CN110455175A - 一种桥梁位移检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁位移检测领域,公开了一种桥梁位移检测装置及方法，包括电源、检测传感器、信号处理模块、控制器、上支架和下支架，上支架两端通过两第一直杆活动连接第一横板，下支架两端通过两第二直杆活动连接第二横板，检测传感器包括基座和相对基座水平运动的滑块，上支架背离第一横板一侧连接所述基座，下支架背离第二横板一侧活动连接两第三直杆，两第三直杆连接滑块。电源提供工作电压，检测传感器电连接信号处理模块，信号处理模块电连接控制器。通过在桥梁四周安装固定用的支架，避免在桥梁上打孔安装传感器，操作简便。

Description

一种桥梁位移检测装置及方法

技术领域

本发明涉及桥梁位移检测领域，具体涉及一种桥梁位移检测装置及方法。

背景技术

桥梁建设完成后，在长期的使用过程以及面对的自然环境中会产生老化和损伤，桥梁的老化和损伤会带来结构上的位移，因此及时知道桥梁的位移距离对桥梁的安全使用至关重要。

传统的桥梁位移检测主要靠人工检测，通过人工读取桥梁上安装的游标卡尺得到桥梁位移数据，但是在长时间的使用或者自然环境中，游标卡尺等桥梁测量工具会出现破坏，得到的数据往往不可靠。

在专利号为CN105277173B的专利文献中公开了一种检测桥梁倾斜位移的装置，该文献中通过传感器检测桥梁位移参数，通讯模块将桥梁位移参数发送给计算机处理平台，虽然实现了桥梁位移参数检测和替代人工巡检，但是在传感器安装时需多处安装，而且要重新寻找固定位置，比如打孔安装固定平台。其次桥梁位移检测装置使用时存在电力消耗，而桥梁位移变化是逐渐形成的，装置如果一直处于工作状态，会对供电的要求比较高。如果采用交流电源，前期布置成本增加，如果采用电池供电，需要大容量电池，而且定时更换，增加维护成本。最后传感器在使用中由于温度影响会存在测量误差。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种桥梁位移检测装置及方法，所要解决的技术问题是现有技术中的桥梁位移检测装置在固定传感器时操作不便。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种桥梁位移检测装置，包括电源、检测传感器、信号处理模块、控制器、上支架和下支架。

上支架两端通过两第一直杆活动连接第一横板，上支架、两第一直杆和第一横板环绕固定在上桥墩四周，下支架两端通过两第二直杆活动连接第二横板，下支架、两第二直杆和第二横板环绕固定在下桥墩四周，检测传感器包括基座和相对基座水平运动的滑块，上支架背离第一横板一侧连接基座，下支架背离第二横板一侧活动连接两第三直杆，两第三直杆连接滑块。

电源提供工作电压，检测传感器电连接信号处理模块，信号处理模块电连接控制器，检测传感器检测桥梁的位移数据，信号处理模块对检测到的位移信号进行转换，控制器对转换的信号进行运算处理。

进一步，控制器还电连接通讯模块，控制器通过通讯模块将桥梁位移远程发送给服务器。

进一步，控制器还电连接RTC时钟模组，RTC时钟模组包括低功耗的控制芯片和中控通讯模块，控制芯片通过中控通讯模块唤醒主控制器。通过设置唤醒时间，主控制器周期性的检测桥梁位移数据，从而提高电源的使用寿命。

进一步，上支架上连接控制盒。

进一步，控制器还电连接PGA电路。

进一步，检测传感器有一量程电压，桥梁发生位移时检测传感器输出测量电压。

进一步，信号处理模块为AD转换器，AD转换器的输入接口分别接入检测传感器的量程电压、检测传感器的测量电压和PGA电路的采样电阻的电压。

一种桥梁位移检测方法，应用上述的一种桥梁位移检测装置，包括如下步骤：

1：在主控芯片设置控制器的唤醒时间，主控芯片内部计时达到设置的唤醒时间时，主控芯片通过中控通讯模块唤醒控制器进行桥梁位移检测；

2：AD转换器将检测传感器的量程电压、输出电压和采样电阻的电压由模拟量转换为数字量并传递给控制器；

3：控制器对接收的数字量进行处理，如果测量电压小于量程电压的三分之二，PGA电路的自动增益切换模组会根据测量电压值去切换采样电阻的大小，调节放大倍数，使AD转换器满量程信号达到均一化，以此来提高测量精度；

4：控制器控制AD转换器快速使能50次，对三路信号值进行均方差运算和中值滤波，然后进行比例运算，得到当前位移量占总体可移动位移的百分比；

5：控制器根据步骤4得到的百分比计算桥梁位移量；

6：控制器通过通讯模块将桥梁位移量发送给服务器，并发送给控制芯片一反馈信号，控制芯片接收反馈信号后重新计时。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

1：检测时传感器固定在上支架上，安装简便，避免了在桥墩上重新打孔安装固定平台，另外上支架与第一横板通过两直杆活动连接，能安装在大小不同的桥墩上，使用性广。

2：通过设置主控制器的唤醒时间对桥梁进行周期性的位移检测，降低了电力消耗，提高电源的使用寿命。

3：检测传感器有总体可移动位移和量程电压，桥梁发生位移时输出测量电压，根据测量电压和量程电压的比值计算位移长度避免了温度对检测传感器的影响。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明的控制结图示意图；

图2为本发明实际安装示意图；

图3为本发明的检测传感器示意图；

图4为本发明的***流程图；

图5为本发明的位移测量算法流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-3所示，一种桥梁位移检测装置，包括电源25、检测传感器8、信号处理模块20、控制器22、上支架1和下支架4。

上支架1两端通过两第一直杆2活动连接第一横板3，下支架4两端通过两第二直杆5活动连接第二横板6，检测传感器8包括基座8a和相对基座8a水平运动的滑块8b，上支架1背离第一横板3一侧连接基座8a，下支架4背离第二横板6一侧活动连接两第三直杆7，两第三直杆7连接滑块8b。本实施例中，上支架1、两第一直杆2和第一横板3环绕固定在上桥墩10四周，下支架4、两第二直杆5和第二横板6环绕固定在下桥墩11四周，具体的安装需要根据实际桥墩情况来决定。

电源25提供工作电压，本实施例中，电源25是电池。检测传感器8电连接信号处理模块20，信号处理模块20电连接控制器22，检测传感器8检测桥梁的位移数据，信号处理模块20对检测到的位移信号进行转换，控制器22对转换的信号进行运算处理。

控制器22还电连接通讯模块23，控制器22通过通讯模块23将桥梁位移远程发送给服务器。本实施例中，控制器通过GPRS通讯模块，将桥梁位移数据封成JSON数据报文，按照MQTT协议发送给服务器。

控制器22还电连接RTC时钟模组21，RTC时钟模组21包括低功耗的控制芯片和中控通讯模块。本实施例中，在控制芯片里设置控制器22的唤醒时间，控制芯片计时达到设置的唤醒时间时，控制芯片通过中控通讯模块唤醒控制器进行桥梁位移检测。

上支架1上连接控制盒9，控制盒9内部安装有电源25、信号处理模块20、RTC时钟模组21、控制器22、通讯模块23和PGA电路24，为了提高通讯模块23的发射能力，安装盒9外部安装有天线12，天线12电连接通讯模块23。

控制器22还电连接PGA电路24。PGA电路24是一种通用性很强的放大器，包括全平衡差动放大器模块、译码器模块和电阻开关阵列模块，全平衡差动放大器模块中的负反馈电阻分压器的电阻比确定该放大器的最大增益，通过译码器模块的译码结果控制电阻开关阵列模块衰减输入信号的衰减量，最终实现该放大器的增益的可调节。采用这种放大器，调节放大倍数，使AD转换器满量程信号达到均一化，因而提高测量精度。

本发明测量原理如下：检测传感器8安装时有对应的总体可移动位移和一量程电压，桥梁发生位移时，滑块8b和基座8a有相对位移，此时检测传感器8输出测量电压，测量电压与量程电压的之比等于当前位移和总体可移动位移之比，因此得到检测传感器8的测量电压即可得到当前桥梁的位移。信号处理模块20包括AD转换器，AD转换器的输入端分别接入检测传感器8的量程电压、测量电压和PGA电路24的采样电阻的电压。控制器22对AD转换器输出的数字信号运算处理得到桥梁位移，然后通过通讯模块23将桥梁位移数据发送给服务器。实际中，检测传感器8存在温漂，通过比例计算桥梁位移量可以消除温漂带来的影响。另外检测传感器8本身每段受温度影响是不一样的，当测量电压小于量程电压的三分之二时，PGA电路24改变采样电阻值，调节增益倍数，使AD转换器满量程信号达到均一化，提高测量精度。

一种桥梁位移检测方法，应用上述的一种桥梁位移检测装置，包括如下步骤：

1：在主控芯片设置控制器22的唤醒时间，主控芯片内部计时达到设置的唤醒时间时，主控芯片通过中控通讯模块唤醒控制器22进行桥梁位移检测；

2：AD转换器将检测传感器8的量程电压、输出电压和采样电阻的电压由模拟量转换为数字量并传递给控制器22；

3：控制器22对接收的数字量进行处理，如果测量电压小于量程电压的三分之二，PGA电路24的自动增益切换模组会根据测量电压值去切换采样电阻的大小，调节放大倍数，使AD转换器满量程信号达到均一化，以此来提高测量精度；

4：控制器22控制AD转换器快速使能50次，对三路信号值进行均方差运算和中值滤波，然后进行比例运算，得到当前位移量占总体可移动位移的百分比；

5：控制器22根据步骤4得到的百分比计算桥梁位移量；

6：控制器22通过通讯模块23将桥梁位移量发送给服务器，并发送给控制芯片一反馈信号，控制芯片接收反馈信号后重新计时。

如图4所示，***流程图具体如下：

步骤1：***上电，接入电源。

步骤2：硬件驱动初始化。控制器22尝试通过GPRS联网到服务器得到时间和建立通讯通道，然后初始化三路AD转换器的初始值，根据检测传感器8的初始测量电压值预设PGA电路24的采样电阻值以及RTC时钟模组21的时间信息。

步骤3：功能自检。控制器22对GPRS信号是否正常、服务器是否可连接、RTC模组21是否可成功设置、检测传感器8初始测量电压是否异常、电池电量是否过低、Flash信息可否正常存取进行自检，如果上述有任一功能出现异常，***重启。功能自检结束后，***会读取flash内容，查询是否进行过初始安装标定，如果没有标定，则读取检测传感器8的测量电压值进行标定，如果已标定，将该值读出使用。

步骤4：运行位移测量算法，如图5所示，使能AD转换器，开启三路高精度ADC，读取检测传感器的量程电压、测量电压和PGA电路的采样电阻的电压；如果检测传感器8的测量电压小于量程电压的三分之二时，运行精度补偿机制，改变PGA电路24的采样电阻值，调节放大倍数，使AD转换器满量程信号达到均一化；对AD转换器快速使能50次，运行均方差和中值滤波；根据测量电压与量程电压之比计算当前位移(总体可位移已知，初始安装时设定)；将桥梁位移封装为JSON数据报文。

步骤5：控制器22请求GPRS网络。

步骤6：GPRS网络请求成功后，控制器22按照MQTT协议，发送JSON格式的数据报文给服务器。

步骤7：发送完成后，控制器22停止检测，进入睡眠状态。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种桥梁位移检测装置，包括电源、检测传感器、信号处理模块和控制器，其特征在于：还包括上支架和下支架，所述上支架两端通过两第一直杆活动连接第一横板，所述上支架、两第一直杆和第一横板环绕固定在上桥墩四周，所述下支架两端通过两第二直杆活动连接第二横板，所述下支架、两第二直杆和第二横板环绕固定在下桥墩四周，所述检测传感器包括基座和相对基座水平运动的滑块，所述上支架背离第一横板一侧连接所述基座，所述下支架背离第二横板一侧活动连接两第三直杆，两所述第三直杆连接所述滑块；

所述电源提供工作电压，所述检测传感器电连接信号处理模块，所述信号处理模块电连接控制器，所述检测传感器检测桥梁的位移数据，所述信号处理模块对检测到的位移信号进行转换，所述控制器对转换的信号进行运算处理。

2.根据权利要求1所述的桥梁位移检测装置，其特征在于：所述控制器电连接通讯模块，所述控制器通过所述通讯模块将检测的桥梁位移数据发送给服务器。

3.根据权利要求1所述的桥梁位移检测装置，其特征在于：还包括RTC时钟模组，所述RTC时钟模组包括低功耗的控制芯片和中控通讯模块，所述控制芯片通过所述中控通讯模块唤醒所述控制器。

4.根据权利要求1所述的桥梁位移检测装置，其特征在于：所述上支架上连接控制盒。

5.根据权利要求1所述的桥梁位移检测装置，其特征在于：所述控制器电连接PGA电路。

6.根据权利要求5所述的桥梁位移检测装置，其特征在于：所述检测传感器有一量程电压，桥梁发生位移时检测传感器输出测量电压。

7.根据权利要求6所述的桥梁位移检测装置，其特征在于：所述信号处理模块是AD转换器，所述AD转换器的输入接口分别接入所述检测传感器的量程电压、检测传感器的测量电压和PGA电路的采样电阻的电压。

8.一种桥梁位移检测方法，应用如权利要求1-7任一项所述的一种桥梁位移检测装置，其特征在于：包括如下步骤；

1：在主控芯片设置控制器的唤醒时间，主控芯片内部计时达到设置的唤醒时间时，主控芯片通过中控通讯模块唤醒控制器进行桥梁位移检测；

2：AD转换器将检测传感器的量程电压、输出电压和采样电阻的电压由模拟量转换为数字量并传递给控制器；

3：控制器对接收的数字量进行处理，如果测量电压小于量程电压的三分之二，PGA电路的自动增益切换模组会根据测量电压值去切换采样电阻的大小，调节放大倍数，使AD转换器满量程信号达到均一化，以此提高测量精度；

4：控制器控制AD转换器快速使能50次，对三路信号值运行均方差和中值滤波，然后进行比例运算，得到当前位移量占总体可移动位移的百分比；

5：控制器根据步骤4得到的百分比计算桥梁位移量；

6：控制器通过通讯模块将桥梁位移量发送给服务器，并发送给控制芯片一反馈信号，控制芯片接收反馈信号后重新计时。