CN220288936U - 基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，包括三组对称准直激光位移测量传感器，相邻两组对称准直激光位移测量传感器中：第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁的测点P1、P2、P3处；第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁的测点P2、P3、P4处；第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁的测点P3、P4、P5处。同时实现了多功能、高精度测量以及便捷安装，且可以测量桥梁三个测点的挠度和梁端转角。

Description

基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和 梁端转角测量***

技术领域

本实用新型属于桥梁工程检测及桥梁健康监测领域，涉及一种基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***。

背景技术

中小跨桥梁数量巨大，在公路及铁路交通运输基础设施中占有极其重要的地位。中小跨桥梁在外界荷载的作用下产生变形形成挠度曲线，桥梁挠度曲线上的每一点，不仅存在挠度，还存在相对转角，即桥梁挠度曲线上的每一点的切线方向与水平面存在夹角。同样，在桥梁桥墩位置处的桥梁梁端也存在转角。中小跨桥梁静动挠度的测量是桥梁建设竣工验收、桥梁荷载试验、桥梁特定试验、桥梁运营管理等工作中极其重要的一项内容。在中小跨铁路桥梁中，为了保障梁桥的安全运营及列车运行的平顺性，不仅需要进行梁桥1/4、2/4、3/4三点位置的静动挠度测量，还需要对桥梁梁端转角进行测量。

目前，进行中小跨桥梁1/4-2/4-3/4三点静动挠度及桥梁梁端转角测量的方法、传感器及仪器设备有多种，但在实际应用中，还存在诸多不足，不能适应桥梁工程检测应用的需要，不能实现桥梁1/4-2/4-3/4三点静动挠度及桥梁梁端转角的实时动态高精度测量。采用水准仪、经纬仪、全站仪等仪器进行桥梁挠度检测，只能检测桥梁静态挠度，而且要封闭正常的交通。采用各种位移计如激光位移传感器、电子机械类位移计等进行桥梁挠度检测，需要在桥梁下部架设特定的支架，导致桥梁挠度现场测量操作繁琐，尤其不能用于跨越江河湖海的桥梁挠度检测以及跨越峡谷的高墩桥梁挠度检测。采用基于光学成像类光电传感器组成的测量***进行桥梁挠度检测，往往是采用单个成像***对桥梁的多个位置进行挠度测量，由于测量精度与成像距离有关，随着成像距离的增加，测量精度将显著下降，而且远距离成像会受到更大的大气湍流引起图像抖动的影响，同时，该类测量***不能高精度进行桥梁梁端转角测量，在使用中，需要安装在桥梁上或其它位置处的稳定平台上，给桥梁挠度测量带来极大不便。采用基于惯性类传感器如加速度计、倾角仪、陀螺仪等组成的测量***进行桥梁挠度和梁端转角测量，测量精度低。采用GPS定位***进行桥梁挠度检测，测量精度偏低。采用激光干涉仪、微波干涉仪等进行桥梁挠度检测，激光干涉仪、微波干涉仪需要安装在桥梁下部的江河的堤岸上，现场使用受到地理位置限制，且不能进行桥梁梁端转角测量。采用液体连通管类传感器进行桥梁挠度检测，仅能用于检测桥梁静挠度或准静态挠度，不能直接用于桥梁梁端转角测量。

如何高精度、实时测量桥梁1/4-2/4-3/4三点静动挠度值及桥梁梁端转角，一直是国内外桥梁工程应用极为重视的一项工作，也是国内外桥梁试验检测和监测工程中急需解决的技术难题。公开号为CN202222561645.5的实用新型公开了一种用于桥梁的链式激光挠度检测***，该专利在沿着桥梁跨径的方向上，选择桥梁挠度测点，在每个桥梁挠度测点，采用一个单向发射的准直激光器和一个接收器，用于测量临近的两个测点之间的单向的相对位移；由于桥梁上的每个测点，不仅存在位移，同时还存在转角，该转角引起准直激光器发射的准直激光束方向发生转动和接收器的转动。为了测量桥梁上测点的转角，在每个测点采用了倾角传感器测量该测点的转角，通过对测点的位移和转角进行数据处理获得桥梁挠度。对于中小跨桥梁，挠度的测量精度要求高，一般要求在十分之一毫米以内，甚至要求达到0.01mm以上。目前，由于倾角传感器的测角精度相对较低，如该专利采用的倾角传感器的测量精度为0.005°，由此在测点之间相距30米时，由倾角误差引起的位移测量误差及桥梁挠度测量误差为tg0.005°*30000mm＝2.617mm，实际的测量误差更大，倾角传感器引起的测角误差在厘米级，由此造成采用倾角传感器进行桥梁挠度测量，其整体测量精度偏低。因此，在测点利用一个单方向的准直激光器和倾角传感器进行桥梁挠度测量，其测量精度无法满足桥梁挠度高精度测量特别是中小跨桥梁挠度高精度测量的要求。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，以解决现有的中小跨桥梁挠度测量***无法同时实现多功能、高精度测量以及便捷安装，且无法同时测量桥梁挠度和桥梁梁端转角的问题。

本实用新型实施例所采用的第一技术方案是：基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，包括三组对称准直激光位移测量传感器；

相邻的两组对称准直激光位移测量传感器中：

第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁上部桥面上的测点P₁、P₂、P₃处；

第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁上部桥面上的测点P₂、P₃、P₄处；

第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁上部桥面上的测点P₃、P₄、P₅处；

测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅依次从左到右设置在桥梁上。

进一步的，每组所述的对称准直激光位移测量传感器，包括：

第一传感器，第一传感器包括一个对称准直激光器，对称准直激光器包括轴对称或中心对称的左准直激光器和右准直激光器；

第二传感器，第二传感器位于第一传感器的左侧，第二传感器包括一个右光电接收器，第二传感器的右光电接收器与第一传感器的左准直激光器对应，接收第一传感器的左准直激光器沿其激光发射方向发射的激光；

第三传感器，第三传感器位于第一传感器的右侧，第三传感器包括一个左光电接收器，第三传感器的左光电接收器与第一传感器的右准直激光器对应，接收第一传感器的右准直激光器沿其激光发射方向发射的激光。

进一步的，每组所述的对称准直激光位移测量传感器的第一传感器、第二传感器、第三传感器分别安装在对应的多功能底座上；

每个所述的多功能底座具备调节其上的第一传感器、第二传感器、第三传感器的高度、方位的功能；

每个所述的多功能底座上安装有测高传感器、倾角传感器、测距传感器和数据采集处理器；

每组所述的对称准直激光位移测量传感器的第二传感器的右光电接收器及其所在的多功能底座上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接；

每组所述的对称准直激光位移测量传感器的第三传感器的左光电接收器及其所在的多功能底座上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接。

进一步的，第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器与第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座上；

第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第三传感器、第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第一传感器与第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座上；

第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第三传感器与第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座上。

本实用新型实施例所采用的第二技术方案是：基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，包括如上所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其中：

测点P₁位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面上，测点P₅位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面上，测点P₂、P₃、P₄位于对应的桥梁挠度测点的桥面上；

所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，还包括：

左梁端转角测量传感器，左梁端转角测量传感器包括一个右准直激光器和一个左光电接收器；左梁端转角测量传感器的右准直激光器设置在测点P₁处，左梁端转角测量传感器的左光电接收器设置在测点P₂处；左梁端转角测量传感器的左光电接收器与其右准直激光器对应，接收其右准直激光器发射的激光，进行测点P₁的转角即桥梁的左梁端转角测量；

右梁端转角测量传感器，右梁端转角测量传感器包括一个左准直激光器和一个右光电接收器；右梁端转角测量传感器的左准直激光器设置在测点P₅处，右梁端转角测量传感器的右光电接收器设置在测点P₄处；右梁端转角测量传感器的右光电接收器与其左准直激光器对应，接收其左准直激光器发射的激光，进行测点P₅的转角即桥梁的右梁端转角测量。

进一步的，所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，还包括：

左桥墩沉降测量传感器，左桥墩沉降测量传感器包括一个右准直激光器和一个左光电接收器；左桥墩沉降测量传感器的右准直激光器设置在桥梁的左侧桥墩外的相对稳定测点P_L处，左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器设置在测点P₁处；左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器与其右准直激光器对应，接收其右准直激光器发射的激光，进行左侧桥墩的沉降测量；

右桥墩沉降测量传感器，右桥墩沉降测量传感器包括一个左准直激光器和一个右光电接收器；右桥墩沉降测量传感器的左准直激光器设置在桥梁的右侧桥墩外的相对稳定测点P_R处；右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器设置在测点P₅处，右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器与其左准直激光器对应，接收其左准直激光器发射的激光，进行右侧桥墩的沉降测量。

进一步的，左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器以及左梁端转角测量传感器的右准直激光器设置在第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器所在的多功能底座上；

左梁端转角测量传感器的左光电接收器设置在第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器所在的多功能底座上；

右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器以及右梁端转角测量传感器的左准直激光器设置在第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第三传感器所在的多功能底座上；

右梁端转角测量传感器的右光电接收器设置在第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器所在的多功能底座上。

本实用新型实施例的有益效果是：

(1)测量精度高：借助对称准直激光位移测量传感器，采用高分辨率光电芯片与高分辨率镜头组合，可以进行高分辨高速采样，可以满足桥梁挠度不同测量精度的要求，可用于桥梁静动挠度的高精度测量，测量精度可达到0.01mm以上；

(2)测量功能多：在桥梁桥面上的1/4、2/4、3/4三个挠度测点布设三组对称激光位移测量传感器，实现桥梁1/4、2/4、3/4三个测点挠度的高精度测量；在桥梁两端桥墩位置处的桥面上布设对称激光位移测量传感器，实现梁端转角的高精度测量。在桥梁两端桥墩外的两个相对稳定测点布设桥墩沉降测量传感器，可以测量桥梁两端桥墩的沉降；借助于二维面阵芯片的光电接收器，不仅可以测量桥梁竖向静动挠度和梁端转角，还可以测量桥梁的横向位移；同时，借助位于每个测点的测高传感器，可以获得桥梁桥面的初始线形；

(3)使用操作简单：本实用新型实施例的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，集对称准直激光位移测量传感器、测角传感器、测高传感器，测距传感器、数据采集处理器、多功能底座等精密结构等于一体，进行桥梁静动挠度测量时，可以直接将基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***安装布设在桥梁的桥面上进行桥梁挠度和梁端转角测量；

综上所述，本实用新型实施例的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，同时实现了多功能、高精度测量以及便捷安装，且可以测量桥梁三个测点的挠度和桥梁梁端转角，具有较高的应用前景，解决了现有的中小跨桥梁挠度测量***无法同时实现多功能、高精度测量以及便捷安装，且无法同时测量桥梁挠度和桥梁梁端转角的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是对称准直激光位移测量传感器的俯视结构示意图。

图2是多功能底座的安装布设示意图。

图3是对称准直激光位移测量传感器的测量原理图。

图4是基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***的桥梁初始线形测量原理图。

图5是基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***的桥梁变形后线形测量原理图。

图6是第一组对称准直激光位移测量传感器在初始时距离桥面的高度测量原理示意图。

图7是第一组对称准直激光位移测量传感器在桥梁变形后距离桥面的高度测量原理示意图。

图8是基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***的桥梁变形后线形及梁端转角测量原理图。

图9是图8的左侧放大图。

图10是图8的局部放大图。

图11是测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅之间均布时，桥梁1/4、2/4、3/4三测点的桥梁动态线形测量原理图。

图中，1.对称准直激光器，1-1.左准直激光器，1-2.右准直激光器，1-01.激光发射方向，2-1.左光电接收器，2-2.右光电接收器，3.多功能底座，4.三脚架，5.桥面，10.桥梁梁端连线，11.桥梁桥面初始线形，12.桥梁桥面变形后线形。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种对称准直激光位移测量传感器，如图1所示，包括：

第一传感器，第一传感器包括一个对称准直激光器1，对称准直激光器1包括左准直激光器1-1和右准直激光器1-2，左准直激光器1-1和右准直激光器1-2轴对称或中心对称；

第二传感器，第二传感器位于第一传感器的左侧，第二传感器包括一个右光电接收器2-2，第二传感器的右光电接收器2-2与第一传感器的左准直激光器1-1对应，接收第一传感器的左准直激光器1-1沿其激光发射方向1-01发射的激光；

第三传感器，第三传感器位于第一传感器的右侧，第三传感器包括一个左光电接收器2-1，第三传感器的左光电接收器2-1与第一传感器的右准直激光器1-2对应，接收第一传感器的右准直激光器1-2沿其激光发射方向1-01发射的激光；

第一传感器的左准直激光器1-1和右准直激光器1-2发射的准直激光束共轴或平行。

在一些实施例中，对称准直激光位移测量传感器的第一传感器、第二传感器、第三传感器分别安装在对应的多功能底座3上，如图2所示，多功能底座3安装在三脚架4上，三脚架4安装在桥面5上；

所述的多功能底座3具备调节其上的第一传感器、第二传感器、第三传感器的高度、方位的功能，且所述的多功能底座3上安装有测高传感器、倾角传感器、测距传感器和数据采集处理器；测高传感器用于测量多功能底座3距离桥面5的初始高度，倾角传感器用于测量多功能底座3与水平面的倾角，校正第一传感器、第二传感器、第三传感器倾斜引起的测量误差；测距传感器用于测量当前测点与相邻测点之间的水平距离；

对称准直激光位移测量传感器的第三传感器的左光电接收器2-1及其所在的多功能底座3上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接，该数据采集处理器根据对称准直激光位移测量传感器的第三传感器的左光电接收器2-1及其所在的多功能底座3上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的测量数据，计算对称准直激光位移测量传感器的第三传感器与其第二传感器之间的相对位移；

对称准直激光位移测量传感器的第二传感器的右光电接收器2-2及其所在的多功能底座3上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接，该数据采集处理器根据对称准直激光位移测量传感器的第二传感器的右光电接收器2-2及其所在的多功能底座3上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的测量数据，计算对称准直激光位移测量传感器的第二传感器与其第二传感器之间的相对位移。

在一些实施例中，所述的左光电接收器2-1和右光电接收器2-2采用二维面阵芯片，可以实现竖向和横向位移测量。

实施例2

本实施例提供一种基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，包括三组对称准直激光位移测量传感器；

相邻的两组对称准直激光位移测量传感器中：

第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面5上的测点P₁、P₂、P₃处；

第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面5上的测点P₂、P₃、P₄处；

第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面5上的测点P₃、P₄、P₅处；

通过该三组对称准直激光位移测量传感器组成的中小跨桥梁静动挠度测量***，实现梁静动挠度测量。

在一些实施例中，如图4～5所示，第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器与第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器的中心竖直对应；

第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第三传感器与第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第一传感器的中心竖直对应。

在一些实施例中，第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第一传感器与第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的中心竖直对应；

第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第三传感器与第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器的中心竖直对应。

在一些实施例中，位于测点P₂的第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器和第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器安装在同一多功能底座3上。

在一些实施例中，位于测点P₃的第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第三传感器、第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第一传感器和第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器安装在同一多功能底座3上。

在一些实施例中，位于测点P₄的第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第三传感器和第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器安装在同一多功能底座3上。

实施例3

本实施例提供一种基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，如图8所示，包括实施例2所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其中：

测点P₁位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面5上，测点P₅位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面5上，测点P₂、P₃、P₄位于对应的桥梁挠度测点的桥面5上；

所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，还包括：

左梁端转角测量传感器，左梁端转角测量传感器包括一个右准直激光器1-2和一个左光电接收器2-1，左梁端转角测量传感器的右准直激光器1-2设置在测点P₁处，左梁端转角测量传感器的左光电接收器2-1设置在测点P₂处，左梁端转角测量传感器的左光电接收器2-1与其右准直激光器1-2对应，接收其右准直激光器1-2发射的激光，进行测点P₁的转角即桥梁的左梁端转角测量；

右梁端转角测量传感器，右梁端转角测量传感器包括一个左准直激光器1-1和一个右光电接收器2-2，右梁端转角测量传感器的左准直激光器1-1设置在测点P₅处，右梁端转角测量传感器的右光电接收器2-2设置在测点P₄处，右梁端转角测量传感器的右光电接收器2-2与其左准直激光器1-1对应，接收其左准直激光器1-1发射的激光，进行测点P₅的转角即桥梁的右梁端转角测量。

在一些实施例中，左梁端转角测量传感器的右准直激光器1-2设置在第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器所在的多功能底座3上，左梁端转角测量传感器的左光电接收器2-1设置在第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器所在的多功能底座3上；

右梁端转角测量传感器的左准直激光器1-1设置在第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第三传感器所在的多功能底座3上，右梁端转角测量传感器的右光电接收器2-2设置在第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器所在的多功能底座3上。

在一些实施例中，所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，还包括：

左桥墩沉降测量传感器，左桥墩沉降测量传感器包括一个右准直激光器1-2和一个左光电接收器2-1，左桥墩沉降测量传感器的右准直激光器1-2设置在桥梁的左侧桥墩外的相对稳定测点P_L处，左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器2-1设置在测点P₁处，左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器2-1与其右准直激光器1-2对应，接收其右准直激光器1-2发射的激光，进行左侧桥墩的沉降测量，测点P_L与测点P₁的水平距离为S_L；

右桥墩沉降测量传感器，右桥墩沉降测量传感器包括一个左准直激光器1-1和一个右光电接收器2-2，右桥墩沉降测量传感器的左准直激光器1-1设置在桥梁的右侧桥墩外的相对稳定测点P_R处，右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器2-2设置在测点P₅处，右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器2-2与其左准直激光器1-1对应，接收其左准直激光器1-1发射的激光，进行右侧桥墩的沉降测量，测点P_R与测点P₅的水平距离为S_R。

在一些实施例中，左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器2-1设置在第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器所在的多功能底座3上；

右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器2-2设置在第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第三传感器所在的多功能底座3上。

实施例4

本实施例提供一种基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量方法，包括以下步骤：

步骤1、在桥梁上布设实施例1所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***；

步骤2、通过布设的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***的测量数据，计算桥梁挠度，具体过程如下：

步骤21、测量测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅对应的桥面初始位置在坐标系O-XY中的坐标y₁ ⁰、y₂ ⁰、y₃ ⁰、y₄ ⁰、y₅ ⁰，得到桥梁桥面初始线形11，具体过程如下：

如图3～4所示，S₁为测点P₁、P₂之间的距离，S₂为测点P₂、P₃之间的距离，S₃为测点P₃、P₄之间的距离，S₄为测点P₄、P₅之间的距离；C₁ ⁰C₁ ⁰’为第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁在测点P₁、P₂、P₃的初始测量基准，C₂ ⁰C₂ ⁰’为第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂在测点P₂、P₃、P₄的初始测量基准，C₃ ⁰C₃ ⁰’为第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃在测点P₃、P₄、P₅的初始测量基准；基于初始测量基准C₁ ⁰C₁ ⁰’，测量得到第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁在测点P₁、P₂、P₃的第二传感器的右光电接收器2-2中心、第一传感器的对称准直激光器1中心和第三传感器的左光电接收器2-1中心距离桥面5的初始高度h₁ ¹⁰、h₂ ¹⁰、h₃ ¹⁰；基于初始测量基准C₂ ⁰C₂ ⁰’，测量得到第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂在测点P₂、P₃、P₄的第二传感器的右光电接收器2-2中心、第一传感器的对称准直激光器1中心和第三传感器的左光电接收器2-1中心距离桥面5的初始高度h₁ ²⁰、h₂ ²⁰、h₃ ²⁰；基于初始测量基准C₃ ⁰C₃ ⁰’，测量得到第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃在测点P₃、P₄、P₅的第二传感器的右光电接收器2-2中心、第一传感器的对称准直激光器1中心和第三传感器的左光电接收器2-1中心距离桥面5的初始高度h₁ ³⁰、h₂ ³⁰、h₃ ³⁰；得到下述比例关系：

((h₃ ¹⁰+y₃ ⁰)-(h₁ ¹⁰+y₁ ⁰))/(S₁+S₂)＝((h₂ ¹⁰+y₂ ⁰)-(h₁ ¹⁰+y₁ ⁰))/S₁；

((h₃ ²⁰+y₄ ⁰)-(h₁ ²⁰+y₂ ⁰))/(S₂+S₃)＝((h₂ ²⁰+y₃ ⁰)-(h₁ ²⁰+y₂ ⁰))/S₂；

((h₃ ³⁰+y₅ ⁰)-(h₁ ³⁰+y₃ ⁰))/(S₃+S₄)＝((h₂ ³⁰+y₄ ⁰)-(h₁ ³⁰+y₃ ⁰))/S₃；

进而得到：

y₃ ⁰＝((S₁+S₂)y₂ ⁰-S₂y₁ ⁰+(S₁+S₂)h₂ ¹⁰-S₂h₁ ¹⁰-S₁h₃ ¹⁰)/S₁；

y₄ ⁰＝((S₂+S₃)y₃ ⁰-S₃y₂ ⁰+(S₂+S₃)h₂ ²⁰-S₃h₁ ²⁰-S₂h₃ ²⁰)/S₂；

y₅ ⁰＝((S₃+S₄)y₄ ⁰-S₄y₃ ⁰+(S₃+S₄)h₂ ³⁰-S₄h₁ ³⁰-S₃h₃ ³⁰)/S₃；

如图4所示，y₁ ⁰、y₅ ⁰为构建坐标系O-XY时X坐标轴与测点P₁、P₅的距离，当坐标系O-XY中X坐标轴过桥梁两端桥墩P₁₀、P₅₀连线即桥梁梁端连线10时，y₁ ⁰＝0、y₅ ⁰＝0；

最后，将h₁ ¹⁰、h₂ ¹⁰、h₃ ¹⁰、h₁ ²⁰、h₂ ²⁰、h₃ ²⁰、h₁ ³⁰、h₂ ³⁰、h₃ ³⁰、y₁ ⁰、y₅ ⁰带入上述y₃ ⁰、y₄ ⁰、y₅ ⁰的计算公式，求解得到y₂ ⁰、y₃ ⁰、y₄ ⁰，由此可以获得测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅对应的桥面初始位置的坐标：y₁ ⁰、y₂ ⁰、y₃ ⁰、y₄ ⁰、y₅ ⁰，进而得到桥梁桥面初始线形11；

步骤22、测量测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅对应的桥面位置在桥梁变形后在坐标系O-XY中的坐标y₁、y₂、y₃、y₄、y₅，得到桥梁桥面变形后线形12，具体过程如下：

如图5所示，C₁C₁’为桥梁变形后第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁在测点P₁、P₂、P₃的测量基准，C₂C₂’为桥梁变形后第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂在测点P₂、P₃、P₄的测量基准，C₃C₃’为桥梁变形后第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃在测点P₃、P₄、P₅的测量基准；基于测量基准C₁C₁’，通过第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器的右光电接收器2-2获得其中心距离桥面5的高度h₁ ¹，通过第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第三传感器的左光电接收器2-1获得其中心距离桥面5的高度h₃ ¹；基于测量基准C₂C₂’，通过第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器的右光电接收器2-2获得其中心距离桥面5的高度h₁ ²，通过第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第三传感器的左光电接收器2-1获得其中心距离桥面5的高度h₃ ²；基于测量基准C₃C₃’，通过第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的右光电接收器2-2获得其中心距离桥面5的高度h₁ ³，通过第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第三传感器的左光电接收器2-1获得其中心距离桥面5的高度h₃ ³，得到下述比例关系：

((h₃ ¹+y₃)-(h₁ ¹+y₁))/(S₁+S₂)＝((h₂ ¹+y₂)-(h₁ ¹+y₁))/S₁；

((h₃ ²+y₄)-(h₁ ²+y₂))/(S₂+S₃)＝((h₂ ²+y₃)-(h₁ ²+y₂))/S₂；

((h₃ ³+y₅)-(h₁ ³+y₃))/(S₃+S₄)＝((h₂ ³+y₄)-(h₁ ³+y₃))/S₃；

进而得到：

y₃＝((S₁+S₂)y₂-S₂y₁+(S₁+S₂)h₂ ¹-S₂h₁ ¹-S₁h₃ ¹)/S₁；

y₄＝((S₂+S₃)y₃-S₃y₂+(S₂+S₃)h₂ ²-S₃h₁ ²-S₂h₃ ²)/S₂；

y₅＝((S₃+S₄)y₄-S₄y₃+(S₃+S₄)h₂ ³-S₄h₁ ³-S₃h₃ ³)/S₃；

其中，h₂ ¹为桥梁变形后第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器的对称准直激光器1的中心距离桥面5的高度，h₂ ²桥梁变形后第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第一传感器的对称准直激光器1的中心距离桥面5的高度，h₂ ³桥梁变形后第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器的对称准直激光器1的中心距离桥面5的高度，h₂ ¹＝h₂ ¹⁰，h₂ ²＝h₂ ²⁰，h₂ ³＝h₂ ³⁰；

如图5所示，y₁、y₅为构建坐标系O-XY时X坐标轴与桥墩上的测点P₁、P₅的距离，坐标系O-XY中X坐标轴过桥梁梁端连线10时，y₁＝0、y₅＝0；

然后，将h₁ ¹、h₂ ¹、h₃ ¹、h₁ ²、h₂ ²、h₃ ²、h₁ ³、h₂ ³、h₃ ³、y₁、y₅带入上述y₃、y₄、y₅的计算公式，求解得到y₂、y₃、y₄，由此可以获得测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅对应的桥面线形变化的动态坐标：y₁、y₂、y₃、y₄、y₅，进而得到桥梁桥面变形后线形12；

步骤23、基于测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅在桥梁变形后在坐标系O-XY中的坐标y₁、y₂、y₃、y₄、y₅，以及测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅对应的桥面初始位置在坐标系O-XY中的初始坐标y₁ ⁰、y₂ ⁰、y₃ ⁰、y₄ ⁰、y₅ ⁰，按照下式计算测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅对应的桥梁挠度Δy₁、Δy₂、Δy₃、Δy₄、Δy₅：

Δy₁＝y₁-y₁ ⁰；

Δy₂＝y₂-y₂ ⁰；

Δy₃＝y₃-y₃ ⁰；

Δy₄＝y₄-y₄ ⁰；

Δy₅＝y₅-y₅ ⁰；

当坐标系O-XY中X坐标轴过桥梁梁端连线10时，Δy₁＝0、Δy₅＝0。

通过下述过程进行桥梁梁端转角测量：

如图8～10所示，通过左梁端转角测量传感器在测点P₁的右准直激光器1-2发射准直激光束照射其在测点P₂的左光电接收器2-1，测量得到δ_1-2，可得：

Δ_1-2＝δ_1-2+Δy₂；

其中，Δ_1-2为左梁端转角测量传感器的右准直激光器1-2的准直激光束由于测点P₁的转角θ₁在测点P₂处引起的位移值，δ_1-2为桥梁变形后测点P₂的坐标与左梁端转角测量传感器的左光电接收器2-1接收的其(左梁端转角测量传感器)右准直激光器1-2的激光光斑坐标之间的距离；

可以获得桥梁左侧桥墩上测点P₁的转角即桥梁左梁端转角θ₁：

θ₁＝tg^-1(Δ_1-2/S₁)；

通过右梁端转角测量传感器在测点P₅的左准直激光器1-1发射准直激光束照射其在测点P₄的右光电接收器2-2，测量得到δ_4-5，可得：

Δ_5-4＝δ_5-4+Δy₄；

其中，Δ_5-4为右梁端转角测量传感器的左准直激光器1-1的准直激光束由于测点P₅的转角θ₅在测点P₄处引起的位移值，δ_5-4为桥梁变形后测点P₄的坐标与右梁端转角测量传感器的右光电接收器2-2接收的其(右梁端转角测量传感器)左准直激光器1-1的激光光斑坐标之间的距离；

可以获得桥梁右侧桥墩上测点P₅的转角即桥梁右梁端转角θ₅：

θ₅＝tg^-1(Δ_5-4/S₄)。

在一些实施例中，如图6所示，h₁ ¹⁰、h₂ ¹⁰、h₃ ¹⁰分别对应为：第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器的右光电接收器2-2、第一传感器的对称准直激光器1、第三传感器的左光电接收器2-1所在的多功能底座3上部安装面距离桥面5的高度H_C1 ¹⁰、H_C2 ¹⁰、H_C3 ¹⁰，第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器的右光电接收器2-2中心、第一传感器的对称准直激光器1中心、第三传感器的左光电接收器2-1中心距离对应的多功能底座3上部安装面的高度H_G1 ¹⁰、H_G2 ¹⁰、H_G3 ¹⁰，这两者对应相加的综合值；同理，h₁ ²⁰、h₂ ²⁰、h₃ ²⁰分别为：第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器的右光电接收器2-2、第一传感器的对称准直激光器1、第三传感器的左光电接收器2-1所在的多功能底座3上部安装面距离桥面5的高度H_C1 ²⁰、H_C2 ²⁰、H_C3 ²⁰，第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器的右光电接收器2-2中心、第一传感器的对称准直激光器1中心、第三传感器的左光电接收器2-1中心距离对应的多功能底座3上部安装面的高度H_G1 ²⁰、H_G2 ²⁰、H_G3 ²⁰，这两者对应相加的综合值；h₁ ³⁰、h₂ ³⁰、h₃ ³⁰分别为：第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的右光电接收器2-2、第一传感器的对称准直激光器1、第三传感器的左光电接收器2-1所在的多功能底座3上部安装面距离桥面5的高度H_C1 ³⁰、H_C2 ³⁰、H_C3 ³⁰，第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的右光电接收器2-2中心、第一传感器的对称准直激光器1中心、第三传感器的左光电接收器2-1中心距离对应的多功能底座3上部安装面的高度H_G1 ³⁰、H_G2 ³⁰、H_G3 ³⁰，这两者对应相加的综合值。

在一些实施例中，如图7所示，h₁ ¹为：第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器的右光电接收器2-2中心距离桥面5的初始高度h₁ ¹⁰，桥梁变形后第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器的右光电接收器2-2获得的其中心的高度变化ΔH_G1 ¹，这两者做差的综合值；h₃ ¹为：第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第三传感器的左光电接收器2-1中心离桥面5的初始高度h₃ ¹⁰，桥梁变形后第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第三传感器的左光电接收器2-1获得的其中心的高度变化ΔH_G3 ¹，这两者做差的综合值；

同理，h₁ ²为：第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器的右光电接收器2-2中心距离桥面5的初始高度h₁ ²⁰，桥梁变形后第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器的右光电接收器2-2获得的其中心的高度变化ΔH_G1 ²，这两者做差的综合值；h₃ ²为：第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第三传感器的左光电接收器2-1中心离桥面5的初始高度h₃ ²⁰，桥梁变形后第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第三传感器的左光电接收器2-1获得的其中心的高度变化ΔH_G3 ²，这两者做差的综合值；

同理，h₁ ³为：第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的右光电接收器2-2中心距离桥面5的初始高度h₁ ³⁰，桥梁变形后第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的右光电接收器2-2获得的其中心的高度变化ΔH_G1 ³，这两者做差的综合值；h₃ ³为：第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第三传感器的左光电接收器2-1中心离桥面5的初始高度h₃ ³⁰，桥梁变形后第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第三传感器的左光电接收器2-1获得的其中心的高度变化ΔH_G3 ³，这两者做差的综合值。

在一些实施例中，当测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅之间均布，S₁＝S₂＝S₃＝S₄，可以获得桥梁1/4、2/4、3/4三测点的桥梁动态线形，如图11所示，桥梁变形后动态线形的计算如下：

y₃＝2y₂-y₁+(2h₂ ¹-h₁ ¹-h₃ ¹)；

y₄＝2y₃-y₂+(2h₂ ²-h₁ ²-h₃ ²)；

y₅＝2y₄-y₃+(2h₂ ³-h₁ ³-h₃ ³)。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其特征在于，包括三组对称准直激光位移测量传感器；

相邻的两组对称准直激光位移测量传感器中：

第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁上部桥面(5)上的测点P₁、P₂、P₃处；

第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁上部桥面(5)上的测点P₂、P₃、P₄处；

第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器、第一传感器和第三传感器对应设置在桥梁上部桥面(5)上的测点P₃、P₄、P₅处；

测点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅依次从左到右设置在桥梁上。

2.根据权利要求1所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其特征在于，每组所述的对称准直激光位移测量传感器，包括：

第一传感器，第一传感器包括一个对称准直激光器(1)，对称准直激光器(1)包括轴对称或中心对称的左准直激光器(1-1)和右准直激光器(1-2)；

第二传感器，第二传感器位于第一传感器的左侧，第二传感器包括一个右光电接收器(2-2)，第二传感器的右光电接收器(2-2)与第一传感器的左准直激光器(1-1)对应，接收第一传感器的左准直激光器(1-1)沿其激光发射方向(1-01)发射的激光；

第三传感器，第三传感器位于第一传感器的右侧，第三传感器包括一个左光电接收器(2-1)，第三传感器的左光电接收器(2-1)与第一传感器的右准直激光器(1-2)对应，接收第一传感器的右准直激光器(1-2)沿其激光发射方向(1-01)发射的激光。

3.根据权利要求2所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其特征在于，每组所述的对称准直激光位移测量传感器的第一传感器、第二传感器、第三传感器分别安装在对应的多功能底座(3)上；

每个所述的多功能底座(3)具备调节其上的第一传感器、第二传感器、第三传感器的高度、方位的功能；

每个所述的多功能底座(3)上安装有测高传感器、倾角传感器、测距传感器和数据采集处理器；

每组所述的对称准直激光位移测量传感器的第二传感器的右光电接收器(2-2)及其所在的多功能底座(3)上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接；

每组所述的对称准直激光位移测量传感器的第三传感器的左光电接收器(2-1)及其所在的多功能底座(3)上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接。

4.根据权利要求1～3任一项所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其特征在于，第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第二传感器与第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座(3)上；

第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第三传感器、第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第一传感器与第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第二传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座(3)上；

第二组对称准直激光位移测量传感器SDC₂的第三传感器与第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座(3)上。

5.基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其中：

测点P₁位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面(5)上，测点P₅位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面(5)上，测点P₂、P₃、P₄位于对应的桥梁挠度测点的桥面(5)上；

所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，还包括：

左梁端转角测量传感器，左梁端转角测量传感器包括一个右准直激光器(1-2)和一个左光电接收器(2-1)；左梁端转角测量传感器的右准直激光器(1-2)设置在测点P₁处，左梁端转角测量传感器的左光电接收器(2-1)设置在测点P₂处；左梁端转角测量传感器的左光电接收器(2-1)与其右准直激光器(1-2)对应，接收其右准直激光器(1-2)发射的激光，进行测点P₁的转角即桥梁的左梁端转角测量；

右梁端转角测量传感器，右梁端转角测量传感器包括一个左准直激光器(1-1)和一个右光电接收器(2-2)；右梁端转角测量传感器的左准直激光器(1-1)设置在测点P₅处，右梁端转角测量传感器的右光电接收器(2-2)设置在测点P₄处；右梁端转角测量传感器的右光电接收器(2-2)与其左准直激光器(1-1)对应，接收其左准直激光器(1-1)发射的激光，进行测点P₅的转角即桥梁的右梁端转角测量。

6.根据权利要求5所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，其特征在于，还包括：

左桥墩沉降测量传感器，左桥墩沉降测量传感器包括一个右准直激光器(1-2)和一个左光电接收器(2-1)；左桥墩沉降测量传感器的右准直激光器(1-2)设置在桥梁的左侧桥墩外的相对稳定测点P_L处，左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器(2-1)设置在测点P₁处；左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器(2-1)与其右准直激光器(1-2)对应，接收其右准直激光器(1-2)发射的激光，进行左侧桥墩的沉降测量；

右桥墩沉降测量传感器，右桥墩沉降测量传感器包括一个左准直激光器(1-1)和一个右光电接收器(2-2)；右桥墩沉降测量传感器的左准直激光器(1-1)设置在桥梁的右侧桥墩外的相对稳定测点P_R处；右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器(2-2)设置在测点P₅处，右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器(2-2)与其左准直激光器(1-1)对应，接收其左准直激光器(1-1)发射的激光，进行右侧桥墩的沉降测量。

7.根据权利要求6所述的基于对称准直激光位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，其特征在于，

左桥墩沉降测量传感器的左光电接收器(2-1)以及左梁端转角测量传感器的右准直激光器(1-2)设置在第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第二传感器所在的多功能底座(3)上；

左梁端转角测量传感器的左光电接收器(2-1)设置在第一组对称准直激光位移测量传感器SDC₁的第一传感器所在的多功能底座(3)上；

右桥墩沉降测量传感器的右光电接收器(2-2)以及右梁端转角测量传感器的左准直激光器(1-1)设置在第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第三传感器所在的多功能底座(3)上；

右梁端转角测量传感器的右光电接收器(2-2)设置在第三组对称准直激光位移测量传感器SDC₃的第一传感器所在的多功能底座(3)上。