專利名稱：一種橋梁動撓度測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種橋梁監(jiān)測設(shè)備，尤其是一種監(jiān)測橋梁動撓度的測試裝置。
背景技術(shù)：
相對于其他基礎(chǔ)設(shè)施，公路橋梁造價高、投資大，社會效益和影響巨大。在橋梁運(yùn) 營中，受到環(huán)境、使用、老化等原因的影響，橋梁肯定會出現(xiàn)垂直方向的變形，即通常所說的 撓度，這種現(xiàn)象就是橋梁健康狀況的一個重要表現(xiàn)，如果變形加劇，達(dá)到一定程度橋梁就有 出現(xiàn)坍塌的危險。進(jìn)行橋梁載荷試驗(yàn)，收集橋梁撓度變化信息，能夠判斷已經(jīng)投入使用的橋 梁的健康狀況從而保證橋梁能夠安全健康地運(yùn)營，保證橋梁在運(yùn)營時的安全性并可以積累 設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。 動撓度檢測技術(shù)是橋梁監(jiān)測的一種，即監(jiān)測橋梁在某個時間點(diǎn)或者短時間的撓 度值，現(xiàn)有技術(shù)只能進(jìn)行臨時測量，不能進(jìn)行長時間的自動記錄，更不能進(jìn)行長期實(shí)時地 檢測。這樣造成了每次觀測的時間和人力的耗費(fèi)，并且橋梁的撓度變化信息不能連續(xù) 地、長期地進(jìn)行收集，采集數(shù)據(jù)誤差較大，無法精確預(yù)測橋梁的使用狀況。專利申請?zhí)枮?"200710106918"，專利名稱為"一種橋梁監(jiān)測系統(tǒng)"的發(fā)明專利申請公布了一種橋梁監(jiān)測系 統(tǒng)，主要利用計算機(jī)系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)的采集和處理，可用于組建大型橋梁監(jiān)控網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)橋梁的 自動監(jiān)測，但該發(fā)明著重于對檢測的自動控制和檢測數(shù)據(jù)的后期處理，無法保證檢測數(shù)據(jù) 的可靠性和提高檢測裝置的使用壽命。因此，在橋梁荷載檢測方面，缺乏一種長期的實(shí)時的 動撓度測量技術(shù)裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種橋梁動撓度測試裝置，能實(shí)時長期地 進(jìn)行橋梁動撓度檢測，降低橋梁荷載試驗(yàn)的動撓度檢測人力物力成本，提高橋梁動撓度測 量的效率，保證檢測數(shù)據(jù)的可靠性和提高檢測裝置的使用壽命。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種橋梁動撓度測試裝置，包括安裝在橋梁 上的傳感部件、與所述傳感部件順序相連的數(shù)據(jù)采集儀、控制器及數(shù)據(jù)輸出單元，其中，所 述的傳感部件為磁致伸縮位移傳感器。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述磁致伸縮位移傳感器包括波導(dǎo)絲、測桿和 電子部件，以及套在所述測桿外并可沿所述測桿移動的磁環(huán)，所述波導(dǎo)絲在所述測桿內(nèi)部 并與所述電子部件連接，所述測桿安裝在所述電子部件上方或下方。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，還包括測定橋梁測試定點(diǎn)的測量部件以及連 接部件和張緊部件。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述的傳感部件還包括拉索，其一端通過所述
連接部件與橋梁連結(jié)，另一端與所述磁環(huán)連接，所述張緊部件拉緊所述拉索。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述的磁致伸縮位移傳感器還包括安裝支架，
所述磁致伸縮位移傳感器固定在所述安裝支架上。[0010] 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述的測量部件為全站儀或水準(zhǔn)儀。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述的連接部件為錨固系統(tǒng)，所述錨固系統(tǒng)包
括轉(zhuǎn)向鋼筋、錨墊板和錨具。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述的張緊部件為千斤頂。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述的橋梁測試定點(diǎn)為兩個橋墩交接點(diǎn)和跨 中點(diǎn)。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述磁致伸縮位移傳感器設(shè)置在所述橋梁測 試定點(diǎn)的跨中點(diǎn)處。 上述的橋梁動撓度測試裝置，其中，所述拉索與所述橋梁測試定點(diǎn)的兩個橋墩交 接點(diǎn)處固結(jié)或鉸接。 本實(shí)用新型的有益功效在于可以長期實(shí)時地對橋梁進(jìn)行動撓度的監(jiān)測，降低了 橋梁動撓度檢測人力物力成本，提高了橋梁動撓度測量的效率，而且由于測量過程中敏感 元件是非接觸的，可以不斷重復(fù)檢測，而不會對傳感器造成任何磨損，大大地提高了檢測的 可靠性和使用壽命。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本實(shí)用新型 的限定。

[0018]圖1本實(shí)用新型一實(shí)施例的工作狀態(tài)示意圖；圖2圖1的A-A向視圖；圖3本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖；圖4本實(shí)用新型的磁致伸縮位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖圖5磁致伸縮位移傳感器工作原理示意圖。其中，附圖標(biāo)記1傳感部件ll磁致伸縮位移傳感器111波導(dǎo)絲1112外管112測桿113電子部件114磁環(huán)115安裝支架12拉索2數(shù)據(jù)采集儀3控制器31數(shù)據(jù)輸出單元4連接部件5磁環(huán)磁場6波導(dǎo)絲扭矩脈沖磁場[0039] 7橋墩交接點(diǎn) 8跨中點(diǎn) 9測量部件 10張緊部件 100橋梁 101橋墩
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述請參見圖1、圖2及 圖3，圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的工作狀態(tài)示意圖，圖2為圖1的A-A向剖視圖，圖3為本 實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，本實(shí)用新型的橋梁動撓度測試裝置，包括傳感部件1、與傳感 部件1連接的數(shù)據(jù)采集儀2、與數(shù)據(jù)采集儀2連接的控制器3以及與控制器3連接的數(shù)據(jù)輸 出單元31，還包括用于確定橋梁測試定點(diǎn)的測量部件9、用于連接傳感部件1與橋梁100的 連接部件4及用于張緊傳感部件中的拉索12的張緊部件IO，其中，傳感部件1包括磁致伸 縮位移傳感器ll和拉索12。 本實(shí)施例中，控制器3為計算機(jī)，但不限于此，也可為其他具有控制及數(shù)據(jù)接受、 存儲及分析功能的電子設(shè)備；數(shù)據(jù)輸出單元31可為顯示屏、打印機(jī)或其他可進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出 的設(shè)備，且數(shù)據(jù)輸出單元31與控制器3、控制器3與數(shù)據(jù)采集儀2均可為有線或無線連接方 式，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的現(xiàn)場測控或遠(yuǎn)程測控；測量部件9為全站儀、水準(zhǔn)儀或其它定位儀器，連 接部件4為錨固系統(tǒng)，該錨固系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向鋼筋、錨墊板和錨具(圖未示)，張緊部件10為 千斤頂(圖未示)或其它張拉設(shè)備，由于以上均為成熟的現(xiàn)有技術(shù)，不是本實(shí)用新型發(fā)明的 重點(diǎn)，故在本實(shí)施例中不做詳細(xì)描述。下面詳細(xì)介紹應(yīng)用于對橋梁動撓度的測試的傳感部 件l。 物質(zhì)有熱脹冷縮的現(xiàn)象，但除了加熱外，磁場和電場也會導(dǎo)致物體尺寸的伸長和 縮短。鐵磁性物質(zhì)在外磁場的作用下，其尺寸伸長(或縮短)，去掉外磁場后，其又恢復(fù)原來 的長度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象(或效應(yīng))。此現(xiàn)象的機(jī)理是鐵磁或亞鐵磁材料在居 里點(diǎn)以下發(fā)生自發(fā)磁化，形成磁疇。在每個磁疇內(nèi)。晶格都沿磁化強(qiáng)度方向發(fā)生形變。當(dāng)施 加外磁場時，材料內(nèi)部隨即取向的磁疇發(fā)生旋轉(zhuǎn)，是各磁疇的磁化方向趨于一致，物體對外 顯示的宏觀效應(yīng)即沿磁場方向伸長或縮短。磁致伸縮技術(shù)原理是利用兩個不同磁場相交產(chǎn) 生一個應(yīng)變脈沖信號，然后計算這個信號被探測所需的時間周期，從而換算出準(zhǔn)確的位置。 磁致伸縮位移傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng) 變脈沖信號來準(zhǔn)確地測量位置的。請參見圖4及圖5，圖4為本實(shí)用新型的磁致伸縮位移 傳感器結(jié)構(gòu)圖，圖5為磁致伸縮位移傳感器的工作原理示意圖。磁致伸縮位移傳感器11的 測量元件是一根波導(dǎo)絲lll，波導(dǎo)絲111內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測 量過程是由磁致伸縮位移傳感器11的電子部件113內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)絲 111內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)絲111外產(chǎn)生一個波導(dǎo)絲扭矩脈沖磁場6，當(dāng)該波導(dǎo)絲扭矩脈沖磁 場6和套在波導(dǎo)絲111上作為位置變化的活動磁環(huán)114產(chǎn)生的磁環(huán)磁場5相交時，由于磁 致伸縮的作用，波導(dǎo)絲111內(nèi)會產(chǎn)生一個應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號，這個應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號 以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子部件113所檢測到。這兩個磁場一個來自在傳感器外面的活動磁環(huán)114，另一個則源自傳感器內(nèi)波導(dǎo)絲111 (Waveguide)的電流脈沖，而這個 電流脈沖其實(shí)是由位于傳感器下部的固有電子部件113所產(chǎn)生的。當(dāng)兩個磁場相交時，所 產(chǎn)生的一個應(yīng)變脈沖(Strain Pulse)會以聲音的固定速度運(yùn)行回電子部件113的感測線 圈。從產(chǎn)生電流脈沖的一刻到測到返回應(yīng)變脈沖所需要的時間周期乘以這個固定速度，便 能準(zhǔn)確地計算出磁環(huán)114位置的變動。如圖5所示，這個過程是連續(xù)不斷的，所以每當(dāng)磁環(huán) 114被帶動時，新的位置很快就會被感測出來。由于輸出信號是一個真正的絕對位置輸出， 而不是按比例或需要再放大處理的信號，所以不存在信號飄移或變值的情況，因此不必像 其它位移傳感器一樣需要定期重標(biāo)和維護(hù)。此外，它采用非接觸的測量方式，由于測量用的 活動磁環(huán)和傳感器自身并無直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長、環(huán)境適應(yīng) 能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動化工作，即使在惡劣的環(huán)境下(如容易受油漬、 塵?；蚱渌奈廴炯案邷?、高壓和強(qiáng)振動的場合)，也能正常工作。 請參見圖4，本實(shí)用新型的磁致伸縮傳感器11包括順序連接的波導(dǎo)絲111、測桿 112和電子部件113，以及套裝于測桿112外并可沿測桿112移動的磁環(huán)114，還包括安裝支 架115，本實(shí)施例中該安裝支架115為法蘭磁環(huán)安裝支架，磁致伸縮位移傳感器11固定于該 法蘭磁環(huán)安裝支架上。在測量動撓度時磁致伸縮位移傳感器11的電子部件113產(chǎn)生電流 脈沖，此電流同時產(chǎn)生一磁場沿波導(dǎo)絲向下運(yùn)動；在磁致伸縮位移傳感器11的測桿112外 的可移動磁環(huán)114沿測桿112隨拉索12的變動而移動，將所測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集儀2上 進(jìn)行記錄，并將所記錄數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)輸出及數(shù)據(jù)分析存儲單元3上進(jìn)行處理。本實(shí)用新 型的控制器3，采用相對式測試方法，即對所測試的信號做修正處理。 應(yīng)用磁致伸縮位移傳感器測試橋梁100的動撓度時，用全站儀或水準(zhǔn)儀定出兩個 橋墩101的橋墩交接點(diǎn)7處和跨中點(diǎn)8處位置，用錨固系統(tǒng)將拉索12固結(jié)或鉸接在橋墩交 接點(diǎn)7處，利用千斤頂將拉索12拉緊，將磁致伸縮位移傳感器測桿112外的可移動磁環(huán)114 固定在拉索12上，磁致伸縮位移傳感器11固定在安裝支架115上放在跨中點(diǎn)8處。本實(shí)施 例中，測量部件9選用全站儀，該全站儀采用測角精度為2〃 ，測距精度為士2mm+2ppm的高 精度全站儀。全站儀放線定位，主要定兩個橋墩交接點(diǎn)7處和跨中點(diǎn)8處坐標(biāo)，由于鋼絞線 松弛，重力、張力的原因，跨中點(diǎn)8處必定有一定的下?lián)?，因此要控制下?lián)现?，且用于修正?shí)
測撓度值。全站儀測試點(diǎn)為橋墩100處拉索12張拉端；拉索12跨中點(diǎn)(撓度測試點(diǎn))；
對比試驗(yàn)的參考點(diǎn)(地面)。根據(jù)監(jiān)測需要，全站儀測試點(diǎn)也可為兩個橋墩交接點(diǎn)和跨中點(diǎn) 或其它任意測量位置。 拉索12選用可施加預(yù)應(yīng)力的材料。拉索12的選擇，依照實(shí)際情況估算的張拉力 大小和張拉的拉索的固有頻率進(jìn)行計算，通過計算所得數(shù)據(jù)來選擇。為了使張拉的拉索的 固有頻率在4Hz以下，在張拉時要嚴(yán)格控制張拉力的大小，控制張拉力以設(shè)計應(yīng)力為準(zhǔn)且 以全站儀觀測的結(jié)果作為拉索張拉是否達(dá)到要求的基本準(zhǔn)則，拉索的兩端鉸接的拉索力計 算公式如下
g fn------拉索的第n階自振頻率； L-------拉索的計算長度； n--------振動階數(shù)；[0056] m--------單位拉索長的質(zhì)量(線密度)； T----------拉索的張力； 本實(shí)例選用直徑為5. 24mm的鋼絞線，實(shí)際張拉噸位按3 10噸取。由于該橋梁跨 中拱起，故錨固端固定于橋梁連續(xù)處過人門洞上部約50 80cm(參見圖1)，這樣可以保證 跨中點(diǎn)8處鋼絞線的位置略高出跨中測試點(diǎn)，便于固定測試磁致伸縮位移傳感器11。張拉 控制應(yīng)力的確定和控制，力求達(dá)到設(shè)計應(yīng)力值。待張拉完畢后，利用測試儀器測試鋼絞線的 自振頻率，用于修正該自振頻率和設(shè)計頻率的差別，控制鋼絞線的實(shí)際頻率在4Hz以下。根 據(jù)力和頻率的關(guān)系，拉索12拉的越緊，頻率越高，因此，拉索12以跨中垂度小(控制在1mm 以內(nèi))為準(zhǔn)，即拉直即可，這樣可控制拉索的頻率較低。 本實(shí)用新型可在橋梁上設(shè)置多個以對單個橋梁的多個測試點(diǎn)同時進(jìn)行監(jiān)測，也可 同時在多個橋梁上設(shè)置本實(shí)用新型，用于在橋梁分布零散的情況下組建大型監(jiān)控網(wǎng)，通過 具有數(shù)據(jù)收發(fā)及處理功能的監(jiān)測中心計算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測。 本實(shí)用新型可以長期實(shí)時地對橋梁進(jìn)行動撓度的監(jiān)測，降低了橋梁動撓度檢測人 力物力成本，提高了橋梁動撓度測量的效率，而且由于測量過程中敏感元件是非接觸的，可 以不斷重復(fù)檢測，而不會對傳感器造成任何磨損，大大地提高了檢測的可靠性和使用壽命。 另外，本實(shí)用新型還可用于對橋梁動撓度的測試試驗(yàn)。 當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的 情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些 相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種橋梁動撓度測試裝置，包括安裝在橋梁上的傳感部件、與所述傳感部件順序相連的數(shù)據(jù)采集儀、控制器及數(shù)據(jù)輸出單元，其特征在于，所述的傳感部件為磁致伸縮位移傳感器。
2. 如權(quán)利要求1所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述磁致伸縮位移傳感器 包括波導(dǎo)絲、測桿和電子部件，以及套在所述測桿外并可沿所述測桿移動的磁環(huán)，所述波導(dǎo) 絲在所述測桿內(nèi)部并與所述電子部件連接，所述測桿安裝在所述電子部件上方或下方。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，還包括測定橋梁測試定 點(diǎn)的測量部件以及連接部件和張緊部件。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述的傳感部件還包括 拉索，其一端通過所述連接部件與橋梁連結(jié)，另一端與所述磁環(huán)連接，所述張緊部件拉緊所 述拉索。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述的磁致伸縮位移傳 感器還包括安裝支架，所述磁致伸縮位移傳感器固定在所述安裝支架上。
6. 如權(quán)利要求3所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述的測量部件為全站儀 或水準(zhǔn)儀。
7. 如權(quán)利要求3所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述的連接部件為錨固系 統(tǒng)，所述錨固系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向鋼筋、錨墊板和錨具。
8. 如權(quán)利要求3所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述的張緊部件為千斤頂。
9. 如權(quán)利要求3所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述的橋梁測試定點(diǎn)為兩 個橋墩交接點(diǎn)和跨中點(diǎn)。
10. 如權(quán)利要求9所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述磁致伸縮位移傳感器 設(shè)置在所述橋梁測試定點(diǎn)的跨中點(diǎn)處。
11. 如權(quán)利要求9所述的橋梁動撓度測試裝置，其特征在于，所述拉索與所述橋梁測試 定點(diǎn)的兩個橋墩交接點(diǎn)處固結(jié)或鉸接。
專利摘要本實(shí)用新型是一種橋梁動撓度測試裝置，包括安裝在橋梁上的傳感部件、采集儀及控制器和數(shù)據(jù)輸出單元，傳感部件包括磁致伸縮位移傳感器和拉索，該磁致伸縮位移傳感器包括順序連接的波導(dǎo)絲、測桿和電子部件，以及可移動的磁環(huán)。用錨固系統(tǒng)將拉索連接在橋墩交接點(diǎn)處，將磁致伸縮位移傳感器測桿外的可移動磁環(huán)固定在拉索上，磁致伸縮位移傳感器放在跨中點(diǎn)處，將所測數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉瘍x上，再傳輸?shù)娇刂破?，?jīng)控制器分析處理后傳送到數(shù)據(jù)輸出單元輸出。本實(shí)用新型裝置可長期實(shí)時地對橋梁進(jìn)行動撓度的監(jiān)測，測量過程中敏感元件是非接觸的，可不斷重復(fù)檢測，而不會對傳感器造成任何磨損，大大地提高了檢測的可靠性和使用壽命。
文檔編號G01B7/24GK201438141SQ20092010818
公開日2010年4月14日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者張繼民, 董春, 高俊亮 申請人:北京中土賽科科技開發(fā)有限公司