[實用新型]一種采用光纖光源的橋梁撓度測量系統

有效

• 申請號: 201920927363.8
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN210004967U
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 董小鵬;盧夢楠;關云卿
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 35200 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張素斌

一種采用光纖光源的橋梁撓度測量系統,涉及橋梁撓度檢測技術領域，包括單模光纖光源發射裝置、光反射部件和光斑圖像接收端，光反射部件安裝于橋梁底部的被測點，單模光纖光源發射裝置和光斑圖像接收端安裝于橋梁下方的地面處或橋墩上，其中，單模光纖光源發射裝置用于發射激光并經光反射部件反射后最后經光斑圖像接收端接收；單模光纖光源發射裝置包括依次設置的激光器、單模光纖和準直透鏡，所述單模光纖的輸入端連接激光器的輸出端，單模光纖的輸出端對應準直透鏡的正中心，單模光纖的工作波長與激光器的波長匹配，以使光波在單模光纖中以基模傳輸。結構簡單，測量結果精準，可為構建橋梁遠距離多點撓度實時在線監測提供條件。

技術領域

本實用新型涉及橋梁撓度檢測技術領域，尤其涉及一種采用光纖光源的橋梁撓度測量系統。

背景技術

橋梁是交通系統中的重要組成部分，其結構安全關系著社會經濟發展和人民人身安全。其中橋梁的撓度數據對于橋梁結構的健康評估起著重要作用，通過撓度數據可以直觀地反映橋梁在溫濕度、荷載、風力等外力作用下的形變情況，對橋梁的承載能力、應力損失等方面也起著標尺作用，對橋梁的維修工作也有著指導作用[1]。

目前比較常用的測量橋梁撓度的方法有以下幾種：(1)全站儀法[2]：此法利用三角高程測量原理，在橋梁待測位置放置棱鏡，通過測量橋梁在加載前后棱鏡和全站儀之間的高度角的變化來計算撓度值，這種方法需要使用價格高昂的全站儀，且反射棱鏡與接收端距離較遠時，光斑尺寸較大，無法保證撓度的測量范圍和精度；(2)傾角儀法[3]：此法是在橋梁底部各個部位布置傾角儀，當橋梁發生形變時通過各個部位采集到的傾角數據構建整座橋梁的傾角變化曲線，從而得到橋梁的撓度變化曲線，這種方法需要在橋上布置多個高精度傾角儀，當橋梁傾角較小時較難得到結果；(3)連通管道法[4]：此法選擇橋梁兩邊橋墩為測量基準點，默認基準點高度不隨橋梁撓度變化而變化，然后在兩個基準點之間每隔一定距離鋪設管道，通過測量液面高低的變化得到橋梁撓度數值，這種方法只能測量橋梁的靜撓度，無法測量橋梁動撓度；另外，需要做長期監測時，連通管中的液體很難保證沒有減少；(4)百分表法[5]：此法利用齒輪轉動將橋梁的位移信號進行放大，同時將垂直方向上的位移變化轉變為指針的角度旋轉，以此來測量橋梁撓度，這種方法通常需要人工讀數，另外，在很多場景無法通過支架安裝測量儀器；(5)GPS定位法：此法是將多部GPS定位器安裝在橋梁各個部位上，再設置一部GPS定位器在固定基點上作為參考坐標，根據GPS接收器接收到的衛星定位信息建立橋梁的三維坐標，求其撓度變化，這種方法存在精度有限、響應時間較慢、成本較高等問題。

隨著圖像檢測和處理技術的進步，近年來不斷有采用光電圖像法檢測橋梁撓度的報導[6]。這種方法實施時通常在橋梁底部安裝半導體發射光源，在橋墩或地面用圖像傳感器檢測發射點光斑的移動；也可以將發射光安裝在橋墩或地面，在橋梁底部安裝反射鏡或可顯示光斑的靶面，檢測反射回來或在靶面上的光斑移動。

由于圖像傳感器的光敏面積通常只有厘米量級，當橋梁底部撓度監測點與圖像接收器距離較遠時，從反射鏡反射回來或投射在靶面上的光斑尺寸會變得很大，難以滿足撓度測量范圍和精度的要求。另一方面，直接從半導體激光器發射的光束，其光斑在橫向的分布易受激光器工作狀態的影響而發生變化，例如，激光器橫向振蕩模式的變化、以及激光器環境溫度或工作溫升都有可能造成激光器與透鏡準直系統相對位移，導致圖像傳感器接收到的光斑位置移動，造成測量誤差。

發明內容

本實用新型的目的在于解決現有技術中的上述問題，提供一種采用光纖光源的橋梁撓度測量系統，結構簡單，測量結果精準，可為構建橋梁遠距離多點撓度實時在線監測提供條件。

為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種采用光纖光源的橋梁撓度測量系統，包括單模光纖光源發射裝置、光反射部件和光斑圖像接收端，所述光反射部件安裝于橋梁底部的被測點，所述單模光纖光源發射裝置和光斑圖像接收端安裝于橋梁下方的地面處或橋墩上，其中，所述單模光纖光源發射裝置用于發射激光并經光反射部件反射后最后經光斑圖像接收端接收。