專(zhuān)利名稱(chēng)：一種橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置及測(cè)量方法，特別涉及一種大型橋梁振動(dòng)變形的 監(jiān)測(cè)裝置及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
由于目前國(guó)內(nèi)所涉及到橋梁實(shí)時(shí)振動(dòng)變形監(jiān)測(cè)方面的裝置和方法比較 少，而且現(xiàn)有的測(cè)量方法有些過(guò)于復(fù)雜且測(cè)量精度不高，或者測(cè)量方式簡(jiǎn)單， 不能精確的測(cè)量橋梁的變形量，也不能進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)采集，給橋梁監(jiān)測(cè)人 員對(duì)橋梁的變形情況和安全性判斷帶來(lái)不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有橋梁振動(dòng)變形監(jiān)測(cè)方法所存在的上述不足，提高橋 梁在使用的中的安全性。提供了一種基于激光成像原理的高精度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 橋梁振動(dòng)變形的裝置和方法。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的
一種橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在橋梁一端或橋長(zhǎng)方向任一位 置的一個(gè)激光發(fā)射器，或分別設(shè)置在橋梁兩端的兩個(gè)激光發(fā)射器，其特征在 于，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的橋梁上設(shè)置有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)上都設(shè)置一套同步光接收及傳遞裝置；各同步光接收及傳遞裝置通過(guò) 各自的信號(hào)線輸出連接一根現(xiàn)場(chǎng)總線，該現(xiàn)場(chǎng)總線連接到處于激光發(fā)射器位 置的集中控制及通訊裝置，該集中控制及通訊裝置與一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心通過(guò) 無(wú)線或有線方式實(shí)現(xiàn)同步光接收及傳遞裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。
上述裝置中，所述同步光接收及傳遞裝置包括一個(gè)置于在出射光束上的 反射透射棱鏡，在垂直于反射透射棱鏡反射光方向設(shè)置有成像屏、光學(xué)放大器和光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過(guò)信號(hào)線連接現(xiàn)場(chǎng)總 線。
一種用以上監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁振動(dòng)變形的方法，包括下述步驟
(1) 首先在橋梁的一端或橋長(zhǎng)方向任一位置安裝一個(gè)激光發(fā)射器，或在 橋梁兩端分別安裝兩個(gè)激光發(fā)射器，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的 橋梁上設(shè)置有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上都設(shè)置一套同步光接收及傳遞裝置， 激光發(fā)射器向離其最近監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的第一套同步光接收及傳遞裝置發(fā)射激光；
(2) 第一套同步光接收及傳遞裝置對(duì)激光發(fā)射器的出射光按一定比例進(jìn) 行分光， 一部分反射接收、成像及采集存儲(chǔ)； 一部分透射并往后傳遞；其后 各同步光接收及傳遞裝置對(duì)前面的同步光接收及傳遞裝置的出射光進(jìn)行同樣 處理；
(3) 各測(cè)點(diǎn)的同步光接收及傳遞裝置將存儲(chǔ)的光成像數(shù)據(jù)通過(guò)各自的信 號(hào)線輸出到一根現(xiàn)場(chǎng)總線，經(jīng)過(guò)該現(xiàn)場(chǎng)總線同步傳輸?shù)教幱诩す獍l(fā)射器位置 的集中控制及通訊裝置，集中控制及通訊裝置通過(guò)無(wú)線或有線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān) 測(cè)中心。
上述方法中，步驟(2)中所述第一套同步光接收及傳遞裝置對(duì)激光發(fā)射 器的出射光按一定比例進(jìn)行分光的具體方法是第一套同步光接收及傳遞裝 置中采用一個(gè)置于在出射光束上的反射透射棱鏡，該反射透射棱鏡按一定比 例將激光發(fā)射器的出射光束進(jìn)行分光， 一部分透射并往后面的同步光接收及 傳遞裝置傳遞； 一部分反射到成像屏；形成一個(gè)均勻的光斑，再經(jīng)過(guò)光學(xué)放 大器輸入到光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將其最初采集 的光斑數(shù)據(jù)設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)橋梁發(fā)生振動(dòng)變形時(shí)，光斑在成像屏上會(huì)發(fā)生 移動(dòng)，這時(shí)光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將采集到的光斑變化量與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較, 通過(guò)其連接現(xiàn)場(chǎng)總線的信號(hào)線準(zhǔn)確輸出橋梁在本測(cè)點(diǎn)橫向和縱向的變形量。
步驟(2)中所述同步光接收及傳遞裝置按一定比例進(jìn)行分光是指第一 套同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按10%計(jì)，其后的各同步 光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按5%遞增，使測(cè)點(diǎn)數(shù)滿(mǎn)足所要測(cè) 量橋梁的長(zhǎng)度及精度要求。步驟(1)中所述在橋梁的兩端安裝激光發(fā)射器時(shí)，激光發(fā)射器可從橋梁
的兩端向橋中部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的同步光接收及傳遞裝置對(duì)射，然后按步驟(2) ~ (3)的方法實(shí)現(xiàn)大跨度的橋梁振動(dòng)與變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
由于本發(fā)明測(cè)量裝置的光接收和傳遞發(fā)射的工作是連續(xù)的，不但可以進(jìn) 行橋梁變形量的定時(shí)采集，而且可以進(jìn)行橋梁振動(dòng)變形的高精度實(shí)時(shí)采集監(jiān) 測(cè)，更方便快捷的了解橋梁的變形，使測(cè)量更加準(zhǔn)確和安全，并可得到橋梁 結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)。這樣可以使監(jiān)測(cè)人員能夠?qū)蛄旱母鞣N變形進(jìn)行分析，對(duì) 橋梁的異常變化能夠提前做出判斷和處理，并對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
在測(cè)量過(guò)程中，本發(fā)明可以根據(jù)橋梁本身特性的不同，可采取增加或減 少測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量和測(cè)量點(diǎn)的距離的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量要求，也可以采取兩端對(duì) 射的方式進(jìn)行大跨度橋梁的變形測(cè)量，也可分段進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量效果和精度 不受影響。


圖1為本發(fā)明激光變形測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖中1、激光發(fā)射器; 2、出射光束；3、反射透射棱鏡；4、成像屏；5、光學(xué)放大器；6、光電轉(zhuǎn)換 及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；7、棱鏡的反射光束；8、棱鏡的透射光束；9、同步光接收 及傳遞裝置；10、集中控制及通訊裝置；11、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 參照?qǐng)D1,首先由激光發(fā)射器1發(fā)射經(jīng)過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)后形成出射 光束2照射到第一套同步光接收及傳遞裝置9的反射透射棱鏡3上后，按一 定比例經(jīng)過(guò)棱鏡的反射光束7,照射到成像屏4上(成像屏可為一塊毛玻璃)， 形成一個(gè)均勻的光斑，經(jīng)過(guò)光學(xué)放大器5成像到光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6上， 光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將其最初采集的光斑數(shù)據(jù)設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)橋梁發(fā)生 變形時(shí)，光斑在毛玻璃上會(huì)發(fā)生移動(dòng)，這時(shí)光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6將采集 到的光斑變化通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較，可以準(zhǔn)確的輸出上傳橋梁此點(diǎn)的橫向(x方向)和縱向(沉降)的變形量。
測(cè)量過(guò)程中通過(guò)反射透射棱鏡3的透射光束8，再照射到下一測(cè)點(diǎn)同步 光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡上，經(jīng)過(guò)與前面相同的成像與采集方法， 計(jì)算出橋梁此點(diǎn)的變形量。按照此種方法依次往前，可測(cè)量到橋梁各待測(cè)點(diǎn) 的變形量，從而完成整個(gè)橋梁的變形測(cè)量。各個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過(guò)各同步光接 收及傳遞裝置進(jìn)行同步測(cè)量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)郊锌刂萍?通訊裝置IO，通過(guò)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)(無(wú)線或有線)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心ll。根 據(jù)變形隨時(shí)間的變化可以分析整個(gè)橋梁的振動(dòng)特性。從而實(shí)現(xiàn)大型橋梁建筑 的變形振動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡3按一定比例反射是指第一套 同步光接收及傳遞裝置9的反射透射棱鏡的反射率按10%計(jì)，其后的各同步 光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按5%遞增，這樣可使測(cè)點(diǎn)數(shù)有 18個(gè)。也可對(duì)第一套反射透射棱鏡的反射率及其后反射透射棱鏡的反射率遞 增量進(jìn)行調(diào)整，滿(mǎn)足所要測(cè)量橋梁的長(zhǎng)度及精度要求。
遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心11可采用預(yù)裝有信號(hào)處理軟件的計(jì)算機(jī)。光學(xué)放大器可根 據(jù)測(cè)量范圍和精度釆用f16、 f25、 f40、 f50等不同焦距的鏡頭。
當(dāng)在橋梁的兩端安裝激光發(fā)射器時(shí)，激光發(fā)射器可從橋梁的兩端向橋中 部對(duì)射，然后按以上方法實(shí)現(xiàn)大跨度橋梁的振動(dòng)與變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。也可分 段進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量效果和精度不受影響。
權(quán)利要求
1.一種橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在橋梁一端或橋長(zhǎng)方向任一位置的一個(gè)激光發(fā)射器，或分別設(shè)置在橋梁兩端的兩個(gè)激光發(fā)射器，其特征在于，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的橋梁上設(shè)置有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上都設(shè)置一套同步光接收及傳遞裝置；各同步光接收及傳遞裝置通過(guò)各自的信號(hào)線輸出連接一根現(xiàn)場(chǎng)總線，該現(xiàn)場(chǎng)總線連接到處于激光發(fā)射器位置的集中控制及通訊裝置，該集中控制及通訊裝置與一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心通過(guò)無(wú)線或有線方式實(shí)現(xiàn)同步光接收及傳遞裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。
2、 如權(quán)利要求1所述的橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述同 步光接收及傳遞裝置包括一個(gè)置于在出射光束上的反射透射棱鏡，在垂直于 反射透射棱鏡反射光方向設(shè)置有成像屏、光學(xué)放大器和光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器，光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過(guò)信號(hào)線連接現(xiàn)場(chǎng)總線。
3、 一種用權(quán)利要求1的橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征 在于，包括下述步驟(1) 首先在橋梁的一端或橋長(zhǎng)方向任一位置安裝一個(gè)激光發(fā)射器，或在 橋梁兩端分別安裝兩個(gè)激光發(fā)射器，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的 橋梁上設(shè)置有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上都設(shè)置一套同步光接收及傳遞裝置， 激光發(fā)射器向離其最近監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的第一套同步光接收及傳遞裝置發(fā)射激光；(2) 第一套同步光接收及傳遞裝置對(duì)激光發(fā)射器的出射光按一定比例進(jìn) 行分光， 一部分反射接收、成像及采集存儲(chǔ)； 一部分透射并往后傳遞；其后 各同步光接收及傳遞裝置對(duì)前面的同步光接收及傳遞裝置的出射光進(jìn)行同樣 處理；(3) 各測(cè)點(diǎn)的同步光接收及傳遞裝置將存儲(chǔ)的光成像數(shù)據(jù)通過(guò)各自的信 號(hào)線輸出到一根現(xiàn)場(chǎng)總線，經(jīng)過(guò)該現(xiàn)場(chǎng)總線同步傳輸?shù)教幱诩す獍l(fā)射器位置 的集中控制及通訊裝置，集中控制及通訊裝置通過(guò)無(wú)線或有線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān) 測(cè)中心。
4、 如權(quán)利要求3所述用權(quán)利要求1的橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 方法，其特征在于，步驟(2)中所述第一套同步光接收及傳遞裝置對(duì)激光發(fā)射器的出射光按一定比例進(jìn)行分光的具體方法是第一套同步光接收及傳遞 裝置中采用一個(gè)置于在出射光束上的反射透射棱鏡，該反射透射棱鏡按一定 比例將激光發(fā)射器的出射光束進(jìn)行分光， 一部分透射并往后面的同步光接收 及傳遞裝置傳遞； 一部分反射到成像屏；形成一個(gè)均勻的光斑，再經(jīng)過(guò)光學(xué) 放大器輸入到光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將其最初采 集的光斑數(shù)據(jù)設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)橋梁發(fā)生振動(dòng)變形時(shí)，光斑在成像屏上會(huì)發(fā) 生移動(dòng)，這時(shí)光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將采集到的光斑變化量與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比 較，通過(guò)其連接現(xiàn)場(chǎng)總線的信號(hào)線準(zhǔn)確輸出橋梁在本測(cè)點(diǎn)橫向和縱向的變形
5、 如權(quán)利要求3所述用權(quán)利要求1的橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 方法，其特征在于，步驟(2)中所述同步光接收及傳遞裝置按一定比例進(jìn)行 分光是指:第一套同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按10%計(jì), 其后的各同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按5%遞增，使測(cè) 點(diǎn)數(shù)滿(mǎn)足所要測(cè)量橋梁的長(zhǎng)度及精度要求。
6、 如權(quán)利要求3所述用權(quán)利要求1的橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 方法，其特征在于，步驟(1)中所述在橋梁的兩端安裝激光發(fā)射器時(shí)，激光 發(fā)射器可從橋梁的兩端向橋中部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的同步光接收及傳遞裝置對(duì)射， 然后按步驟(2) ~ (3)的方法實(shí)現(xiàn)大跨度的橋梁振動(dòng)與變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種橋梁振動(dòng)變形的監(jiān)測(cè)裝置及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，包括激光發(fā)射器、多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上同步光接收及傳遞裝置、集中控制及通訊裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心等。當(dāng)激光器的發(fā)射光束照射到同步光接收及傳遞裝置中的反射透射棱鏡后，將按比例進(jìn)行分光，一部分反射接收；一部分透射并往后傳遞照射到下一個(gè)測(cè)點(diǎn)同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡上。各同步光接收及傳遞裝置可以對(duì)該測(cè)點(diǎn)的變形量(光斑位移量)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)上傳。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)所有測(cè)點(diǎn)的變形量進(jìn)行同步采集及數(shù)據(jù)處理，從而可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)橋梁振動(dòng)變形的測(cè)量。本發(fā)明可用于各種大型橋梁建筑的變形和低頻振動(dòng)測(cè)量，具有快速、實(shí)時(shí)、測(cè)量精度高，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/16GK101315274SQ20081015007
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
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