專利名稱：橋梁撓度光電自動測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于橋梁技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁撓度光電自動測量裝置。
背景技術(shù)：
撓度監(jiān)測是橋梁狀態(tài)監(jiān)測的一個重要內(nèi)容，而連通管法是現(xiàn)有的撓度人工觀測的主要方法之一，它是在橋梁上鋪設(shè)水管，在需要被觀測的點(diǎn)安裝一豎直連通管，管內(nèi)裝液體，各連通管通過水管相通、從而使它們的液面保持在同一水平面，以岸基處的連通管的液位作為各點(diǎn)測量的基準(zhǔn)，當(dāng)橋梁梁體發(fā)生變形時，固定在梁體上的水管隨之移動，此時各連通管內(nèi)的液面基本維持不變，但各豎直水管的相對液面卻發(fā)生了移動，讀出連通管內(nèi)液位的相對位移量，即可獲得各被測量點(diǎn)的撓度變化值。該方法測量精度可以滿足要求，但由于采用人工讀數(shù)，對操作人員的責(zé)任心要求高，且費(fèi)時費(fèi)力，只能適用于橋梁的短期靜態(tài)撓度觀測，有時還受到測量環(huán)境如天氣、溫度的影響。而橋梁技術(shù)的發(fā)展，對橋梁撓度的監(jiān)測提出了自動、長期、動態(tài)的要求。對連通管法而言，這就要求將液位的人工觀測改為自動監(jiān)測。
直接采用現(xiàn)成的超聲液位計(jì)與連通管相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)的上述自動監(jiān)測的方法之一。該方法通過超聲液位計(jì)來自動測量連通管內(nèi)的液位變化，實(shí)現(xiàn)橋梁撓度自動、長期、動態(tài)監(jiān)測的要求。但是超聲波在不同的溫度下在同一介質(zhì)中的傳播速度是不同的，而且液體容易在溫度升高時形成蒸汽，也會改變其傳播速度，這樣利用超聲波來進(jìn)行液位測量精度不高，僅為厘米級，達(dá)不到測量要求，且相對價格較高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對現(xiàn)有橋梁撓度測量手段存在的諸多缺點(diǎn)，尤其是針對連通管式超聲撓度監(jiān)測裝置存在的以上不足，提供一種橋梁撓度光電自動測量裝置，實(shí)現(xiàn)對橋梁撓度的多點(diǎn)、實(shí)時、長期、遠(yuǎn)程、高精度、自動監(jiān)測，且達(dá)到價格低、實(shí)施簡單的要求。
本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案橋梁撓度光電自動測量裝置，它具有沿橋梁梁體縱向鋪設(shè)的水平管，在水平管上間隔適當(dāng)距離連接豎直連通管，且與水平管連通，各相互連通的豎直連通管內(nèi)液面保持在同一水平面。各豎直連通管處分別裝有一套光電液位計(jì)，光電液位計(jì)設(shè)置在豎直連通管的液面以上位置，由對液面發(fā)出光束的激光器、接收液面發(fā)射光束的光電探測器、數(shù)字處理電路、信號的通信接口組成。各個光電液位計(jì)的數(shù)據(jù)信號通過同一信號線，以總線的方式連接到外部電腦上，構(gòu)成橋梁撓度自動測量網(wǎng)絡(luò)。
激光器與光電探測器同處于液面上方，激光器發(fā)出的準(zhǔn)直激光束直接照射到液面上，且通過液面反射，光電探測器接收由液面或浮子面反射的激光器束，反映液位即該點(diǎn)撓度。
為了增強(qiáng)信號的信噪比，還可以在豎直連通管內(nèi)放入浮子。
光電探測器可采用光電二極管列陣、CMOS、CCD或者PSD等器件。
數(shù)字處理電路可以有多種選擇，如單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯電路、DSP等數(shù)字信號處理電路，都可以完成信號的現(xiàn)場處理。
而信號的通信也可采用RS-485、CAN、RS-232、USB等接口，以總線方式與一臺電腦構(gòu)成現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
采用本專利的結(jié)構(gòu)，當(dāng)激光器發(fā)出的光束照射到液面時，經(jīng)液面反射的光束隨著液面的升降而變化。由于激光器與光電探測器之間的相互空間位置保持恒定，就可以由光電探測器接收到的光束位置的變化量，得出液位(即橋梁在該點(diǎn)處的撓度)變化，從而通過數(shù)字信號處理器，實(shí)時、高精度地計(jì)算出具體的撓度變化值，并以總線方式傳送到電腦處，實(shí)現(xiàn)對橋梁撓度的多點(diǎn)、實(shí)時、長期、遠(yuǎn)程、高精度、自動監(jiān)測。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、采用反射成像原理形成本系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、信噪比高、信號處理簡單。
2、光電探測器的輸出結(jié)果是數(shù)字量，精度高、抗干擾性能好、穩(wěn)定可靠。
3、數(shù)字處理芯片的測量速度快，能實(shí)現(xiàn)撓度的動態(tài)監(jiān)測。
4、裝置的總線結(jié)構(gòu)，便于自動采集各點(diǎn)撓度信號、并進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中處理，能實(shí)現(xiàn)對橋梁撓度的自動、長期、動態(tài)監(jiān)測。
5、價格相對較便宜。
本實(shí)用新型還可以用于大壩、堤防、建筑等相關(guān)建筑物的垂向變形自動監(jiān)測。


圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型連通管與光電液位計(jì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的光電液位計(jì)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本橋梁撓度光電自動測量裝置具有沿橋梁梁體縱向鋪設(shè)的水平管1，在水平管上間隔適當(dāng)距離通過三通管2連接豎直連通管3，與水平管1連通，內(nèi)裝液體，各相互連通的豎直連通管3內(nèi)液面保持在同一水平面。各豎直連通管3分別裝配有一套光電液位計(jì)4，各光電液位計(jì)4通過電源線5連接外部電源，信號處理器在總線6的控制下，自動對光電探測器的輸出進(jìn)行采集、處理、計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果通過總線傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)處理裝置7進(jìn)行后續(xù)處理與記錄。
參見圖2，光電液位計(jì)4由半導(dǎo)體激光器13、光電二極管列陣10、數(shù)字處理電路11、信號的通信接口等組成，固定于裝有液體15的豎直連通管3的液面以上適當(dāng)位置。結(jié)合光電液位計(jì)的電路原理圖圖3可見，半導(dǎo)體激光器13、光電二極管列陣10和數(shù)字處理電路11由電源12提供電能，半導(dǎo)體激光器13發(fā)出的光束通過透鏡14壓縮、準(zhǔn)直后照射到液面上的浮子8上，經(jīng)反射后，由透鏡9將其成像到光電二極管列陣10上，光電二極管列陣10的輸出信號接入數(shù)字信號處理器11，數(shù)字信號處理器11由放大器16、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器17、中心數(shù)字處理器18和輸出接口19組成，信號經(jīng)放大器16放大后，接入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器17轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后接入中心數(shù)字處理器18進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)處理計(jì)算后接入輸出接口19，通過通信接口將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到總線6上去，傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)處理裝置7進(jìn)行后續(xù)處理與記錄，參見圖1。
權(quán)利要求1.橋梁撓度光電自動測量裝置，具有沿橋梁梁體縱向鋪設(shè)的水平管，在水平管上間隔適當(dāng)距離連接豎直連通管，且與水平管連通，各相互連通的豎直連通管內(nèi)液面保持同一水平面，其特征在于各豎直連通管處分別裝有一套光電液位計(jì)，光電液位計(jì)設(shè)置在豎直連通管的液面以上，由對液面發(fā)出光束的激光器、接收液面反射光束的光電探測器、數(shù)字處理電路、信號的輸出接口組成，各個光電液位計(jì)的數(shù)據(jù)信號通過同一信號線，以總線的方式連接到外部電腦上，構(gòu)成橋梁撓度自動測量網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁撓度光電自動測量裝置，其特征在于激光器與光電探測器同處于液面上方，激光器發(fā)出的準(zhǔn)直激光束直接照射到液面上，且通過液面反射，光電探測器接收由液面或浮子面反射的激光器束，反映液位即該點(diǎn)撓度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橋梁撓度光電自動測量裝置，其特征在于豎直連通管內(nèi)可以設(shè)有浮子，并以浮子作為反射面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橋梁撓度光電自動測量裝置，其特征在于可采用光電二極管列陣、CMOS、CCD或者PSD等器件作為光電探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橋梁撓度光電自動測量裝置，其特征在于光電探測器的輸出信號由數(shù)字處理電路處理，數(shù)字處理電路可以采用單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯電路或DSP等數(shù)字信號處理電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橋梁撓度光電自動測量裝置，其特征在于各個光電液位計(jì)的數(shù)據(jù)信號，可通過RS-485、CAN、RS-232、USB接口，以總線方式與一臺電腦構(gòu)成現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要橋梁撓度光電自動測量裝置，它具有沿橋梁梁體縱向鋪設(shè)的水平管，在水平管上間隔適當(dāng)距離連接豎直連通管，且與水平管連通，各相互連通的豎直連通管內(nèi)液面保持在同一水平面。各豎直連通管處分別裝有一套光電液位計(jì)，光電液位計(jì)設(shè)置在豎直連通管的液面以上，由對液面發(fā)出光束的激光器、接收液面反射光束的光電探測器、數(shù)字處理電路、信號的通信接口組成，各個光電液位計(jì)的數(shù)據(jù)信號通過同一信號線，以總線的方式連接到外部電腦上，構(gòu)成橋梁撓度自動測量網(wǎng)絡(luò)。本裝置能實(shí)現(xiàn)對橋梁撓度的多點(diǎn)、實(shí)時、長期、遠(yuǎn)程、高精度、自動監(jiān)測，價格相對較低，實(shí)施簡單。
文檔編號G01B11/16GK2748868SQ200420013598
公開日2005年12月28日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者陳偉民 申請人:重慶大學(xué)