本發(fā)明涉及橋梁安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁吊索監(jiān)測(cè)傳感器。

背景技術(shù)：

纜索系統(tǒng)作為長(zhǎng)大跨徑橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)損傷，將降低結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性，并且可能造成橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生災(zāi)難性的突發(fā)破壞事故。在實(shí)際應(yīng)用中雖然考慮了纜索保護(hù)措施，但是因?yàn)槔|索的損傷而導(dǎo)致橋梁進(jìn)行大規(guī)模的維修甚至最終破壞的例子比比皆是。國(guó)內(nèi)、外斷索統(tǒng)計(jì)表明，橋梁拉索的壽命不長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)多座索體系橋梁在運(yùn)營(yíng)了3～16年期間，發(fā)生了拉索破斷或由于損傷嚴(yán)重進(jìn)行纜索拆換甚至橋梁拆除。

纜索檢測(cè)有人工檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)兩種方式。目前的纜索檢測(cè)仍以人工檢測(cè)為主，其僅能對(duì)纜索系統(tǒng)的外觀損傷進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法在不破壞索體防護(hù)的前提下對(duì)纜索內(nèi)部的銹蝕斷絲情況進(jìn)行檢查判別，因此存在以下幾點(diǎn)不足：

1）不足以滿足對(duì)纜索腐蝕、斷絲進(jìn)行早期預(yù)警和發(fā)現(xiàn)的要求；

2）通過(guò)破損檢測(cè)對(duì)纜索防護(hù)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害；

3）難以實(shí)現(xiàn)索體全長(zhǎng)的全面檢測(cè)；

4）人工破損檢查費(fèi)時(shí)費(fèi)力、代價(jià)高昂。

對(duì)于無(wú)損檢測(cè)，目前已經(jīng)有一種在不破壞橋梁吊索的前提下進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)，其主要是包括機(jī)械爬行系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)。該方法中的機(jī)械爬行系統(tǒng)包括隔板，隔板中間開(kāi)有供吊索穿過(guò)的通孔，隔板頂面設(shè)置有夾緊裝置，底面設(shè)置有兩組爬行裝置；夾緊裝置包括至少兩個(gè)圍繞吊索設(shè)置的夾緊組件，夾緊組件包括推拉構(gòu)件及安裝于推拉構(gòu)件上的夾緊輪，推拉構(gòu)件能夠調(diào)整對(duì)應(yīng)夾緊輪與吊索之間的距離；圖像采集系統(tǒng)主要用于拍攝吊索外表面的圖像。

該檢測(cè)系統(tǒng)主要存在的缺點(diǎn)：

1）通過(guò)推拉構(gòu)件與夾緊輪夾持吊索，由于在每次檢測(cè)前均需調(diào)整夾緊輪與吊索之間的距離，且不同橋梁吊索直徑不同，因此該距離難以控制，有可能發(fā)生夾緊輪與吊索之間的相對(duì)滑動(dòng)或者卡死，使得檢測(cè)裝置難以穩(wěn)定行走；

2）該套系統(tǒng)主要是對(duì)橋梁吊索的外觀缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而大多數(shù)拱橋發(fā)生破壞主要是因?yàn)榈跛鲀?nèi)部存在斷絲或銹蝕情況，因此如何能夠很好地檢測(cè)橋梁吊索的斷絲銹蝕情況就顯得尤為重要。

另外還有在吊索上安裝各類傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)，例如磁通量傳感器、壓力傳感器、光纖光柵傳感器等。其中磁通量傳感器基于磁彈效應(yīng)制成，用于鐵磁構(gòu)件的應(yīng)力無(wú)損檢測(cè)，該檢測(cè)裝置測(cè)量到的磁通量是一個(gè)靜態(tài)絕對(duì)電壓值，隨著時(shí)間的推移，這個(gè)電壓值會(huì)由于磁通量傳感器內(nèi)部線圈及其它電子元器件的老化而引起數(shù)據(jù)漂移。因此便需要對(duì)該套檢測(cè)裝置重新進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，相應(yīng)的也會(huì)造成成本的增加和數(shù)據(jù)處理的難度。壓力傳感器測(cè)定方法的精度相對(duì)較高，但是使用時(shí)必須與千斤頂配合使用，因此該方法適用于施工階段的索力測(cè)試。另外，壓力傳感器測(cè)定法還存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，壽命短，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。光纖光柵傳感器布置在拉索內(nèi)，使智能筋與拉索內(nèi)鋼絲同步變形，適用于平行鋼絲索、鋼絞線拉索索力（或應(yīng)力應(yīng)變）的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。其雖然具有抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但是未經(jīng)特殊處理的光纖光柵很脆弱，直接布設(shè)于纜索中很容易被破壞。因此上述方法在橋梁檢測(cè)工程上應(yīng)用存在一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種橋梁吊索監(jiān)測(cè)傳感器，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

橋梁吊索監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于：

包括固定于吊索頂部拱肋的傳感器固定機(jī)構(gòu)和固定于吊索下側(cè)的非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)；

非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)所固定的非接觸式位移計(jì)向上無(wú)摩擦插入傳感器固定機(jī)構(gòu)所固定的傳感本體元件內(nèi)。

傳感器固定機(jī)構(gòu)包括上錨固件、上鋼管元件和內(nèi)管元件；

上鋼管元件垂直焊接于上錨固件的下表面，內(nèi)管元件向上插入上鋼管元件并通過(guò)螺紋方式連接，傳感本體元件通過(guò)焊接方式固定于內(nèi)管元件。

非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)包括下錨固件和下鋼管元件；

下鋼管元件垂直焊接于下錨固件的上表面，下鋼管元件上管口設(shè)置有堵頭板，非接觸式位移計(jì)通過(guò)螺紋方式與堵頭板相固定。

上鋼管元件底端外部通過(guò)螺紋方式安裝有外套保護(hù)管，下鋼管元件頂端向上插入外套保護(hù)管；

傳感本體元件和非接觸式位移計(jì)均位于外套保護(hù)管內(nèi)。

傳感本體元件的通訊數(shù)據(jù)線位于傳感本體元件的頂部，自上鋼管元件上開(kāi)設(shè)的圓孔伸出。

上錨固件和下錨固件上均設(shè)置有用于安裝錨固螺栓的螺紋孔。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）無(wú)需與吊索進(jìn)行直接接觸，避免對(duì)吊索造成二次損壞；

2）可以對(duì)整根吊索、整個(gè)斷面、全部病害進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)；

3）檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定，受外界因素干擾較小，提高了橋梁索力測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性；

4）安裝方便、成本不高，適合大范圍推廣。

附圖說(shuō)明

圖1為吊索監(jiān)測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)圖。

圖2為傳感器固定機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。

圖3為外套保護(hù)管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為傳感本體元件結(jié)構(gòu)圖。

圖5為非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。

圖6為上錨固件和下錨固件的平面圖。

圖中，1-上鋼管元件，2-圓孔，3-內(nèi)管元件，4-外套保護(hù)管，5-傳感本體元件，6-非接觸式位移計(jì)，7-堵頭板，8-下鋼管元件，9-上錨固件，10-下錨固件，11-錨固螺栓，12-通訊數(shù)據(jù)線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明涉及的一種橋梁吊索監(jiān)測(cè)傳感器，包括固定于吊索頂部拱肋的傳感器固定機(jī)構(gòu)和固定于吊索下側(cè)的非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)。非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)所固定的非接觸式位移計(jì)6向上無(wú)摩擦插入傳感器固定機(jī)構(gòu)所固定的傳感本體元件5內(nèi)。

所述傳感器固定機(jī)構(gòu)包括上錨固件9、上鋼管元件1和內(nèi)管元件3。上鋼管元件1垂直焊接于上錨固件9的下表面，內(nèi)管元件3向上插入上鋼管元件1并通過(guò)螺紋方式連接，傳感本體元件5通過(guò)焊接方式固定于內(nèi)管元件3。

所述非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)包括下錨固件10和下鋼管元件8。下鋼管元件8垂直焊接于下錨固件10的上表面，下鋼管元件8上管口設(shè)置有堵頭板7，非接觸式位移計(jì)6通過(guò)螺紋方式與堵頭板7相固定。

上鋼管元件1底端外部通過(guò)螺紋方式安裝有外套保護(hù)管4，下鋼管元件8頂端向上插入外套保護(hù)管4，傳感本體元件5和非接觸式位移計(jì)6均位于外套保護(hù)管4內(nèi)。

傳感本體元件5的通訊數(shù)據(jù)線12位于傳感本體元件5的頂部，自上鋼管元件1上開(kāi)設(shè)的圓孔2伸出。

上錨固件9和下錨固件10上均設(shè)置有用于安裝錨固螺栓11的螺紋孔。

橋梁上每時(shí)每刻的通車(chē)量不同，而橋梁的設(shè)計(jì)荷載保持不變，所以在不同車(chē)流量的情況下，吊索的長(zhǎng)度將會(huì)發(fā)生伸縮變化；當(dāng)橋上有重載車(chē)輛通過(guò)或者車(chē)流量較大時(shí)，吊索兩端錨固點(diǎn)間的距離將會(huì)增大，此時(shí)非接觸式位移計(jì)6伸入到傳感本體元件5中的長(zhǎng)度將會(huì)縮短，由此產(chǎn)生的電阻將會(huì)減小。即非接觸式位移計(jì)6伸入到傳感本體元件5中長(zhǎng)度的不同，會(huì)使得傳感本體元件5所產(chǎn)生的電阻大小發(fā)生變化；伸入長(zhǎng)度越長(zhǎng)，產(chǎn)生的電阻越大，伸入長(zhǎng)度越短，產(chǎn)生的電阻越小。而由于電阻的不同，會(huì)使得傳感本體元件5得出不同的檢測(cè)信號(hào)，該檢測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)采集端口輸入到數(shù)據(jù)采集單元，最后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后便可以得到吊索檢測(cè)結(jié)果。因此本發(fā)明的主要工作原理是：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊索兩端錨固點(diǎn)間的距離得出不同的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)而來(lái)評(píng)判吊索的安全狀態(tài)。

本發(fā)明的安裝包括以下步驟：

1、將上錨固件9與吊索頂部旁邊的拱肋連接；

2、將上鋼管元件1與上錨固件9焊接固定；

3、將內(nèi)管元件3與上鋼管元件1采用螺紋連接；

4、將傳感本體元件5與內(nèi)管元件3進(jìn)行點(diǎn)焊固定，其中傳感本體元件5的數(shù)據(jù)線從上鋼管元件1上直徑為7mm的圓孔2穿出；

5、將下錨固件10用錨固螺栓11固定于吊索下側(cè)，且保證其與上錨固件9在同一條豎直線上；

6、將外套保護(hù)管4套在下鋼管元件8上，且將下鋼管元件8底部與下錨固件10進(jìn)行焊接；

7、將非接觸式位移計(jì)6伸入到傳感本體元件5下端的小孔中，并將非接觸式位移計(jì)6下端與堵頭板7采用螺紋連接；注：非接觸式位移計(jì)6與傳感本體元件5的內(nèi)壁無(wú)摩擦

8、將外套保護(hù)管4與上鋼管元件1采用螺紋連接。

注：需保證吊索檢測(cè)傳感器豎直，且控制其距吊索的水平距離在15cm-20cm之間。

各部件的性能要求如下：

1、傳感器固定機(jī)構(gòu)與吊索具有相同的彈性模量，保證其與吊索能夠協(xié)調(diào)變形；同時(shí)還起到固定傳感本體元件5的作用，保證傳感本體元件5在工作中不受外界因素的擾動(dòng)。

2、非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)需保證與傳感器固定機(jī)構(gòu)緊密連接，防止雨水進(jìn)入傳感器內(nèi)部，且要求其材質(zhì)良好，不易發(fā)生銹蝕，能夠起到對(duì)傳感器很好的保護(hù)作用。

3、非接觸式位移計(jì)固定機(jī)構(gòu)與吊索具有相同的彈性模量，保證其與吊索能夠協(xié)調(diào)變形；同時(shí)還起到固定非接觸式位移計(jì)6的作用，保證非接觸式位移計(jì)6在工作中不受外界因素?cái)_動(dòng)。

具體檢測(cè)流程包括以下步驟：

第一步：通過(guò)線盤(pán)引入橋塔的市電給儀器供電，檢查設(shè)備情況并識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)電源噪音，供電較穩(wěn)定，噪音對(duì)檢測(cè)無(wú)影響。

第二步：在不拆除外PE保護(hù)套的條件下，將傳感器安裝在待測(cè)吊索旁，跟距吊索兩端錨固點(diǎn)間距離的變化，傳感器會(huì)返回不同的檢測(cè)信息。

第三步：檢測(cè)信息通過(guò)信號(hào)采集端口輸入到數(shù)據(jù)采集單元，經(jīng)其中的A/D轉(zhuǎn)換器后輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到吊索檢測(cè)結(jié)果。

第四步：對(duì)于存在異常信號(hào)的吊索，結(jié)合吊索的實(shí)際結(jié)構(gòu)判斷分析異常信號(hào)的原因，在去除結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的異常情況下，再進(jìn)行判斷分析吊索的損傷位置和損傷程度。

第五步：數(shù)據(jù)保存整理。對(duì)于有歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)的吊索可通過(guò)歷史數(shù)據(jù)差分對(duì)比分析進(jìn)行進(jìn)一步分析，如無(wú)歷史數(shù)據(jù)則跳過(guò)。

第六步：根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，編制吊索損傷檢測(cè)報(bào)告。

本發(fā)明的內(nèi)容不限于實(shí)施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。