[發明專利]橋梁在線撓度監測系統及方法

在審

• 申請號: 201910703023.1
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN111103106A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 卿俐文
• 申請（專利權）人: 卿俐文
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01B11/16
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

1.橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：包括：

撓度測量模塊(10)，計算撓度值；

數據分析處理及閾值判別模塊(12)，用于從橋梁自振信號中通過算法提取擾度值，該擾度值與比較器預先設定的撓度閾值進行比較判別，并將判別結果發送至客戶端；

數據傳輸模塊(11)，將撓度測量模塊(10)所得撓度值數據傳輸至數據分析處理及閾值判別模塊(12)；

其中，所述撓度測量模塊(10)包括控制器(6)、CCD面陣探測器(7)、固定于橋梁上的靶標(9)、半導體近紅外激光光光源(5)、激光發射整形光學(4)和激光接收光學(8)，所述控制器(6)與激光發射整形光學(4)和半導體近紅外激光光源(5)連接，所述CCD面陣探測器(7)與激光接收光學(9)和控制器(6)連接，所述激光發射整形光學(4)和激光接收光學(8)與靶標(9)面對面安裝，所述控制器(6)控制連接的半導體近紅外激光光源(5)用于發射近紅外激光，激光發射整形光學(4)用于將發射近紅外激光整形成圓形光束后發射至靶標(9)上形成圓形光斑，所述CCD面陣探測器(7)用于通過激光接收光學(8)接收靶標(9)反射的激光束采集光斑圖像，所述控制器(6)用于根據CCD面陣探測器(7)采集的光斑圖像經強度重心計算。

2.如權利要求1所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：所述靶標(9)剛性固定于橋梁上，所述靶標(9)包括基板(1)、反射層(2)和吸光層(3)，所述反射層(2)緊貼于基板(1)上，所述吸光層(3)緊貼于反射層(2)上，所述吸光層(3)有通孔。

3.如權利要求2所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：所述吸光層(3)為黑色氧化鋁。

4.如權利要求2所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：所述反射層(2)為針對近紅外光譜的反射膜。

5.如權利要求2所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：所述半導體近紅外激光光源(5)發射的近紅外半導體激光束覆蓋吸光層(3)的所有通孔。

6.如權利要求5所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：所述通孔個數≥2。

7.如權利要求6所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：相鄰通孔之間的間距相等。

8.如權利要求6所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：所述半導體近紅外激光光源(5)、激光發射整形光學(4)、靶標(9)和激光接收光學(8)之間為光連接。

9.如權利要求6所述的橋梁在線撓度監測系統，其特征在于：控制器(6)和CCD面陣探測器(7)之間為電連接。

10.用于權利要求1-9任意一條權利要求所述的監測系統的監測方法，其特征在于，控制器(6)控制連接的半導體近紅外激光光源(5)發射近紅外激光，激光發射整形光學(4)將發射近紅外激光整形成圓形光束后發射至靶標(9)上形成圓形光斑，所述CCD面陣探測器(7)通過激光接收光學(8)接收靶標(9)反射的激光束采集光斑圖像，所述控制器(6)根據CCD面陣探測器(7)采集的光斑圖像經強度重心計算，設光斑在CCD面陣探測器(7)上的圖像灰度表示為f(x，y)，其中x＝1，…，m；y＝1，…，n；

將其閾值化為：

這里T表示CCD最小可探測信號閾值，光強重心實際上就是計算閾值后光斑圖像的一階矩，其坐標可以表示為：

若設光斑之一位于CCD面陣XOY坐標系的S0(X0，Y0)，CCD的中心與XOY坐標系原點重合，鐵路橋梁因壓應力的作用移至S1(X1，Y1)，則可以計算出靶標10處的撓度值，將獲取撓度值通過數據傳輸模塊(11)傳輸至數據分析處理及閾值判別模塊(12)進行分析處理和運算，數據分析處理及閾值判別模塊(12)根據預設撓度閾值判斷橋梁撓度值是否超過告警界限并將處理結果直接送客戶端。