CN110514130A - 一种桥梁状况在线跟踪监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁状况在线跟踪监测***，所述***包括应变传感器，所述应变传感器包括密封保护壳、激光发射器、反射板、光电屏，其中：所述密封保护壳用于保护应变传感器的内部器件，并保证应变传感器内部环境的独立性；所述激光发射器用于发射光线；所述反射板用于反射激光发射器发射的光线；所述光电屏用于接收并感知反射板反射的光线。本发明提供的***可以不受桥梁上车辆的限制，无论桥梁处于静态还是动态，根据光电屏上光点位置的偏移量都可以得到桥梁实时的弯曲情况，不仅可以监测桥梁的承载能力，还可以监测桥梁的热胀冷缩及老化情况。

Description

一种桥梁状况在线跟踪监测***

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，特别涉及一种桥梁状况在线跟踪监测***。

背景技术

随着交通运输业的飞速发展，桥梁的作用显得日益重要，但是由于任务的繁重，负荷过大，导致桥梁的健康状况日益下降，为了提高交通运输的安全性，需要对桥梁的安全状况实行在线跟踪监测。

现有技术是在桥梁的两跨支撑之间的中间测量点上，同时安装垂直方向的加速度传感器和垂直方向的速度传感器，采集桥梁在车辆通过时所产生的垂直方向振动加速度和垂直方向振动速度信号，通过对该信号的计算与处理实现对桥梁健康安全状况的定量跟踪。但是这种方法只能在有车通过桥梁的情况下监测桥梁的健康安全状况，而桥梁会发生热胀冷缩，即使没有车，在热胀冷缩的影响下，桥梁也会发生形变，从而影响桥梁健康安全状况，并且随着时间的推移，桥梁逐渐老化，桥梁也会发生形变，这些都是桥梁存在的安全隐患。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种桥梁状况在线跟踪监测***，所述***包括应变传感器，所述应变传感器包括密封保护壳、激光发射器、反射板、光电屏，其中：

所述密封保护壳采用可塑材料制成，用于保护应变传感器的内部器件，并保证应变传感器内部环境的独立性；

所述激光发射器设置至少两个，所述激光发射器位于应变传感器的内部两端且关于应变传感器垂直中线对称，用于发射光线；

所述反射板设置两个，用于反射激光发射器发射的光线，所述反射板表面与激光发射器发射的光线垂直，两个所述反射板之间设置有隔离板，所述隔离板设置在应变传感器的垂直中线上，所述隔离板用于将应变传感器内部空间划分为两个独立且互不影响的空间；

所述光电屏设置在激光发射器的发射端一侧且与反射板平行，用于接收并感知反射板反射的光线，所述光电屏表面设有通光孔，所述通光孔用于激光发射器发射的光线通过。

进一步地，所述应变传感器一面设置有形变板，所述形变板采用可塑材料制成。

进一步地，所述应变传感器的一面与形变板表面固定在一起且紧密贴合。

进一步地，所述形变板两端均设置有可伸缩的安装支板，所述安装支板采用可塑材料制成，所述安装支板表面设置有安装孔，所述安装孔用于安装固定形变板。

进一步地，所述安装支板侧面设置有刻度，所述刻度用于对比形变板两端安装支板的伸缩长度。

进一步地，所述形变板两端表面均设置有固定螺栓，所述固定螺栓用于固定安装支板。

进一步地，所述***还包括处理器、显示器、转换器；

所述转换器输入端与光电屏输出端连接，所述转换器用于将光电屏感知到光线后产生的模拟信号转换成数字信号，所述数字信号包括应变传感器两端光电屏上光点的偏移量；

所述处理器输入端与转换器输出端连接，所述处理器通过函数模型对数字信号进行处理计算，所述函数模型如下：

P＝40*L/(S₁+S₂)

其中，P为桥梁健康指数，L为应变传感器初始状态时光电屏与反射板之间的距离，S₁、S₂分别为应变传感器两端光电屏上光点的偏移量；

所述显示器输入端与处理器输出端连接，所述显示器的显示界面与光电屏形状相同且按比例增大，用于显示光电屏上光点位置的变化。

本发明提供的***可以不受桥梁上车辆的限制，无论桥梁处于静态还是动态，根据光电屏上光点位置的偏移量都可以得到桥梁实时的弯曲情况，不仅可以监测桥梁的承载能力，还可以监测桥梁的热胀冷缩及老化情况。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的应变传感器安装结构示意图；

图2示出了本发明实施例的光电屏示意图；

图3示出了图1的仰视图；

图4示出了本发明实施例的应变传感器安装位置示意图；

图5示出了本发明实施例的监测已知监测点示意图；

图6示出了本发明实施例的监测已知监测点时光点位置示意图；

图7示出了本发明实施例的监测未知监测点示意图；

图8示出了本发明实施例的监测未知监测点时光点位置示意图。

图中：1、应变传感器；101、激光发射器；102、光电屏；103、密封保护壳；104、反射板；2、隔离板；3、通光孔；4、形变板；5、安装支板；6、安装孔；7、固定螺栓；8、桥梁。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种桥梁状况在线跟踪监测***，如图1所示，所述***包括应变传感器1，所述应变传感器1包括密封保护壳103、激光发射器101、反射板104、光电屏102。具体的，所述密封保护壳103采用可塑材料制成，用于保护应变传感器1的内部器件，并保证应变传感器1内部环境的独立性；所述激光发射器101设置至少两个，所述激光发射器101位于应变传感器1的内部两端且关于应变传感器1垂直中线对称，用于发射光线；所述反射板104设置两个，用于反射激光发射器101发射的光线，所述反射板104表面与激光发射器101发射的光线垂直，两个所述反射板104之间设置有隔离板2，所述隔离板2设置在应变传感器1的垂直中线上，所述隔离板2用于将应变传感器1内部空间划分为两个独立且互不影响的空间；所述光电屏102设置在激光发射器101的发射端一侧且与反射板104平行，用于接收并感知反射板104反射的光线，所述光电屏102表面设有通光孔3，所述通光孔3用于激光发射器101发射的光线通过。

所述应变传感器1一面设置有形变板4，所述形变板4采用可塑材料制成，所述应变传感器1的一面与形变板4表面固定在一起且紧密贴合。所述形变板4两端均设置有可伸缩的安装支板5，所述安装支板5采用可塑材料制成，所述安装支板5侧面设置有刻度，所述刻度用于对比形变板4两端安装支板5的伸缩长度。如图3所示，所述安装支板5表面设置有安装孔6，所述安装孔6用于安装固定形变板4，所述形变板4两端表面均设置有固定螺栓7，所述固定螺栓7用于固定安装支板5。

所述***还包括处理器、显示器、转换器；所述转换器输入端与光电屏102输出端连接，所述转换器用于将光电屏102感知到光线后产生的模拟信号转换成数字信号，所述数字信号包括应变传感器1两端光电屏102上光点的偏移量；所述处理器输入端与转换器输出端连接，所述处理器通过函数模型对数字信号进行处理计算，所述函数模型如下：

P＝40*L/(S₁+S₂)

其中，P为桥梁8健康指数，L为应变传感器1初始状态时光电屏102与反射板104之间的距离，S₁、S₂分别为应变传感器1两端光电屏102上光点的偏移量；所述显示器输入端与处理器输出端连接，所述显示器的显示界面与光电屏102形状相同且按比例增大，用于显示光电屏102上光点位置的变化。

示例性的，图1示出了本发明实施例的应变传感器安装结构示意图，如图1所示，应变传感器1中间位置设有隔离板2，应变传感器1整体关于隔离板2对称设置，并且隔离板2将应变传感器1内部空间分为两个相互独立、互不影响的空间。应变传感器1的每个独立空间中均包括激光发射器101、反射板104、光电屏102，具体的，每个独立空间中激光发射器101可设置一个、两个或者三个，但不限于此，本实施例中以每个独立空间中设置一个激光发射器101为例进行说明，即应变传感器1中共有两个激光发射器101，用于发射光线。隔离板2的两侧面均设有反射板104，用于反射光线，应变传感器1初始状态时，激光发射器101发射出的光线与反射板104垂直。激光发射器101的发射端一面设有光电屏102，用于接收并感知反射板104反射的光线。光电屏102为感光元件，当光线照射在光电屏102不同位置时，光电屏102产生的模拟信号不同。光电屏102一面与激光发射器101的发射端一侧紧密贴合，应变传感器1初始状态时，光电屏102与反射板104平行。图2示出了本发明实施例的光电屏示意图，如图2所示，光电屏102表面设有通光孔3，为了便于设备结构的协调，本实施例中的通光孔3设置在光电屏102表面的中间位置，但不限于此，通光孔3的直径不宜设置过大，为了不影响光电屏102的感知效果，通光孔3的直径设置非常小，优选的，直径设置为0.04mm～0.07mm，激光发射器101发射的光线可从通光孔3中通过并到达反射板104。应变传感器1的外侧设有密封保护壳103，用于保护应变传感器1的内部器件，并保证应变传感器1内部环境的独立性，其中密封保护壳103是由可塑材料制成，便于应变传感器1弯曲和复原。应变传感器1一面设置有形变板4，应变传感器1的中线与形变板4的中线重合，并且形变板4的表面与应变传感器1的一面固定且紧密贴合，其中形变板4采用可塑材料制成，便于形变板4弯曲和复原。形变板4两端均设置有可伸缩的安装支板5，安装支板5有利于提高形变板4以及应变传感器1形变的敏感程度，具体的，当安装支板5拉出时，安装支板5和形变板4作为一个整体的长度就会增长，长度越长，物体越容易发生形变，因此形变板4形变的敏感程度就会提高，又因为应变传感器1与形变板4固定且紧密贴合在一起，当形变板4发生形变时，就会带动应变传感器1一起发生形变，因此应变传感器1形变的敏感程度也会提高。其中安装支板5采用可塑材料制成，安装支板5侧面设置有刻度，刻度用于对比形变板4两端安装支板5的伸缩长度，示例性的，当形变板4一端的安装支板5拉出一定的长度时，形变板4另一端的安装支板5也需要拉出同样的长度，安装支板5拉出后，查看该安装支板5从形变板4一端拉出来的刻度数。示例性的，以5m为例，形变板4另一端的安装支板5按照刻度也拉出5m的长度，通过刻度有利于保证形变板4两端的安装支板5拉出来的长度相同。

图3示出了图1的仰视图，如图3所示，安装支板5表面设置有安装孔6，安装孔6用于安装固定形变板4，示例性的，每个安装支板5表面均设置有两个安装孔6。形变板4两端表面均设置有固定螺栓7，固定螺栓7用于固定安装支板5，示例性的，形变板4每端均设置有一个固定螺栓7。

本***工作时，需先在桥梁8底部选择一个或多个监测点，每个监测点上均安装一个应变传感器1，本实施例以一个监测点为例进行说明，示例性的，如图4所示，在桥梁8底部选择一个监测点，将形变板4紧贴在桥梁8底部，形变板4与桥梁8平行，并且形变板4的中心点与桥梁8的监测点在同一竖直线上，将形变板4两端的安装支板5分别拉出5m，拧紧固定螺栓7固定住安装支板5，再使螺钉通过安装孔6将形变板4和安装支板5一起固定在该位置上。当桥梁8上的车辆过多或桥梁8发生热胀冷缩或桥梁8老化时，桥梁8容易出现弯曲，当桥梁8弯曲的程度超过限定值时，桥梁8就会出现断裂，尤其是桥梁8弯曲部分的最低点最容易发生断裂，即监测点，需要在线跟踪监测，及时了解监测点的情况。其中，关于监测点有两种情况，一种是已知监测点的位置，即知道需要监测的位置；另一种是未知监测点的位置，即暂时不知道该监测哪个具***置。

示例性的，图5示出了本发明实施例的监测已知监测点示意图，如图5所示，桥梁8已知监测点位置出现弯曲，由于形变板4是紧贴且固定在桥梁8底部，因此形变板4也会随着桥梁8的弯曲而发生弯曲，进而应变传感器1发生弯曲。应变传感器1初始状态时，激光发射器101发射的光线与反射板104垂直，即激光发射器101发射的光线呈水平方向。当应变传感器1发生弯曲时，激光发射器101会出现摆动，激光发射器101发射的光线与反射板104就不是垂直状态，左端激光发射器101发射的光线与水平线会有一个夹角α，右端激光发射器101发射的光线与水平线会有一个夹角β，光线射在反射板104上的位置会发生偏移。当光线以与水平线呈夹角α的方向射向反射板104时，光线会以与水平线呈夹角α的方向反射出，此时入射光线与反射光线之间的夹角为2α；当光线以与水平线呈夹角β的方向射向反射板104时，光线会以与水平线呈夹角β的方向反射出，此时入射光线与反射光线之间的夹角为2β。光线射在光电屏102上的位置会发生偏移，并且光线在光电屏102上的位置偏移量大于光线在反射板104上的位置偏移量，偏移量的增加可以将桥梁8细微的变化进行放大，有利于观察和计算，提高了精确度。由于应变传感器1处于桥梁8的监测点位置，因此应变传感器1弯曲时，应变传感器1两端激光发射器101发射的光线经过反射板104的反射，光线都会落在光电屏102的下半部分。光电屏102感知到光线后会产生相应的模拟信号，模拟信号中包含应变传感器1两端光电屏102上光点的偏移量，模拟信号经过转换器转换成数字信号并发送到处理器，处理器根据函数模型

P＝40*L/(S₁+S₂)

计算得知当前已知监测点的健康状况，其中，P为桥梁8健康指数，L为应变传感器1初始状态时光电屏102与反射板104之间的距离，S₁、S₂分别为应变传感器1两端光电屏102上光点的偏移量，同时会在显示器的显示界面对应位置上显示光点，如图6所示，进行直观的展示，便于工作人员观察和研究。示例性的，L取5m，S₁、S₂分别取3、5，将其代入函数模型中计算得知P为25。

示例性的，图7示出了本发明实施例的监测未知监测点示意图，如图7所示，应变传感器1安装在桥梁8的非监测点位置，桥梁8未知监测点位置出现弯曲，由于形变板4是紧贴且固定在桥梁8底部，因此形变板4也会随着桥梁8的弯曲而发生弯曲，进而应变传感器1发生弯曲，其中光线偏移的原理与监测已知监测点相同。由于应变传感器1处于桥梁8的非监测点位置，因此应变传感器1弯曲时，应变传感器1两端激光发射器101发射的光线经过反射板104的反射，光线都会落在光电屏102上，具体的：当未知监测点位置在应变传感器1安装位置的右边时，应变传感器1左端光线会落在左端光电屏102的下半部分，应变传感器1右端光线会落在右端光电屏102的上半部分；当未知监测点位置在应变传感器1安装位置的左边时，应变传感器1左端光线会落在左端光电屏102的上半部分，应变传感器1右端光线会落在右端光电屏102的下半部分。本实施例以未知监测点位置在应变传感器1安装位置的右边为例进行说明，光电屏102感知到光线后会产生相应的模拟信号，模拟信号经过转换器转换成数字信号并发送到处理器，数字信号经过处理器的处理后，会在显示器的显示界面对应位置上显示光点，如图8示出了本发明实施例的监测未知监测点时光点位置示意图，通过观察光点偏移后在两端光电屏102的上半部分或下半部分，可以得知未知监测点在应变传感器1安装位置的哪一边，通过安装多个应变传感器1，就可以逐步确定未知监测点的具***置，进而对该监测点进行跟踪监测。

因此，对于已知监测点，本***可以直接对其进行监测，对于未知监测点，本***可以通过光点的位置变化判断出监测点位置，完成在线跟踪监测。

本发明提供的***可以不受桥梁8上车辆的限制，无论桥梁8处于静态还是动态，根据光电屏102上光点位置的偏移量都可以得到桥梁8实时的弯曲情况。当桥梁8发生热胀冷缩及老化情况，桥梁8会发生形变，但其形变的速度非常缓慢，因此桥梁8会持续处于某一形变状态一段时间。若桥梁8持续处于某一形变状态一段时间，后期形变恢复，***则认定桥梁8发生热胀冷缩，并根据桥梁8的形变程度得知桥梁8发生热胀冷缩时的健康状况；若桥梁8持续处于某一形变状态一段时间，后期形变不恢复，***则认定桥梁8发生老化，并根据桥梁8的形变程度得知桥梁8发生老化时的健康状况。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种桥梁状况在线跟踪监测***，所述***包括应变传感器(1)，其特征在于，所述应变传感器(1)包括密封保护壳(103)、激光发射器(101)、反射板(104)、光电屏(102)，其中：

所述密封保护壳(103)采用可塑材料制成，用于保护应变传感器(1)的内部器件，并保证应变传感器(1)内部环境的独立性；

所述激光发射器(101)设置至少两个，所述激光发射器(101)位于应变传感器(1)的内部两端且关于应变传感器(1)垂直中线对称，用于发射光线；

所述反射板(104)设置两个，用于反射激光发射器(101)发射的光线，所述反射板(104)表面与激光发射器(101)发射的光线垂直，两个所述反射板(104)之间设置有隔离板(2)，所述隔离板(2)设置在应变传感器(1)的垂直中线上，所述隔离板(2)用于将应变传感器(1)内部空间划分为两个独立且互不影响的空间；

所述光电屏(102)设置在激光发射器(101)的发射端一侧且与反射板(104)平行，用于接收并感知反射板(104)反射的光线，所述光电屏(102)表面设有通光孔(3)，所述通光孔(3)用于激光发射器(101)发射的光线通过。

2.根据权利要求1所述的桥梁状况在线跟踪监测***，其特征在于，所述应变传感器(1)一面设置有形变板(4)，所述形变板(4)采用可塑材料制成。

3.根据权利要求2所述的桥梁状况在线跟踪监测***，其特征在于，所述应变传感器(1)的一面与形变板(4)表面固定在一起且紧密贴合。

4.根据权利要求2所述的桥梁状况在线跟踪监测***，其特征在于，所述形变板(4)两端均设置有可伸缩的安装支板(5)，所述安装支板(5)采用可塑材料制成，所述安装支板(5)表面设置有安装孔(6)，所述安装孔(6)用于安装固定形变板(4)。

5.根据权利要求4所述的桥梁状况在线跟踪监测***，其特征在于，所述安装支板(5)侧面设置有刻度，所述刻度用于对比形变板(4)两端安装支板(5)的伸缩长度。

6.根据权利要求2-5任一项所述的桥梁状况在线跟踪监测***，其特征在于，所述形变板(4)两端表面均设置有固定螺栓(7)，所述固定螺栓(7)用于固定安装支板(5)。

7.根据权利要求1-5任一项所述的桥梁状况在线跟踪监测***，其特征在于，所述***还包括处理器、显示器、转换器；

所述转换器输入端与光电屏(102)输出端连接，所述转换器用于将光电屏(102)感知到光线后产生的模拟信号转换成数字信号，所述数字信号包括应变传感器(1)两端光电屏(102)上光点的偏移量；

所述处理器输入端与转换器输出端连接，所述处理器通过函数模型对数字信号进行处理计算，所述函数模型如下：

P＝40*L/(S₁+S₂)

其中，P为桥梁(8)健康指数，L为应变传感器(1)初始状态时光电屏(102)与反射板(104)之间的距离，S₁、S₂分别为应变传感器(1)两端光电屏(102)上光点的偏移量；

所述显示器输入端与处理器输出端连接，所述显示器的显示界面与光电屏(102)形状相同且按比例增大，用于显示光电屏(102)上光点位置的变化。