理单元和显示及报警单元三个模块，结构简单紧凑、实际使用中安装调试方便；

3、本发明采用的位移传感器PSD获得的是实时连续信号，桥梁挠度数据能实时显示，显示及报警单元可设定预警数值，***可自动预警。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的信息处理单元框架结构示意图；

图3是本发明的显示及报警单元框架结构示意图；

图4是本发明具体实施例的电路原理示意图；

图例说明：

1、激光信号发射单元；11、激光器；12、扩束透镜***；13、信号源电源；2、信号接受单元；21、成像透镜***；22、位移传感器PSD；23、微电流放大电路；3、信息处理单元；31、加减运算电路；32、A/D转换器；33、存储器；34、计算器；4、显示及报警单元；41、显示单元；411、显示驱动电路；412、光显示报警器；42、报警单元、421、报警驱动电路、422、发声报警器；5、总电源。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置包括激光信号发射单元1、信号接受单元2、信息处理单元3和显示及报警单元4，激光信号发射单元1包括激光信号源11、扩束透镜***12和信号源电源13，扩束透镜***12放置于激光信号源11信号发射方向正前方，扩束透镜***12将激光信号源11发出的激光束扩束至而合适大小，确保桥梁发生垂直位移时有光束入射接受单元2的成像透镜***21，激光信号源11与信号源电源13串联，激光信号发射单元1放置于被监测桥梁6中点下方，激光信号发射单元1位置变化反映桥梁挠度。

如图1所示，信号接受单元2包括成像透镜***21、位移传感器PSD22和微电流放大电路23，成像透镜***21放置于位移传感器PSD22接收信号方向的正前方，激光信号源11经扩束透镜***12扩束后传输入射成像透镜***21，经成像透镜***21成像在位移传感器PSD22上，位移传感器PSD22产生反映位置变化的微电流。微电流放大电路23与位移传感器PSD22相连，微电流放大电路23对位移传感器PSD22的微电流进行放大。

如图2所示，信息处理单元3包括加减运算电路31、A/D转换器32、存储器33和计算器34。加减运算电路31与微电流放大电路23输出端相连，加减运算电路31、A/D转换器32、存储器33依次串联，计算器34与存储器33相连。加减运算电路31将微电流放大电路23的放大电流信号相加减，A/D转换器32采集加减运算电路31的模拟信号转换为数字信号，存储器33储存A/D转换器32转换信号和计算器34计算数据，计算器34读取存储器33的数据计算信号变化量并换算为位移变化送至存储器33储存。

如图3所示，显示及报警单元4与信息处理单元3输出端相连，显示及报警单元4包括显示单元41和报警单元42。显示单元41包括显示驱动电路411和光显示及发光报警器412，光显示及发光报警器411与显示驱动电路412相连。显示驱动电路411读取存储器33内的计算器34计算得到的位移变化数据后驱动光显示及发光报警器411显示人眼可视的位移数据。报警单元42包括报警驱动电路421和发声报警器422，发声报警器422、光显示及发光报警器412与报警驱动电路421相连。报警驱动电路421读取存储器33内的计算器34计算得到的位移变化数据，数据达到设定的桥梁挠度报警阈值时，驱动光显示及发光报警器411 和发声报警器422发出声光报警信号。

信号接受单元2、信息处理单元3和显示及报警单元4与总电源5相连。

工作原理：激光信号发射单元1的激光信号源11发出激光束入射接受单元2的成像透镜***21后在位移传感器PSD22上成像。当被监测桥梁6发生垂直位移时激光信号发射单元1位置发生同样变化，激光信号源11在位移传感器PSD22上的成像位置相应发生变化，位移传感器PSD22感应激光信号源11成像位置变化其两个输出端电流发生变化，微电流放大电路23对位移传感器PSD22的两个输出端电流进行放大并进行I/V转换。输出电压信号送至加减运算电路31，加减运算电路31对两个电压信号进行加减运算，A/D转换器32采集加减运算电路31的模拟信号转换为数字信号。存储器33储存A/D转换器32转换信号，计算器34读取存储器33计算两个电压信号比值并与桥梁没有位移状态下电压信号比值相比较，计算得到位移变化送至存储器33储存。显示驱动电路411读取存储器33内的计算器34计算得到的位移变化数据后驱动光显示及发光报警器411显示人眼可视的位移数据。同时报警驱动电路421读取存储器33内的计算器34计算得到的位移变化数据，当数据达到设定的桥梁挠度报警阈值时，驱动光显示及发光报警器411 和发声报警器422发出声光报警信号，提醒工作人员及时处理。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置，包括激光信号发射单元（1）、信号接受单元（2）、信息处理单元（3）和显示及报警单元（4），所述激光信号发射单元（1）包括激光信号源（11）、扩束透镜***（12）和信号源电源（13），其特征在于：所述扩束透镜***（12）放置于激光信号源（11）信号发射方向正前方，激光信号源（11）与信号源电源（13）串联，所述激光信号发射单元（1）放置于被监测桥梁（6）中点下方反映桥梁挠度。

2.根据权利要求1所述的基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置，其特征在于：所述信号接受单元（2）包括成像透镜***（21）、位移传感器PSD（22）和微电流放大电路（23），所述成像透镜***（21）放置于位移传感器PSD（22）接收信号方向的正前方，所述微电流放大电路（23）与位移传感器PSD（22）相连。

3.根据权利要求2所述的基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置，其特征在于：所述信息处理单元（3）包括加减运算电路（31）、A/D转换器（32）、存储器（33）和计算器（34），所述加减运算电路（31）与微电流放大电路（23）输出端相连，所述加减运算电路（31）、A/D转换器（32）、存储器（33）依次串联，计算器（34）与存储器（33）相连。

4.根据权利要求3所述的基于激光信号的桥梁挠度实时监测装置，其特征在于：显示及报警单元（4）与信息处理单元（3）输出端相连。