[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

本發明公開了橋梁在線撓度監測系統，包括：撓度測量模塊，計算撓度值；數據分析處理及閾值判別模塊，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，撓度測量模塊撓度值數據傳輸至數據分析處理及閾值判別模塊。還公開了用于上述監測系統的監測方法。本發明使用非接觸的監測系統，增加實時告警功能。從而有效的解決了接觸式監測方法帶來的操作難度高精度低的問題，可以監測高鐵橋梁撓度，提高了監測的準確性。同時使用半導體近紅外激光作為傳輸媒介，將鐵路橋梁的撓度變化通過靶標反射光斑的位移從幾何圖像中反映出來，只需通過簡單的運算即可得到鐵路橋梁撓度值變化。

技術領域

本發明涉及鐵路橋梁安全評估領域，具體的講是基于半導體近紅外激光成像技術的鐵路橋梁撓度在線監測系統及方法。

背景技術

隨著經濟高速發展，鐵路在社會生活中發揮著極其重要的作用。鐵路橋梁是鐵路網絡的重要組成部分，它在國民經濟生活中有著重要的地位，它是否能安全運營直接關系到國家及人民的生命財產安全。其中撓度作為鐵路橋梁安全評估的關鍵參數之一，對鐵路橋梁的健康有很大的影響，對撓度的測量是橋梁參數監測中必不可少的，可以通過監測撓度的變化來評估鐵路橋梁存在的安全風險。

目前對橋梁撓度的監測現有技術主要分為光釬光柵傳感器測量、全站儀自動掃描測量、位移傳感器測量、加速度傳感器測量，其中光釬光柵傳感器測量、位移傳感器測量和加速度傳感器測量均采用接觸式的測量方法，分別存在一定缺陷如光釬光柵傳感器測量需在整橋布設，安裝施工周期長，后續維護難度大。位移傳感器測量必須與測點相接觸在實際測量時存在難以操作的問題。加速度傳感器測量對于低頻靜態測量效果較差，為獲得撓度必須進行多次測量。全站儀自動掃描測量是對橋梁各個測點進行多天次連讀掃描其缺陷在于各測點不能同步且時效性較差。

中國專利(公開號：CN103424175A，公開日：2013.12.04)公開了一種基于激光監測橋梁振幅從而實現對橋梁實施監控的技術，該專利采用傳統的光電成像法，通過采集和對比激光照射固定于橋梁上的靶標前后的光信號并通過調制解調器將光信號轉換成電信號，最終計算出橋梁振幅。該專利技術的主要缺點在于，需要使用調制解調器和復雜的計算才能解算出橋梁的振幅，計算過于復雜，系統制造、安裝和維護成本過高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，就是針對現有測量裝置光釬光柵傳感器測量、全站儀自動掃描測量、位移傳感器測量存在的接觸式監測實際操作難度高，測量不精確，全掃描監測時效性較差的問題。

本發明鐵路橋梁橋梁在線撓度監測系統，包括：

撓度測量模塊，計算撓度值；

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，將撓度測量模塊所得撓度值數據傳輸至數據分析處理及閾值判別模塊；

其中，所述撓度測量模塊包括控制器、CCD面陣探測器、固定于橋梁上的靶標、半導體近紅外激光光光源、激光發射整形光學和激光接收光學，所述控制器與激光發射整形光學4 和半導體近紅外激光光源連接，所述CCD面陣探測器7與激光接收光學和控制器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。

進一步地，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。

進一步地，所述吸光層3為黑色氧化鋁，