[發(fā)明專利]橋梁動態(tài)撓度光斑成像測量裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110443741.3
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102519383A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王翔;王波;許兆斌;劉源;周啟茂;柴小鵬;程洪全;余昆;曾憲雙;陳曉琳
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵大橋局集團武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司;中鐵大橋局集團有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西;魏利明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種橋梁動態(tài)撓度光斑成像測量裝置和方法，屬于橋梁檢測及監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，

背景技術(shù)

在橋梁檢測及健康監(jiān)測過程中，橋梁的撓度是橋梁結(jié)構(gòu)在強度、剛度、穩(wěn)定性三大關(guān)鍵問題上都非常關(guān)注的重要參數(shù)，對評價橋梁結(jié)構(gòu)的長期和瞬態(tài)運營狀態(tài)，檢驗橋梁的真實受力特性具有重要的理論價值，因此，撓度測量的精度及準確性顯得至關(guān)重要。在這種需求下，國內(nèi)外研究人員發(fā)展了許多新的撓度測量方法，其中具有代表性的有：百分表法、連通管法、水準儀法、GPS撓度測量法、激光法。它們都不同程度地存在著一些問題和不足，而且基本都適應(yīng)靜態(tài)撓度測量，因此，方便、有效、科學(xué)的橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)測量一直是橋梁界亟需發(fā)展和研究的技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中有少數(shù)方法可以進行橋梁動態(tài)撓度測量，與本發(fā)明最為相近的方法是用白色LED燈為光源，在經(jīng)緯儀的望遠鏡目鏡后面用CCD采集圖像來測量動態(tài)撓度，但該方法存在如下缺陷：1、白色光源很容易受到白天強烈的日光干擾，晚上受汽車照明燈、路燈、工地探照燈等外界光源的干擾，導(dǎo)致測量存在較大的誤差而影響測量實效；2、光路是在經(jīng)望遠鏡后經(jīng)過大氣然后再經(jīng)常規(guī)鏡頭和CCD成像的，也就是經(jīng)過了兩次成像系統(tǒng)，這樣降低了分辨率和量程，測得的效果和準確度上不如常規(guī)鏡頭和一次成像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種橋梁動態(tài)撓度光斑成像測量裝置和方法，通過在待測結(jié)構(gòu)撓度測點處設(shè)置藍色LED燈，經(jīng)濾光及中長焦鏡頭后由CCD光電耦合處理，將待測結(jié)構(gòu)撓度測點的光信號轉(zhuǎn)化為圖像信號傳輸給計算機，由計算機計算出LED燈對應(yīng)光斑在接收屏上的位置值，進而推算出待測結(jié)構(gòu)撓度測點的位置值，實現(xiàn)橋梁檢測及健康監(jiān)測過程中的橋梁動態(tài)撓度測量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

所述橋梁動態(tài)撓度光斑成像測量裝置，主要由圖象采集裝置A、測點標記物B、計算機C組成，其特征是：

在待測結(jié)構(gòu)每一個撓度測點處設(shè)置測點標記物B，測點標記物B主要由藍色LED燈5及鋰電池6構(gòu)成，由鋰電池6為藍色LED燈5提供電源，藍色LED燈5用于發(fā)出藍色波段的光信號，每一個測點處采用兩個藍色LED燈5來進行測試精度的標定，來滿足測試精度要求；

在圖象采集測試處設(shè)置有圖象采集裝置A，圖象采集裝置A主要由CCD1、鏡頭2、濾光片3、三角架4構(gòu)成，濾光片3固定在鏡頭2的前端，濾光片3的中心波長與藍色LED燈5發(fā)出藍色波段相對應(yīng)，只有在藍色LED燈5發(fā)出藍色波段范圍內(nèi)的光波能通過濾光片3，即只有藍色光能通過濾光片3進入鏡頭2被CCD1感應(yīng)；鏡頭2固定在CCD1的固定接口處，用來對藍色LED燈5發(fā)出藍色光信號進行成像，結(jié)合待測結(jié)構(gòu)現(xiàn)場情況，鏡頭2一般采用中長焦鏡頭；CCD1作為整個裝置的信號采集器件，將光信號轉(zhuǎn)化為圖像傳輸給計算機C；三腳架4和CCD1連接，用來支撐和固定CCD1；

計算機C通過數(shù)據(jù)線與CCD1連接，給CCD1提供電源并對CCD1傳輸過來的圖像數(shù)據(jù)進行處理；

所述橋梁動態(tài)撓度光斑成像測量裝置的安裝調(diào)試方法，其特征是：

在待測結(jié)構(gòu)撓度測點上固定測點標記物B的藍色LED燈5，保證鋰電池6正常提供電源使得藍色LED燈5發(fā)出藍色波段的光信號；在圖象采集測試處將圖象采集裝置A通過三腳架4固定在不動測試點，連接好CCD1和計算機C，開啟計算機C中的控制軟件，實時顯示CCD1所采集的圖像，調(diào)節(jié)三腳架4把鏡頭2對準藍色LED燈5，對鏡頭2進行調(diào)焦使計算機C中能清晰顯示藍色LED燈5，調(diào)節(jié)CCD1的曝光時間和鏡頭2的光圈使圖像能清晰顯示藍色LED燈5的光斑，圖像中除藍色LED燈5光斑外的部分均較暗，使得CCD1能夠精確采集圖像中藍色LED燈5的光斑，由計算機C進行圖像分析得到藍色LED燈5光斑在接收屏上的位置值加以存儲，從而保證計算機C能夠按照某個固定頻率采集并存儲藍色LED燈5光斑數(shù)據(jù)進行撓度測點位移的計算處理；

所述橋梁動態(tài)撓度光斑成像測量方法，其特征是：

通過重心法計算圖象光斑在接收屏上的位置值(X，Y)，對于一個像素為M×N的CCD，對應(yīng)圖象光斑在接收屏上的位置值(X，Y)，由下列公式確定：