[發明專利]高速公路橋梁結構安全智慧感知設備及方法

在審

• 申請號: 202010188572.2
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111351518A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 王兵見;程壽山;劉剛
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

本發明公開了一種高速公路橋梁結構安全智慧感知設備，包括：兩個感知組件，所述感知組件包括底座、儲液筒、液位觀察管；兩個超聲波傳感器組件，所述超聲波傳感器組件包括至少三個超聲波探頭，一個超聲波傳感器組件設置在一個感知組件的儲液筒內部，一個超聲波探頭形成一個探測點，所述探測點位于所述儲液筒底部，自下至上發射超聲波；傳輸組件，其包括光纖、光纖調制解調器。本發明還公開一種高速公路橋梁結構安全智慧感知方法。本發明實現傳感器自身的局部校準，消除系統誤差，具有較高的精度及可靠性。

技術領域

本發明涉及橋梁工程技術領域。更具體地說，本發明涉及一種高速公路橋梁結構安全智慧感知設備及方法。

背景技術

傳統的橋梁結構健康監測系統布設有大量的傳感器，用來感知橋梁結構的裂縫、變形、環境溫濕度、結構溫濕度、車輛荷載等信息。橋梁結構的使用壽命通常為50-100年，而傳感器受力于鋼材，在長期工作過程中會受到環境、故障、未知輸入、自身材料退化等因素的影響，鋼結構的松弛致使采集的監測數據中不可避免的存在系統誤差，嚴重影響了數據采集的精度和長期可靠性，降低了傳感器的有效使用壽命。

國內外圍繞提高傳感器數據精度及可靠性，廣泛采用多傳感器數據融合校對。數據融合的技術著眼于多傳感器之間的校對，能夠減少偶然誤差，但無法校準和消除系統誤差，無法逆轉長期系統誤差造成的精度損失。為了保證傳感器能準確反應結構的真實狀態，對傳感器進行自校準有重要意義。所謂自校準即在校準目標和特定校準程序未知情況下，采用內部及外部傳感器推斷監測目標值。采用自校準方法的目的在于消除顯著、冗余和某些情況下無法進行校準的自動化應用，來保證長期自動化操作。自校準是結構健康監測系統不可或缺的重要組成部分，需要研究精確，高效和強健的自校準方法。

結構的撓度和空間傾角是橋梁剛度特性的重要指標。撓度和傾角的變化特征反映了結構的健康狀態，因而是橋梁監測的重要指標。當前主要采用基于振弦或者光纖傳感器的連通管對撓度進行監測；采用微機電傳感器(MEMS)測量結構傾角，尚無采用超聲方法進行傾角測量的傳感器。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種高速公路橋梁結構安全智慧感知設備及方法，其實現傳感器自身的局部校準，消除系統誤差，具有較高的精度及可靠性。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種高速公路橋梁結構安全智慧感知設備，包括：

兩個感知組件，所述感知組件包括底座、儲液筒、液位觀察管，所述儲液筒內部收納有液體，所述儲液筒還設有通氣孔，每個感知組件的儲液筒、液位觀察管連通，兩個感知組件的儲液筒通過通液管連通，兩個感知組件均安裝在橋梁的梁體上、且底座安裝于同一初始高度，其中一個感知組件位于橋墩上方，另一個感知組件位于跨中；

兩個超聲波傳感器組件，所述超聲波傳感器組件包括至少三個超聲波探頭，一個超聲波傳感器組件設置在一個感知組件的儲液筒內部，一個超聲波探頭形成一個探測點，所述探測點位于所述儲液筒底部，自下至上發射超聲波；

傳輸組件，其包括光纖、光纖調制解調器，所述超聲波探頭的電纜連接光纖調制解調器，將超聲波探頭接收的振動頻率進行聲電光轉化后通過光纖傳輸至云平臺。

優選的是，所述超聲波傳感器組件包括三個超聲波探頭。

優選的是，還包括：

傳感器組，其包括加速度計、速度計、撓度計、裂縫計、溫度計、應變計、壓力環，所述傳感器組安裝在橋梁的梁體、斜拉索、吊桿、橋塔和/或橋墩上。

高速公路橋梁結構安全智慧感知方法，包括：

步驟1)安裝所述的高速公路橋梁結構安全智慧感知設備，位于橋墩上方的感知組件為基準點，位于跨中的感知組件為觀測點；