CN201438141U - 一种桥梁动挠度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种桥梁动挠度测试装置，包括安装在桥梁上的传感部件、采集仪及控制器和数据输出单元，传感部件包括磁致伸缩位移传感器和拉索，该磁致伸缩位移传感器包括顺序连接的波导丝、测杆和电子部件，以及可移动的磁环。用锚固***将拉索连接在桥墩交接点处，将磁致伸缩位移传感器测杆外的可移动磁环固定在拉索上，磁致伸缩位移传感器放在跨中点处，将所测数据传输到采集仪上，再传输到控制器，经控制器分析处理后传送到数据输出单元输出。本实用新型装置可长期实时地对桥梁进行动挠度的监测，测量过程中敏感元件是非接触的，可不断重复检测，而不会对传感器造成任何磨损，大大地提高了检测的可靠性和使用寿命。

Description

一种桥梁动挠度测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种桥梁监测设备，尤其是一种监测桥梁动挠度的测试装置。

背景技术

相对于其他基础设施，公路桥梁造价高、投资大，社会效益和影响巨大。在桥梁运营中，受到环境、使用、老化等原因的影响，桥梁肯定会出现垂直方向的变形，即通常所说的挠度，这种现象就是桥梁健康状况的一个重要表现，如果变形加剧，达到一定程度桥梁就有出现坍塌的危险。进行桥梁载荷试验，收集桥梁挠度变化信息，能够判断已经投入使用的桥梁的健康状况从而保证桥梁能够安全健康地运营，保证桥梁在运营时的安全性并可以积累设计经验。

动挠度检测技术是桥梁监测的一种，即监测桥梁在某个时间点或者短时间的挠度值，现有技术只能进行临时测量，不能进行长时间的自动记录，更不能进行长期实时地检测。这样造成了每次观测的时间和人力的耗费，并且桥梁的挠度变化信息不能连续地、长期地进行收集，采集数据误差较大，无法精确预测桥梁的使用状况。专利申请号为“200710106918”，专利名称为“一种桥梁监测***”的发明专利申请公布了一种桥梁监测***，主要利用计算机***控制数据的采集和处理，可用于组建大型桥梁监控网，实现桥梁的自动监测，但该发明着重于对检测的自动控制和检测数据的后期处理，无法保证检测数据的可靠性和提高检测装置的使用寿命。因此，在桥梁荷载检测方面，缺乏一种长期的实时的动挠度测量技术装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种桥梁动挠度测试装置，能实时长期地进行桥梁动挠度检测，降低桥梁荷载试验的动挠度检测人力物力成本，提高桥梁动挠度测量的效率，保证检测数据的可靠性和提高检测装置的使用寿命。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种桥梁动挠度测试装置，包括安装在桥梁上的传感部件、与所述传感部件顺序相连的数据采集仪、控制器及数据输出单元，其中，所述的传感部件为磁致伸缩位移传感器。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述磁致伸缩位移传感器包括波导丝、测杆和电子部件，以及套在所述测杆外并可沿所述测杆移动的磁环，所述波导丝在所述测杆内部并与所述电子部件连接，所述测杆安装在所述电子部件上方或下方。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，还包括测定桥梁测试定点的测量部件以及连接部件和张紧部件。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述的传感部件还包括拉索，其一端通过所述连接部件与桥梁连结，另一端与所述磁环连接，所述张紧部件拉紧所述拉索。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述的磁致伸缩位移传感器还包括安装支架，所述磁致伸缩位移传感器固定在所述安装支架上。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述的测量部件为全站仪或水准仪。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述的连接部件为锚固***，所述锚固***包括转向钢筋、锚垫板和锚具。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述的张紧部件为千斤顶。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述的桥梁测试定点为两个桥墩交接点和跨中点。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述磁致伸缩位移传感器设置在所述桥梁测试定点的跨中点处。

上述的桥梁动挠度测试装置，其中，所述拉索与所述桥梁测试定点的两个桥墩交接点处固结或铰接。

本实用新型的有益功效在于：可以长期实时地对桥梁进行动挠度的监测，降低了桥梁动挠度检测人力物力成本，提高了桥梁动挠度测量的效率，而且由于测量过程中敏感元件是非接触的，可以不断重复检测，而不会对传感器造成任何磨损，大大地提高了检测的可靠性和使用寿命。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1本实用新型一实施例的工作状态示意图；

图2图1的A-A向视图；

图3本实用新型结构框图；

图4本实用新型的磁致伸缩位移传感器的结构图；

图5磁致伸缩位移传感器工作原理示意图。

其中，附图标记

1传感部件

11磁致伸缩位移传感器

111波导丝

1112外管

112测杆

113电子部件

114磁环

115安装支架

12拉索

2数据采集仪

3控制器

31数据输出单元

4连接部件

5磁环磁场

6波导丝扭矩脉冲磁场

7桥墩交接点

8跨中点

9测量部件

10张紧部件

100桥梁

101桥墩

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：请参见图1、图2及图3，图1为本实用新型一实施例的工作状态示意图，图2为图1的A-A向剖视图，图3为本实用新型结构框图。如图所示，本实用新型的桥梁动挠度测试装置，包括传感部件1、与传感部件1连接的数据采集仪2、与数据采集仪2连接的控制器3以及与控制器3连接的数据输出单元31，还包括用于确定桥梁测试定点的测量部件9、用于连接传感部件1与桥梁100的连接部件4及用于张紧传感部件中的拉索12的张紧部件10，其中，传感部件1包括磁致伸缩位移传感器11和拉索12。

本实施例中，控制器3为计算机，但不限于此，也可为其他具有控制及数据接受、存储及分析功能的电子设备；数据输出单元31可为显示屏、打印机或其他可进行数据输出的设备，且数据输出单元31与控制器3、控制器3与数据采集仪2均可为有线或无线连接方式，以实现监测的现场测控或远程测控；测量部件9为全站仪、水准仪或其它定位仪器，连接部件4为锚固***，该锚固***包括转向钢筋、锚垫板和锚具(图未示)，张紧部件10为千斤顶(图未示)或其它张拉设备，由于以上均为成熟的现有技术，不是本实用新型发明的重点，故在本实施例中不做详细描述。下面详细介绍应用于对桥梁动挠度的测试的传感部件1。

物质有热胀冷缩的现象，但除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长和缩短。铁磁性物质在外磁场的作用下，其尺寸伸长(或缩短)，去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象(或效应)。此现象的机理是：铁磁或亚铁磁材料在居里点以下发生自发磁化，形成磁畴。在每个磁畴内。晶格都沿磁化强度方向发生形变。当施加外磁场时，材料内部随即取向的磁畴发生旋转，是各磁畴的磁化方向趋于一致，物体对外显示的宏观效应即沿磁场方向伸长或缩短。磁致伸缩技术原理是利用两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。

磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。请参见图4及图5，图4为本实用新型的磁致伸缩位移传感器结构图，图5为磁致伸缩位移传感器的工作原理示意图。磁致伸缩位移传感器11的测量元件是一根波导丝111，波导丝111内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由磁致伸缩位移传感器11的电子部件113内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导丝111内传输，从而在波导丝111外产生一个波导丝扭矩脉冲磁场6，当该波导丝扭矩脉冲磁场6和套在波导丝111上作为位置变化的活动磁环114产生的磁环磁场5相交时，由于磁致伸缩的作用，波导丝111内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子部件113所检测到。这两个磁场一个来自在传感器外面的活动磁环114，另一个则源自传感器内波导丝111(Waveguide)的电流脉冲，而这个电流脉冲其实是由位于传感器下部的固有电子部件113所产生的。当两个磁场相交时，所产生的一个应变脉冲(Strain Pulse)会以声音的固定速度运行回电子部件113的感测线圈。从产生电流脉冲的一刻到测到返回应变脉冲所需要的时间周期乘以这个固定速度，便能准确地计算出磁环114位置的变动。如图5所示，这个过程是连续不断的，所以每当磁环114被带动时，新的位置很快就会被感测出来。由于输出信号是一个真正的绝对位置输出，而不是按比例或需要再放大处理的信号，所以不存在信号飘移或变值的情况，因此不必像其它位移传感器一样需要定期重标和维护。此外，它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于***自动化工作，即使在恶劣的环境下(如容易受油渍、尘埃或其他的污染及高温、高压和强振动的场合)，也能正常工作。

请参见图4，本实用新型的磁致伸缩传感器11包括顺序连接的波导丝111、测杆112和电子部件113，以及套装于测杆112外并可沿测杆112移动的磁环114，还包括安装支架115，本实施例中该安装支架115为法兰磁环安装支架，磁致伸缩位移传感器11固定于该法兰磁环安装支架上。在测量动挠度时磁致伸缩位移传感器11的电子部件113产生电流脉冲，此电流同时产生一磁场沿波导丝向下运动；在磁致伸缩位移传感器11的测杆112外的可移动磁环114沿测杆112随拉索12的变动而移动，将所测数据传输到数据采集仪2上进行记录，并将所记录数据传输到数据输出及数据分析存储单元3上进行处理。本实用新型的控制器3，采用相对式测试方法，即对所测试的信号做修正处理。

应用磁致伸缩位移传感器测试桥梁100的动挠度时，用全站仪或水准仪定出两个桥墩101的桥墩交接点7处和跨中点8处位置，用锚固***将拉索12固结或铰接在桥墩交接点7处，利用千斤顶将拉索12拉紧，将磁致伸缩位移传感器测杆112外的可移动磁环114固定在拉索12上，磁致伸缩位移传感器11固定在安装支架115上放在跨中点8处。本实施例中，测量部件9选用全站仪，该全站仪采用测角精度为2″，测距精度为±2mm+2ppm的高精度全站仪。全站仪放线定位，主要定两个桥墩交接点7处和跨中点8处坐标，由于钢绞线松弛，重力、张力的原因，跨中点8处必定有一定的下挠，因此要控制下挠值，且用于修正实测挠度值。全站仪测试点为：桥墩100处拉索12张拉端；拉索12跨中点(挠度测试点)；对比试验的参考点(地面)。根据监测需要，全站仪测试点也可为两个桥墩交接点和跨中点或其它任意测量位置。

拉索12选用可施加预应力的材料。拉索12的选择，依照实际情况估算的张拉力大小和张拉的拉索的固有频率进行计算，通过计算所得数据来选择。为了使张拉的拉索的固有频率在4Hz以下，在张拉时要严格控制张拉力的大小，控制张拉力以设计应力为准且以全站仪观测的结果作为拉索张拉是否达到要求的基本准则，拉索的两端铰接的拉索力计算公式如下：

$T=\frac{4m{L}^2{f}_n^2}{n^{2}g}$

f_n------拉索的第n阶自振频率；

L-------拉索的计算长度；

n--------振动阶数；

m--------单位拉索长的质量(线密度)；

T----------拉索的张力；

本实例选用直径为5.24mm的钢绞线，实际张拉吨位按3～10吨取。由于该桥梁跨中拱起，故锚固端固定于桥梁连续处过人门洞上部约50～80cm(参见图1)，这样可以保证跨中点8处钢绞线的位置略高出跨中测试点，便于固定测试磁致伸缩位移传感器11。张拉控制应力的确定和控制，力求达到设计应力值。待张拉完毕后，利用测试仪器测试钢绞线的自振频率，用于修正该自振频率和设计频率的差别，控制钢绞线的实际频率在4Hz以下。根据力和频率的关系，拉索12拉的越紧，频率越高，因此，拉索12以跨中垂度小(控制在1mm以内)为准，即拉直即可，这样可控制拉索的频率较低。

本实用新型可在桥梁上设置多个以对单个桥梁的多个测试点同时进行监测，也可同时在多个桥梁上设置本实用新型，用于在桥梁分布零散的情况下组建大型监控网，通过具有数据收发及处理功能的监测中心计算机实现远程实时监测。

本实用新型可以长期实时地对桥梁进行动挠度的监测，降低了桥梁动挠度检测人力物力成本，提高了桥梁动挠度测量的效率，而且由于测量过程中敏感元件是非接触的，可以不断重复检测，而不会对传感器造成任何磨损，大大地提高了检测的可靠性和使用寿命。另外，本实用新型还可用于对桥梁动挠度的测试试验。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种桥梁动挠度测试装置，包括安装在桥梁上的传感部件、与所述传感部件顺序相连的数据采集仪、控制器及数据输出单元，其特征在于，所述的传感部件为磁致伸缩位移传感器。

2.如权利要求1所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述磁致伸缩位移传感器包括波导丝、测杆和电子部件，以及套在所述测杆外并可沿所述测杆移动的磁环，所述波导丝在所述测杆内部并与所述电子部件连接，所述测杆安装在所述电子部件上方或下方。

3.如权利要求1或2所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，还包括测定桥梁测试定点的测量部件以及连接部件和张紧部件。

4.如权利要求1或2所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述的传感部件还包括拉索，其一端通过所述连接部件与桥梁连结，另一端与所述磁环连接，所述张紧部件拉紧所述拉索。

5.如权利要求1或2所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述的磁致伸缩位移传感器还包括安装支架，所述磁致伸缩位移传感器固定在所述安装支架上。

6.如权利要求3所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述的测量部件为全站仪或水准仪。

7.如权利要求3所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述的连接部件为锚固***，所述锚固***包括转向钢筋、锚垫板和锚具。

8.如权利要求3所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述的张紧部件为千斤顶。

9.如权利要求3所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述的桥梁测试定点为两个桥墩交接点和跨中点。

10.如权利要求9所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述磁致伸缩位移传感器设置在所述桥梁测试定点的跨中点处。

11.如权利要求9所述的桥梁动挠度测试装置，其特征在于，所述拉索与所述桥梁测试定点的两个桥墩交接点处固结或铰接。

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