CN220288937U - 基于对称光电成像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光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，包括三组对称光电成像位移测量传感器，相邻两组对称光电成像位移测量传感器中：第一组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次设置在桥梁的测点S1、S2、S3处；第二组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次设置在桥梁的测点S2、S3、S4处；第三组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次设置在桥梁的测点S3、S4、S5处。可以测量桥面上三个测点的挠度及梁端转角，同时实现了多功能、高精度测量及便捷安装。

Description

基于对称光电成像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，涉及一种基于对称光电成像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

中小跨桥梁挠度的高精度测量，是公路桥梁建设竣工验收、桥梁荷载试验、桥梁运营管理等工作中及其重要的一项内容。对于铁路中小跨桥梁，不仅要测量挠度，也需要测量桥梁梁端转角。这是因为随着铁路运输密度和列车牵引重量的加大以及列车运行速度的提高，高铁列车运行速度已超过300km/h以上，为了确保铁路列车通过桥梁时的行车安全以及桥梁本身的安全运营，保障旅客列车的舒适度，在铁路运营养护管理中，必须严格控制铁路桥梁的挠度和梁端竖向转角。

现有中小跨桥梁挠度及桥梁梁端转角的测量技术还存在一些问题及不足。采用水准仪、全站仪等仪器进行桥梁挠度检测，只能检测桥梁静挠度，不能检测桥梁动挠度，检测效率低，检测过程中常常要封闭正常的交通。基于光学成像的光电挠度仪进行桥梁挠度检测时，由于采用单个成像***对桥梁的多个位置进行挠度测量，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，且目前的光电挠度仪不能进行桥梁梁端转角测量，在使用中需要安装在稳定平台上，给桥梁挠度测量带来极大不便。采用电子、机械、光电类位移计和位移传感器进行桥梁挠度测量，需要在桥梁下部架设安装传感器的支架，导致桥梁挠度现场测量操作繁琐，尤其不能用于江河湖海及高墩大跨桥梁挠度检测。采用加速度计、倾角仪、陀螺仪等惯性类传感器进行桥梁挠度测量，桥梁挠度测量精度低。借助于倾角仪进行桥梁梁端转角测量，由于倾角传感器测量精度的限制，桥梁梁端转角测量精度偏低。基于GSS定位***进行桥梁挠度检测，挠度精度低，不能直接用于梁端转角测量。采用激光扫描仪、微波干涉仪等进行桥梁挠度检测，现场使用受到地理位置限制，需要安装在江河的堤岸上，不能进行桥梁梁端转角测量。采用液体连通管传感器组成的桥梁挠度检测测量***，仅能用于检测竖向一维的桥梁静挠度或准静态挠度，不能直接用于梁端转角测量。

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光电成像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：基于对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，包括三组对称光电成像位移测量传感器；

相邻的两组对称光电成像位移测量传感器中：

第一组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、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上的测点S₁、S₂、S₃处；

第二组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、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上的测点S₂、S₃、S₄处；

第三组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、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上的测点S₃、S₄、S₅处。

进一步的，每组所述的对称光电成像位移测量传感器，包括：

第一传感器，第一传感器包括一个对称光学成像***，对称光学成像***包括轴对称或中心对称的右光学成像***和左光学成像***，右光学成像***沿其主光线方向对右侧的物体成像，左光学成像***沿其主光线方向对左侧的物体成像；

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发光光源，第一传感器的左光学成像***与第二传感器的右发光光源对应，对第二传感器的右发光光源成像；

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发光光源，第一传感器的右光学成像***与第三传感器的左发光光源对应，对第三传感器的左发光光源成像。

进一步的，每组所述的对称光电成像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；

每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的左光学成像***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；

每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的右光学成像***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，第二组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器与第一组对称光电成像位移测量传感器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；

第一组对称光电成像位移测量传感器的第三传感器、第二组对称光电成像位移测量传感器的第一传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器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；

第二组对称光电成像位移测量传感器的第三传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的中心竖直对应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：基于对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量***，如上所述的基于对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其中：

测点S₁位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面上，测点S₅位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面上，测点S₂、S₃、S₄位于对应的桥梁挠度测点的桥面上；

所述的基于对称光电成像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左发光光源和一个右光学成像***；左梁端转角测量传感器的右光学成像***设置在测点S₁处，左梁端转角测量传感器的左发光光源设置在测点S₂处，左梁端转角测量传感器的右光学成像***沿其主光线方向对左梁端转角测量传感器的左发光光源成像，进行测点S₁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右发光光源和一个左光学成像***，右梁端转角测量传感器的左光学成像***设置在测点S₅处，右梁端转角测量传感器的右发光光源设置在测点S₄处，右梁端转角测量传感器的左光学成像***沿其主光线方向对右梁端转角测量传感器的右发光光源成像，进行测点S₅的转角即桥梁的右梁端转角测量。

进一步的，所述的基于对称光电成像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发光光源和一个左光学成像***；左桥墩沉降测量传感器的右发光光源设置在桥梁的左侧桥墩外的相对稳定测点S_L处，左桥墩沉降测量传感器的左光学成像***设置在左桥墩上的测点S₁处；左桥墩沉降测量传感器的左光学成像***与其右发光光源对应，对其右发光光源成像，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发光光源和一个右光学成像***；右桥墩沉降测量传感器的左发光光源设置在桥梁的右侧桥墩外的相对稳定测点S_R处，右桥墩沉降测量传感器的右光学成像***设置在右桥墩上的测点S₅处；右桥墩沉降测量传感器的右光学成像***与其左发光光源对应，对其左发光光源成像，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学成像***以及左梁端转角测量传感器的右光学成像***设置在第一组对称光电成像位移测量传感器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得左发光光源设置在第一组对称光电成像位移测量传感器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学成像***以及右梁端转角测量传感器的左光学成像***设置在第三组对称光电成像位移测量传感器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发光光源设置在第三组对称光电成像位移测量传感器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光电成像位移测量传感器，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及桥面上布设左右梁端转角测量传感器，实现梁端转角的高精度测量；在桥梁两端桥墩外的相对稳定测点及桥墩上布设左右桥墩沉降测量传感器，可以测量桥梁两端桥墩的沉降；借助于光学成像***的光电接收器的二维面阵芯片，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；

(2)测量精度高：借助对称光电成像位移测量传感器中的高分辨光电率光电芯片及高分辨率镜头，可以实现高分辨高速采样，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，满足桥梁挠度不同测量精度的要求；

(3)使用操作简单：本实用新型实施例可以直接将基于对称光电成像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光电成像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是对称光电成像位移测量传感器的第一结构俯视示意图。

图2是对称光电成像位移测量传感器的第二结构俯视示意图。

图3是对称光电成像位移测量传感器的第三结构俯视示意图。

图4是多功能底座的安装布设示意图。

图5是对称光电成像位移测量传感器的测量原理图。

图6是基于对称光电成像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7是基于对称光电成像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8是第一组对称光电成像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9是第一组对称光电成像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10是基于对称光电成像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11是图10的左侧放大图。

图12是图10的右侧放大图。

图中，1.对称发光光源，1-1.右发光光源，1-2.左发光光源，2.对称光学成像***，2-1.右光学成像***，2-2.左光学成像***，3.多功能底座，4.三脚架，5.桥面，20-1.第一组对称光电成像位移测量传感器，20-1-1.左梁端转角测量传感器，20-2.第二组对称光电成像位移测量传感器，20-3.第三组对称光电成像位移测量传感器，20-3-1.右梁端转角测量传感器，21.桥梁梁端连线，22.桥梁桥面初始线形，23.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光电成像位移测量传感器，如图1～3所示，包括：

第一传感器，第一传感器包括一个对称光学成像***2，对称光学成像***2包括轴对称或中心对称的右光学成像***2-1和左光学成像***2-2，右光学成像***2-1沿其主光线方向对右侧的物体成像，左光学成像***2-2沿其主光线方向对左侧的物体成像；第一传感器的左光学成像***2-2和右光学成像***2-1的主光线共轴或平行；

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发光光源1-1，所述右发光光源1-1向右发射定向光束，第一传感器的左光学成像***2-2与第二传感器的右发光光源1-1对应，对第二传感器的右发光光源1-1成像；

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发光光源1-2，所述左发光光源1-2向左发射定向光束，第一传感器的右光学成像***2-1与第三传感器的左发光光源1-2对应，对第三传感器的左发光光源1-2成像。

在一些实施例中，对称光电成像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；

对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的左光学成像***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光电成像位移测量传感器的第一传感器的左光学成像***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，计算对称光电成像位移测量传感器的第一传感器与其第二传感器之间的相对位移；

对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的右光学成像***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光电成像位移测量传感器的第二传感器的右光学成像***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，计算对称光电成像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，所述的右光学成像***2-1、左光学成像***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光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，如图6所示，包括三组对称光电成像位移测量传感器；

相邻的两组对称光电成像位移测量传感器中：

第一组对称光电成像位移测量传感器20-1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S₁、S₂、S₃处；

第二组对称光电成像位移测量传感器20-2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S₂、S₃、S₄处；

第三组对称光电成像位移测量传感器20-3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S₃、S₄、S₅处；

通过该三组对称光电成像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，第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器与第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第一传感器的中心竖直对应；

第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第三传感器与第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第一传感器的中心竖直对应。

在一些实施例中，第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第一传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第二传感器的中心竖直对应；

第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第三传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第一传感器的中心竖直对应。

在一些实施例中，位于测点S₂的第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第一传感器和第二组对称光电成像位移测量传感器20-2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S₃的第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第三传感器、第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第一传感器和第三组对称光电成像位移测量传感器20-3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S₄的第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第三传感器和第三组对称光电成像位移测量传感器20-3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光电成像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10所示，包括实施例2所述的基于对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其中，测点S₁位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面5上，测点S₅位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面5上，测点S₂、S₃、S₄位于对应的桥梁挠度测点的桥面5上；

所述的基于对称光电成像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20-1-1，左梁端转角测量传感器20-1-1包括一个左发光光源1-2和一个右光学成像***2-1；左梁端转角测量传感器20-1-1的右光学成像***2-1设置在测点S₁处，左梁端转角测量传感器20-1-1的左发光光源1-2设置在测点S₂处；左梁端转角测量传感器20-1-1的右光学成像***2-1沿其主光线方向对左梁端转角测量传感器20-1-1的左发光光源1-2成像，实现测点S₁的转角即桥梁的左梁端转角测量；

右梁端转角测量传感器20-3-1，右梁端转角测量传感器20-3-1包括一个右发光光源1-1和一个左光学成像***2-2；右梁端转角测量传感器20-3-1的左光学成像***2-2设置在测点S₅处，右梁端转角测量传感器20-3-1的右发光光源1-1设置在测点S₄处；右梁端转角测量传感器20-3-1的左光学成像***2-2沿其主光线方向对右梁端转角测量传感器20-3-1的右发光光源1-1成像，实现测点S₅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20-1-1的右光学成像***2-1设置在第一组对称光电成像位移测量传感器20-1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20-1-1的左发光光源1-2设置在第一组对称光电成像位移测量传感器20-1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20-3-1的左光学成像***2-2设置在第三组对称光电成像位移测量传感器20-3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20-3-1的右发光光源1-1设置在第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第一传感器所在的多功能底座3上；

当测点S₂处的第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第一传感器和第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器安装在同一多功能底座3上时，左梁端转角测量传感器20-1-1的左发光光源1-2与第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器的右发光光源1-1形成对称发光光源1，如图4所示；

当测点S₄处的第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第三传感器和第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第一传感器安装在同一多功能底座3上时，右梁端转角测量传感器20-3-1的右发光光源1-1与第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第三传感器的左发光光源1-2形成对称发光光源1，如图4所示。

在一些实施例中，所述的基于对称光电成像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发光光源1-1和一个左光学成像***2-2；左桥墩沉降测量传感器的右发光光源1-1设置在桥梁的左侧桥墩外的相对稳定测点S_L处，左桥墩沉降测量传感器的左光学成像***2-2设置在左桥墩上的测点S₁处，测点S_L与测点S₁的水平距离为L_L；左桥墩沉降测量传感器的左光学成像***2-2与其右发光光源1-1对应，对其右发光光源1-1成像，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发光光源1-2和一个右光学成像***2-1；右桥墩沉降测量传感器的左发光光源1-2设置在桥梁的右侧桥墩外的相对稳定测点S_R处，右桥墩沉降测量传感器的右光学成像***2-1设置在右桥墩上的测点S₅处，测点S_R与测点S₅的水平距离为L_R；右桥墩沉降测量传感器的右光学成像***2-1与其左发光光源1-2对应，对其左发光光源1-2成像，进行右侧桥墩的沉降测量。

在一些实施例中，左桥墩沉降测量传感器的左光学成像***2-2设置在第一组对称光电成像位移测量传感器20-1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学成像***2-1设置在第三组对称光电成像位移测量传感器20-3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光电成像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3所述的基于对称光电成像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光电成像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S₁、S₂、S₃、S₄、S₅对应的桥面位置初始在坐标系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22，具体过程如下：

如图5～6所示，L₁为测点S₁、S₂之间的距离，L₂为测点S₂、S₃之间的距离，L₃为测点S₃、S₄之间的距离，L₄为测点S₄、S₅之间的距离；C₁C₁’为第一组对称光电成像位移测量传感器20-1在测点S₁、S₂、S₃的测量基准，C₂C₂’为第二组对称光电成像位移测量传感器20-2在测点S₂、S₃、S₄的测量基准，C₃C₃’为第三组对称光电成像位移测量传感器20-3在测点S₃、S₄、S₅的测量基准；基于测量基准C₁C₁’，测量得到第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第二传感器的右发光光源1-1中心、第一传感器的对称光学成像***2中心、第三传感器的左发光光源1-2中心距离桥面5的初始高度h₁ ¹⁰、h₂ ¹⁰、h₃ ¹⁰；基于测量基准C₂C₂’，测量得到第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器的右发光光源1-1中心、第一传感器的对称光学成像***2中心、第三传感器的左发光光源1-2中心距离桥面5的初始高度h₁ ²⁰、h₂ ²⁰、h₃ ²⁰；基于测量基准C₃C₃’，测量得到第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第二传感器的右发光光源1-1中心、第一传感器的对称光学成像***2中心、第三传感器的左发光光源1-2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))/(L₁+L₂)＝((h₂ ¹⁰+y₂ ⁰)-(h₁ ¹⁰+y₁ ⁰))/L₁；

((h₃ ²⁰+y₄ ⁰)-(h₁ ²⁰+y₂ ⁰))/(L₂+L₃)＝((h₂ ²⁰+y₃ ⁰)-(h₁ ²⁰+y₂ ⁰))/L₂；

((h₃ ³⁰+y₅ ⁰)-(h₁ ³⁰+y₃ ⁰))/(L₃+L₄)＝((h₂ ³⁰+y₄ ⁰)-(h₁ ³⁰+y₃ ⁰))/L₃；

进而得到：

y₃ ⁰＝((L₁+L₂)y₂ ⁰-L₂y₁ ⁰+(L₁+L₂)h₂ ¹⁰-L₂h₁ ¹⁰-L₁h₃ ¹⁰)/L₁；

y₄ ⁰＝((L₂+L₃)y₃ ⁰-L₃y₂ ⁰+(L₂+L₃)h₂ ²⁰-L₃h₁ ²⁰-L₂h₃ ²⁰)/L₂；

y₅ ⁰＝((L₃+L₄)y₄ ⁰-L₄y₃ ⁰+(L₃+L₄)h₂ ³⁰-L₄h₁ ³⁰-L₃h₃ ³⁰)/L₃；

如图6所示，y₁ ⁰、y₅ ⁰为构建坐标系O-XY时X坐标轴与测点S₁、S₅的距离，当坐标系O-XY中X坐标轴过桥梁两端桥墩连线即桥梁梁端连线21时，y₁ ⁰＝0、y₅ ⁰＝0；

然后，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S₁、S₂、S₃、S₄、S₅对应的桥面位置的初始坐标：y₁ ⁰、y₂ ⁰、y₃ ⁰、y₄ ⁰、y₅ ⁰，进而得到桥梁桥面初始线形22，如图5所示；

步骤22、测量测点S₁、S₂、S₃、S₄、S₅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23，如图7所示，具体过程如下：

基于测量基准C₁C₁’，通过第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第一传感器的对称光学成像***2测量得到桥梁变形后第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第二传感器的右发光光源1-1中心、第三传感器的左发光光源1-2中心距离桥面5的高度h₁ ¹、h₃ ¹；基于测量基准C₂C₂’，通过第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第一传感器的对称光学成像***2测量得到桥梁变形后第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器的右发光光源1-1中心、第三传感器的左发光光源1-2中心距离桥面5的高度h₁ ²、h₃ ²；基于测量基准C₃C₃’，通过第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第一传感器的对称光学成像***2测量得到桥梁变形后第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第二传感器的右发光光源1-1中心、第三传感器的左发光光源1-2中心距离桥面5的高度h₁ ³、h₃ ³；得到下述比例关系：

((h₃ ¹+y₃)-(h₁ ¹+y₁))/(L₁+L₂)＝((h₂ ¹+y₂)-(h₁ ¹+y₁))/L₁；

((h₃ ²+y₄)-(h₁ ²+y₂))/(L₂+L₃)＝((h₂ ²+y₃)-(h₁ ²+y₂))/L₂；

((h₃ ³+y₅)-(h₁ ³+y₃))/(L₃+L₄)＝((h₂ ³+y₄)-(h₁ ³+y₃))/L₃；

进而得到：

y₃＝((L₁+L₂)y₂-L₂y₁+(L₁+L₂)h₂ ¹-L₂h₁ ¹-L₁h₃ ¹)/L₁；

y₄＝((L₂+L₃)y₃-L₃y₂+(L₂+L₃)h₂ ²-L₃h₁ ²-L₂h₃ ²)/L₂；

y₅＝((L₃+L₄)y₄-L₄y₃+(L₃+L₄)h₂ ³-L₄h₁ ³-L₃h₃ ³)/L₃；

其中，h₂ ¹为桥梁变形后第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第一传感器的对称光学成像***2的中心距离桥面5的高度，h₂ ²桥梁变形后第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第一传感器的对称光学成像***2的中心距离桥面5的高度，h₂ ³桥梁变形后第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第一传感器的对称光学成像***2的中心距离桥面5的高度，h₂ ¹＝h₂ ¹⁰，h₂ ²＝h₂ ²⁰，h₂ ³＝h₂ ³⁰；y₁、y₅为坐标系O-XY的X坐标轴与测点S₁、S₅的距离，坐标系O-XY中X坐标轴过桥梁梁端连线21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S₁、S₂、S₃、S₄、S₅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23；

步骤23、基于测点S₁、S₂、S₃、S₄、S₅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S₁、S₂、S₃、S₄、S₅对应的桥面位置在坐标系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S₁、S₂、S₃、S₄、S₅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21时，Δy₁＝0、Δy₅＝0。

通过下述过程进行桥梁梁端转角测量：

如图10～12所示，通过左梁端转角测量传感器20-1-1的右光学成像***2-1对其左发光光源1-2成像，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20-1-1对其左发光光源1-2成像的右光学成像***2-1的光轴由于测点S₁的转角θ₁在测点S₂处引起的位移值；δ_1-2为：桥梁变形后测点S₂的坐标，与左梁端转角测量传感器20-1-1的右光学成像***2-1对其左发光光源1-2成像的光轴之间的距离；

进而获得桥梁左侧桥墩上测点S₁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20-3-1的左光学成像***2-2对其右发光光源1-1成像，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20-3-1对其右发光光源1-1成像的左光学成像***2-2的光轴由于测点S₅的转角θ₅在测点S₄处引起的位移值；δ_5-4为：桥梁变形后测点S₄的坐标，与右梁端转角测量传感器20-3-1的左光学成像***2-2对其右发光光源1-1成像的光轴之间的距离；

进而获得桥梁右侧桥墩上测点S₅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8所示，h₁ ¹⁰、h₂ ¹⁰、h₃ ¹⁰分别对应为：第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第二传感器的右发光光源1-1、第一传感器的对称光学成像***2、第三传感器的左发光光源1-2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，第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第二传感器的右发光光源1-1中心、第一传感器的对称光学成像***2中心、第三传感器的左发光光源1-2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：第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器的右发光光源1-1、第一传感器的对称光学成像***2、第三传感器的左发光光源1-2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，第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器的右发光光源1-1中心、第一传感器的对称光学成像***2中心、第三传感器的左发光光源1-2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；h₁ ³⁰、h₂ ³⁰、h₃ ³⁰分别为：第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第二传感器的右发光光源1-1、第一传感器的对称光学成像***2、第三传感器的左发光光源1-2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，第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第二传感器的右发光光源1-1中心、第一传感器的对称光学成像***2中心、第三传感器的左发光光源1-2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，保证测量精度。

在一些实施例中，如图9所示，h₁ ¹为：第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第二传感器的右发光光源1-1中心距离桥面5的初始高度h₁ ¹⁰，桥梁变形后第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第一传感器的左光学成像***2-2获得的其第二传感器的右发光光源1-1中心的高度变化ΔH_G1 ¹，这两者做差的综合值；h₃ ¹为：第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第三传感器的左发光光源1-2中心离桥面5的初始高度h₃ ¹⁰，桥梁变形后第一组对称光电成像位移测量传感器20-1的第一传感器的右光学成像***2-1获得的其第三传感器的左发光光源1-2中心的高度变化ΔH_G3 ¹，这两者做差的综合值；

同理，h₁ ²为：第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第二传感器的右发光光源1-1中心距离桥面5的初始高度h₁ ²⁰，桥梁变形后第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第一传感器的左光学成像***2-2获得的其第二传感器的右发光光源1-1中心的高度变化ΔH_G1 ²，这两者做差的综合值；h₃ ²为：第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第三传感器的左发光光源1-2中心离桥面5的初始高度h₃ ²⁰，桥梁变形后第二组对称光电成像位移测量传感器20-2的第一传感器的右光学成像***2-1获得的其第三传感器的左发光光源1-2中心的高度变化ΔH_G3 ²，这两者做差的综合值；

同理，h₁ ³为：第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第二传感器的右发光光源1-1中心距离桥面5的初始高度h₁ ³⁰，第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第一传感器的左光学成像***2-2获得的其第二传感器的右发光光源1-1中心的高度变化ΔH_G1 ³，这两者做差的综合值；h₃ ³为：第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第三传感器的左发光光源1-2中心离桥面5的初始高度h₃ ³⁰，第三组对称光电成像位移测量传感器20-3的第一传感器的右光学成像***2-1获得的其第三传感器的左发光光源1-2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S₁、S₂、S₃、S₄、S₅之间均布，L₁＝L₂＝L₃＝L₄，可以获得桥梁1/4、2/4、3/4三测点的桥梁动态线形，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.基于对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其特征在于，包括三组对称光电成像位移测量传感器；

相邻的两组对称光电成像位移测量传感器中：

第一组对称光电成像位移测量传感器(20-1)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S₁、S₂、S₃处；

第二组对称光电成像位移测量传感器(20-2)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S₂、S₃、S₄处；

第三组对称光电成像位移测量传感器(20-3)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S₃、S₄、S₅处。

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

第一传感器，第一传感器包括一个对称光学成像***(2)，对称光学成像***(2)包括轴对称或中心对称的右光学成像***(2-1)和左光学成像***(2-2)，右光学成像***(2-1)沿其主光线方向对右侧的物体成像，左光学成像***(2-2)沿其主光线方向对左侧的物体成像；

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发光光源(1-1)，第一传感器的左光学成像***(2-2)与第二传感器的右发光光源(1-1)对应，对第二传感器的右发光光源(1-1)成像；

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发光光源(1-2)，第一传感器的右光学成像***(2-1)与第三传感器的左发光光源(1-2)对应，对第三传感器的左发光光源(1-2)成像。

3.根据权利要求2所述的基于对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其特征在于，每组所述的对称光电成像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；

每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的左光学成像***(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；

每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的右光学成像***(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光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其特征在于，第二组对称光电成像位移测量传感器(20-2)的第二传感器与第一组对称光电成像位移测量传感器(20-1)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；

第一组对称光电成像位移测量传感器(20-1)的第三传感器、第二组对称光电成像位移测量传感器(20-2)的第一传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器(20-3)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；

第二组对称光电成像位移测量传感器(20-2)的第三传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器(20-3)的第一传感器的中心竖直对应安装在同一多功能底座(3)上。

5.基于对称光电成像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光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量***，其中：

测点S₁位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面(5)上，测点S₅位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面(5)上，测点S₂、S₃、S₄位于对应的桥梁挠度测点的桥面(5)上；

所述的基于对称光电成像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(20-1-1)，左梁端转角测量传感器(20-1-1)包括一个左发光光源(1-2)和一个右光学成像***(2-1)；左梁端转角测量传感器(20-1-1)的右光学成像***(2-1)设置在测点S₁处，左梁端转角测量传感器(20-1-1)的左发光光源(1-2)设置在测点S₂处，左梁端转角测量传感器(20-1-1)的右光学成像***(2-1)沿其主光线方向对左梁端转角测量传感器(20-1-1)的左发光光源(1-2)成像，进行测点S₁的转角即桥梁的左梁端转角测量；

右梁端转角测量传感器(20-3-1)，右梁端转角测量传感器(20-3-1)包括一个右发光光源(1-1)和一个左光学成像***(2-2)，右梁端转角测量传感器(20-3-1)的左光学成像***(2-2)设置在测点S₅处，右梁端转角测量传感器(20-3-1)的右发光光源(1-1)设置在测点S₄处，右梁端转角测量传感器(20-3-1)的左光学成像***(2-2)沿其主光线方向对右梁端转角测量传感器(20-3-1)的右发光光源(1-1)成像，进行测点S₅的转角即桥梁的右梁端转角测量。

6.根据权利要求5所述的基于对称光电成像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发光光源(1-1)和一个左光学成像***(2-2)；左桥墩沉降测量传感器的右发光光源(1-1)设置在桥梁的左侧桥墩外的相对稳定测点S_L处，左桥墩沉降测量传感器的左光学成像***(2-2)设置在左桥墩上的测点S₁处；左桥墩沉降测量传感器的左光学成像***(2-2)与其右发光光源(1-1)对应，对其右发光光源(1-1)成像，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发光光源(1-2)和一个右光学成像***(2-1)；右桥墩沉降测量传感器的左发光光源(1-2)设置在桥梁的右侧桥墩外的相对稳定测点S_R处，右桥墩沉降测量传感器的右光学成像***(2-1)设置在右桥墩上的测点S₅处；右桥墩沉降测量传感器的右光学成像***(2-1)与其左发光光源(1-2)对应，对其左发光光源(1-2)成像，进行右侧桥墩的沉降测量。

7.根据权利要求6所述的基于对称光电成像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学成像***(2-2)以及左梁端转角测量传感器(20-1-1)的右光学成像***(2-1)设置在第一组对称光电成像位移测量传感器(20-1)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(20-1-1)的左发光光源(1-2)设置在第一组对称光电成像位移测量传感器(20-1)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学成像***(2-1)以及右梁端转角测量传感器(20-3-1)的左光学成像***(2-2)设置在第三组对称光电成像位移测量传感器(20-3)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(20-3-1)的右发光光源(1-1)设置在第三组对称光电成像位移测量传感器(20-3)的第一传感器所在的多功能底座(3)上。