CN115096484A - 一种用于桥梁应力监测的测力装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于桥梁应力监测的测力装置及方法，该装置包括：第一连接板和第二连接板，第一连接板和第二连接板分别用于与桥梁上的两个被测平面连接；传感臂，传感臂的两端分别与第一连接板和第二连接板铰接，传感臂上设置有光纤传感器；光纤光栅解调仪，与光纤传感器连接；分析单元，与光纤光栅解调仪连接，分析单元用于根据光纤光栅解调仪输出的光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据变化量计算桥梁的受力；该装置具有两端分别铰接在第一连接板和第二连接板上的传感臂，传感臂上设置有光纤传感器，通过光纤传感器能够对桥梁上的两个被测平面之间的相对距离变化量进行准确地监测，并能够计算桥梁的受力。
Description
技术领域
本发明属于桥梁应力监测技术领域，更具体地，涉及一种用于桥梁应力监测的测力装置及方法。
背景技术
一般的桥梁通常会设计为双向车道，增加通行的方便。随着交通运力的压力，桥梁设计的双向车道越来越多，在这种情况下行车造成的桥梁压力，特别是扭转压力往往会增加安全隐患。因此，实时地监测桥梁结构的应力变化，特别是正压力与扭转应力就成为一项重要的安全措施。对于桥梁的测力，主要集中在桥墩的盖梁与桥的主梁之间，不同的桥梁设计，盖梁与主梁之间的距离也存在一定的差别，并且即使是同一桥梁，因为施工原因，间距也无法做到完全统一。这对于测力装置的安装是一个挑战，如何简单灵活地在不同间距的监测面之间安装测力装置，对桥梁进行精准地测力成设计难点。
发明内容
本发明的目的是现有技术中针对桥梁测力的困难，提供一种用于桥梁应力监测的测力装置及方法，该装置具有两端分别铰接在第一连接板和第二连接板上的传感臂，传感臂上设置有光纤传感器，通过光纤传感器能够对桥梁上的两个被测平面之间的相对距离的变化量进行准确地监测，进一步通过上述变化量测算桥梁当前的受力情况，并且能够适应两个被测平面之间间距不同的情况，安装方便灵活。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于桥梁应力监测的测力装置，该装置包括：
第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板分别用于与桥梁上的两个被测平面连接；
传感臂，所述传感臂的两端分别与所述第一连接板和第二连接板铰接，所述传感臂上设置有光纤传感器；
光纤光栅解调仪，与所述光纤传感器连接；
分析单元，与所述光纤光栅解调仪连接，所述分析单元用于根据所述光纤光栅解调仪输出的所述光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据所述变化量计算桥梁的受力。
可选地，所述第一连接板和所述第二连接板分别与桥梁的盖梁与主梁之间。
可选地，所述光纤传感器为长标距光纤光栅。
可选地，所述传感臂的两端通过活动轴分别与所述第一连接板和所述第二连接板铰接。
可选地，还包括温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述光栅传感器并排设置在所述传感臂上，所述温度补偿光栅仅有一端固定在所述传感臂上，使得所述温度补偿光栅对所述传感臂的形变无响应，所述温度补偿光栅用于监测由温度变化引起的所述传感臂的变形。
可选地，所述分析单元能够根据所述温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离变化量进行修正。
本发明还提供一种用于桥梁应力监测的测力方法，利用上述的用于桥梁应力监测的测力装置，该方法包括：
将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上；
根据光纤光栅解调仪输出的所述光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据所述变化量计算桥梁的受力。
可选地，所述将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上包括：
将第一连接板固定在一个被测平面上；
在将第二连接板固定在另一个被测平面上时使得传感臂受到设定压力。
可选地，还包括：
在传感臂上与光栅传感器并排设置温度补偿光栅；
根据所述温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离变化量进行修正。
可选地，在桥梁上安装多个所述用于桥梁应力监测的测力装置，根据多个所述用于桥梁应力监测的测力装置的监测结果评估所述桥梁的扭转应力变化。
本发明提供一种用于桥梁应力监测的测力装置及方法，其有益效果在于：
1、该装置具有两端分别铰接在第一连接板和第二连接板上的传感臂，传感臂上设置有光纤传感器，通过光纤传感器能够对桥梁上的两个被测平面之间的相对距离的变化量进行准确地监测，进一步通过上述变化量测算桥梁当前的承重情况，并且能够适应两个被测平面之间间距不同的情况，安装方便灵活；
2、该装置还具有温度补偿光栅，分析单元能够根据所述温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的压力进行修正，消除温度对应力的影响，提高监测的准确性；
3、该方法能够利用多个该装置监通过测定指定位置的被测平面之间的相对距离的变化量监测桥梁上不同位置的压力状况，并根据多个用于桥梁应力监测的测力装置的监测结果评估所述桥梁的扭转应力变化。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种用于桥梁应力监测的测力装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种用于桥梁应力监测的测力方法的流程图。
附图标记说明：
1、第一连接板；2、第二连接板；3、传感臂；4、光栅传感器；5、活动轴。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种用于桥梁应力监测的测力装置，该装置包括：
第一连接板和第二连接板，第一连接板和第二连接板分别用于与桥梁上的两个被测平面连接；
传感臂，传感臂的两端分别与第一连接板和第二连接板铰接，传感臂上设置有光纤传感器；
光纤光栅解调仪，与光纤传感器连接；
分析单元，与光纤光栅解调仪连接，分析单元用于根据光纤光栅解调仪输出的光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据变化量计算桥梁的受力。
具体的，第一连接板和第二连接板上可以设置安装孔，通过安装孔可以将第一连接板和第二连接板固定在两个被测平面之间，该装置的第一连接板、第二连接板与传感臂形成Z字形的支架式结构，可以灵活地调整第一连接板与第二连接板之间的距离，以适应不同间距的两个被测平面使用；传感臂上的光纤传感器能够随传感臂的受力变形而产生应变，光纤光栅解调仪能够解调光纤传感器的监测信号，通过解调光纤传感器的峰位移动能够得到两个被测平面之间的相对距离的变化量，分析单元能够通过上述变化量测算桥梁当前的承重情况，达到桥梁的测力效果。
可选地，第一连接板和第二连接板分别与桥梁的盖梁与主梁之间。
具体的，对桥墩的盖梁与桥的主梁之间进行测定形变，在桥梁的测定变形中比较具有代表性。
可选地，光纤传感器为长标距光纤光栅。
具体的，采用长标距光纤光栅作为光栅传感器，长标距光纤光栅置于传感臂上，可以测量传感臂的伸缩变化；长标距光纤光栅接入光纤光栅解调仪，通过解调长标距光纤光栅的峰位移动，得到每个用于桥梁应力监测的测力装置所监测的两个被测平面之间的相对距离的变化量。
可选地，传感臂的两端通过活动轴分别与第一连接板和第二连接板铰接。
具体的，带有活动轴的传感臂可以随第一连接板和第二连接板的安装位置不同而调节第一连接板与第二连接板之间的间距。
可选地，还包括温度补偿光栅，温度补偿光栅与光栅传感器并排设置在传感臂上，温度补偿光栅用于监测由温度变化引起的传感臂的变形。
具体的，长标距光纤光栅附近有温度补偿光栅，温度补偿光栅单端固定，对支撑臂的形变无响应，温度补偿光栅用于监测不同传感臂位置由于温度变化引起的传感臂形变。
可选地，分析单元能够根据温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离的变化量进行修正。
本发明还提供一种用于桥梁应力监测的测力方法，利用上述的用于桥梁应力监测的测力装置，该方法包括：
将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上；
根据光纤光栅解调仪输出的光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据变化量计算桥梁的受力。
可选地，将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上包括：
将第一连接板固定在一个被测平面上；
在将第二连接板固定在另一个被测平面上时使得传感臂受到设定压力。
可选地，还包括：
在传感臂上与光栅传感器并排设置温度补偿光栅；
根据温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离形变进行修正。
可选地，在桥梁上安装多个用于桥梁应力监测的测力装置，根据多个用于桥梁应力监测的测力装置的监测结果评估桥梁的扭转应力变化。
具体的，通过在桥梁两侧安装多个用于桥梁应力监测的测力装置，可以通过每个用于桥梁应力监测的测力装置所监测到的正压力的变化计算评估整个桥梁的扭转应力变化。
实施例
如图1所示，本发明提供一种用于桥梁应力监测的测力装置，该装置包括：
第一连接板1和第二连接板2，第一连接板1和第二连接板2分别用于与桥梁上的两个被测平面连接；
传感臂3，传感臂3的两端分别与第一连接板1和第二连接板2铰接，传感臂3上设置有光纤传感器4；
光纤光栅解调仪，与光纤传感器4连接；
分析单元，与光纤光栅解调仪连接，分析单元用于根据光纤光栅解调仪输出的光纤传感器4的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据变化量计算桥梁的受力。
在本实施例中，第一连接板1和第二连接板2分别与桥梁的盖梁与主梁之间。
在本实施例中，光纤传感器4为长标距光纤光栅。
在本实施例中，传感臂3的两端通过活动轴5分别与第一连接板1和第二连接板2铰接。
在本实施例中，还包括温度补偿光栅，温度补偿光栅与光栅传感器并排设置在传感臂3上，温度补偿光栅仅有一端固定在传感臂3上，使得温度补偿光栅对传感臂3的形变无响应，温度补偿光栅用于监测由温度变化能够引起的传感臂3的变形。
在本实施例中，分析单元能够根据温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离变化量进行修正。
如图2所示，本发明还提供一种用于桥梁应力监测的测力方法，利用上述的用于桥梁应力监测的测力装置，该方法包括：
将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上；
根据光纤光栅解调仪输出的光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据变化量计算桥梁的受力。
在本实施例中，将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上包括：
将第一连接板固定在一个被测平面上；
在将第二连接板固定在另一个被测平面上时使得传感臂受到设定压力。
在本实施例中，还包括：
在传感臂上与光栅传感器并排设置温度补偿光栅；
根据温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离变化量进行修正。
在本实施例中，在桥梁上安装多个用于桥梁应力监测的测力装置，根据多个用于桥梁应力监测的测力装置的监测结果评估桥梁的扭转应力变化。
综上，本发明提供的用于桥梁应力监测的测力方法实施时，利用上述用于桥梁应力监测的测力装置，监测过程为：
1、在桥梁上选择平整的位置，使第一连接板1和第二连接板2可以稳固地安装于两个被测平面之间。
2、在一个被测平面上固定第二连接板2，固定的方式可以为焊接或是栓定等，在固定过程中要求第二连接板2与被测面之间不产生水平相对滑动。
3、手动打开该装置，并给第一连接板1施加一横向力，可以采用安装锤敲击或横向千斤顶的方案，使传感臂3受力，对其预置应力，预置应力为设定压力；此过程以光纤光栅解调仪对长标距光纤光栅进行监测，达到设定压力要求后，对第一连接板1在另一个被测平面上进行固定；通过设定压力的预置，该装置可以同时测量两个被测平面之间下压及拉伸的正压力；也可以选择相反的顺序，先固定第一连接板1，然后打开该装置，给第二连接板2施加横向力并产生设定压力后固定第二连接板2。
4、将多个该装置安装在桥梁的不同位置上，所有的光栅传感器4都接入光纤光栅解调仪，通过解调长标距光纤光栅的峰位移动，得到每个该装置的正压力变化。
5、通过解调温度补偿光栅的峰位移动，得到温度应力补偿，并对长标距光纤光栅测量的正压力进行修正。
6、通过修正后的正压力的变化，得到桥梁的受力情况。
7、与数据库中的桥梁的预设应力极限对比，对于超过预设的应力极限的情况，予***以记录、报警，并通知负责人。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种用于桥梁应力监测的测力装置，其特征在于，该装置包括：
第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板分别用于与桥梁上的两个被测平面连接；
传感臂，所述传感臂的两端分别与所述第一连接板和第二连接板铰接，所述传感臂上设置有光纤传感器；
光纤光栅解调仪，与所述光纤传感器连接；
分析单元，与所述光纤光栅解调仪连接，所述分析单元用于根据所述光纤光栅解调仪输出的所述光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据所述变化量计算桥梁的受力。
2.根据权利要求1所述的用于桥梁应力监测的测力装置，其特征在于，所述第一连接板和所述第二连接板分别与桥梁的盖梁与主梁之间。
3.根据权利要求1所述的用于桥梁应力监测的测力装置，其特征在于，所述光纤传感器为长标距光纤光栅。
4.根据权利要求1所述的用于桥梁应力监测的测力装置，其特征在于，所述传感臂的两端通过活动轴分别与所述第一连接板和所述第二连接板铰接。
5.根据权利要求1所述的用于桥梁应力监测的测力装置，其特征在于，还包括温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述光栅传感器并排设置在所述传感臂上，所述温度补偿光栅仅有一端固定在所述传感臂上，使得所述温度补偿光栅对所述传感臂的形变无响应，所述温度补偿光栅用于监测由温度变化引起的所述传感臂的变形。
6.根据权利要求5所述的用于桥梁应力监测的测力装置，其特征在于，所述分析单元能够根据所述温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离变化量进行修正。
7.一种用于桥梁应力监测的测力方法，利用根据权利要求1-6任一项所述的用于桥梁应力监测的测力装置，其特征在于，该方法包括：
将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上；
根据光纤光栅解调仪输出的所述光纤传感器的监测信号获取两个被测平面之间的相对距离变化量，并根据所述变化量计算桥梁的受力。
8.根据权利要求7所述的用于桥梁应力监测的测力方法，其特征在于，所述将第一连接板和第二连接板分别固定在桥梁上的两个被测平面上包括：
将第一连接板固定在一个被测平面上；
在将第二连接板固定在另一个被测平面上时使得传感臂受到设定压力。
9.根据权利要求7所述的用于桥梁应力监测的测力方法，其特征在于，还包括：
在传感臂上与光栅传感器并排设置温度补偿光栅；
根据所述温度补偿光栅的监测结果对两个被测平面之间的相对距离变化量进行修正。
10.根据权利要求7所述的用于桥梁应力监测的测力方法，其特征在于，在桥梁上安装多个所述用于桥梁应力监测的测力装置，根据多个所述用于桥梁应力监测的测力装置的监测结果评估所述桥梁的扭转应力变化。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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