專利名稱：一種橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁檢測及監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法。尤指橋梁撓度-轉(zhuǎn)角(撓度及轉(zhuǎn)角)一體化動態(tài)測量 方法。
背景技術(shù)：
撓度是橋梁結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三大關(guān)鍵問題上都非常關(guān)注的重要參數(shù)，直接反映橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營狀態(tài)中是否超出危險范圍，所以，在評估一座橋梁的安全狀況時，撓度至關(guān)重要。在撓度測量的需求下，國內(nèi)外研究人員發(fā)展了許多撓度測量方法，激光測量就是其中一種。激光的準(zhǔn)直性高，不易發(fā)散，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量，不少研究者開發(fā)了基于激光光斑識別的橋梁結(jié)構(gòu)位移測試系統(tǒng)。但激光帶來的一個問題就是它對轉(zhuǎn)角的敏感，不管激光發(fā)射器是固定在橋梁結(jié)構(gòu)上還是固定在遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)的靜止參考點(diǎn)上，激光發(fā)射器即使有一個微弱的轉(zhuǎn)動，經(jīng)過距離放大后也會帶來很大的誤差。專利號為ZL200510020375. 5，授權(quán)號為CN1297798C公開的“二維、大量程激光撓
度/位移測量方法及裝置”提出了一種固定激光的可變阻尼鉸鏈結(jié)構(gòu)，使橋梁發(fā)生轉(zhuǎn)角時激光依然保持固定姿態(tài)，只有橋梁有撓度時激光發(fā)射器才上下移動。在橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)的靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)過程中，這種激光固定方式可以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)角的回避，準(zhǔn)確測量出撓度。但是，橋梁運(yùn)營期會長期承受各類車輛沖擊，長期處于一個動平衡，鉸鏈的上擺桿會受到來自橋梁的沖擊，而上下擺桿和球鉸組成的系統(tǒng)是一個自由狀態(tài)，這樣的話上擺桿受到來自橋梁的沖擊力后激光自身就會產(chǎn)生一個隨機(jī)振動，導(dǎo)致測量失效。專利號為ZL0810070076. 6，授權(quán)號為CN101339003B公開的“大結(jié)構(gòu)水平二維位移自動測量裝置及方法”提出了利用重力作用將激光器用繩子懸吊來回避激光發(fā)射器對轉(zhuǎn)角的敏感，這種方式可以對拉索體系的橋塔在水平面內(nèi)的二維位移實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測量，但無法測量橋梁撓度。該方法同樣是使激光處于一個自由狀態(tài)，橋塔的動態(tài)位移難以傳遞。專利號為ZL200920126826. 7、專利號為ZL200920126829. O和專利號為ZL201020226330. X公開的內(nèi)容也是利用激光測撓度，所采用辦法是用彈簧連接或懸掛等方式來回避激光對轉(zhuǎn)角的敏感。這種方式也是只能滿足靜態(tài)測量。隨著檢測技術(shù)要求的不斷提高，為進(jìn)行一些頻譜分析或損傷識別，科研及檢測單位往往更加關(guān)注橋梁的動態(tài)參數(shù)。橋梁運(yùn)營期在線檢測或長期動態(tài)監(jiān)測都需要對其撓度進(jìn)行動態(tài)測量?？偨Y(jié)上面現(xiàn)有專利技術(shù)，激光撓度測量最大的問題是直線激光對轉(zhuǎn)角的敏感，而改進(jìn)后的激光固定結(jié)構(gòu)可以回避轉(zhuǎn)角的影響但又難以實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，將激光發(fā)射器對稱布置(對稱反向布置)在待測結(jié)構(gòu)撓度測點(diǎn)處，解決了激光轉(zhuǎn)角帶來誤差的問題，而且在一個測點(diǎn)同時測得了撓度和轉(zhuǎn)角，激光發(fā)射器和待測部位固定連接，沒有自由度，圖像采集設(shè)備按固定頻率采集激光光斑圖像時可以進(jìn)行動態(tài)測量。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，其特征在于，包括以下步驟在橋梁待測結(jié)構(gòu)撓度測點(diǎn)處固定設(shè)置信號發(fā)射設(shè)備A，所述信號發(fā)射設(shè)備A包括兩個激光發(fā)射器2，兩個激光發(fā)射器2通過夾持器I對稱反向設(shè)置，通過夾持器I固定在橋梁待測部位，調(diào)整夾持器I確保兩個激光發(fā)射器2的光路成一條直線沿橋梁縱向反向發(fā)射；在橋梁兩岸靜止參考點(diǎn)各固定一套用于采集激光光斑的信號采集設(shè)備B，所述信號采集設(shè)備B包括護(hù)罩4，其前端設(shè)有接收屏3，其后端設(shè)有作為圖像采集設(shè)備的攝像機(jī)5，其下部設(shè)有支架6，調(diào)節(jié)支架6使信號發(fā)射設(shè)備A發(fā)出的激光能被接收屏3接收；將兩臺信號采集設(shè)備B和計(jì)算機(jī)C連接且由計(jì)算機(jī)C同時控制；計(jì)算機(jī)C按照某個固定頻率同步采集并存儲兩臺信號采集設(shè)備B采集的激光光斑圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行激光光斑位移的計(jì)算處理。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述接收屏3由半透明毛玻璃制作。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，攝像機(jī)5的鏡頭的中心線和接收屏3保持垂直。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述激光光斑位移的計(jì)算處理包括以下步驟設(shè)橋梁在撓度測點(diǎn)同時發(fā)生了撓度w和轉(zhuǎn)角Θ，經(jīng)過計(jì)算機(jī)C處理，第一臺信號采集設(shè)備B測得光斑豎向移動距離是Y1，第二臺信號采集設(shè)備B測得光斑豎向移動距離是y1;撓度測點(diǎn)離第一臺信號采集設(shè)備B的距離是I1,離第二臺信號采集設(shè)備B的距離是12，則按下面的關(guān)系求得撓度w和轉(zhuǎn)角的值Θ :
權(quán)利要求
1.一種橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，其特征在于，包括以下步驟 在橋梁待測結(jié)構(gòu)撓度測點(diǎn)處固定設(shè)置信號發(fā)射設(shè)備A，所述信號發(fā)射設(shè)備A包括兩個激光發(fā)射器(2)，兩個激光發(fā)射器(2)通過夾持器(I)對稱反向設(shè)置，通過夾持器(I)固定在橋梁待測部位，調(diào)整夾持器(I)確保兩個激光發(fā)射器(2)的光路成一條直線沿橋梁縱向反向發(fā)射； 在橋梁兩岸靜止參考點(diǎn)各固定一套用于采集激光光斑的信號采集設(shè)備B，所述信號采集設(shè)備B包括護(hù)罩(4)，其前端設(shè)有接收屏(3)，其后端設(shè)有作為圖像采集設(shè)備的攝像機(jī)(5)，其下部設(shè)有支架(6)，調(diào)節(jié)支架(6)使信號發(fā)射設(shè)備A發(fā)出的激光能被接收屏(3)接收； 將兩臺信號采集設(shè)備B和計(jì)算機(jī)C連接且由計(jì)算機(jī)C同時控制； 計(jì)算機(jī)C按照某個固定頻率同步采集并存儲兩臺信號采集設(shè)備B采集的激光光斑圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行激光光斑位移的計(jì)算處理。
2.如權(quán)利要求I所述的橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，其特征在于所述接收屏(3)由半透明毛玻璃制作。
3.如權(quán)利要求I所述的橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，其特征在于攝像機(jī)(5)的鏡頭的中心線和接收屏(3)保持垂直。
4.如權(quán)利要求I所述的橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，其特征在于，所述激光光斑位移的計(jì)算處理包括以下步驟 設(shè)橋梁在撓度測點(diǎn)同時發(fā)生了撓度w和轉(zhuǎn)角Θ，經(jīng)過計(jì)算機(jī)C處理，第一臺信號采集設(shè)備B測得光斑豎向移動距離是Y1，第二臺信號采集設(shè)備B測得光斑豎向移動距離是y2，撓度測點(diǎn)離第一臺信號采集設(shè)備B的距離是I1，離第二臺信號采集設(shè)備B的距離是12， 則按下面的關(guān)系求得撓度w和轉(zhuǎn)角的值Θ :
5.如權(quán)利要求4所述的橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，其特征在于計(jì)算機(jī)C通過重心法計(jì)算激光光斑在接收屏(3)上的豎向移動距離y，對于一個像素為MXN的攝像機(jī)，對應(yīng)光斑在采集圖片中的像素位置值Y，由下列公式確定
全文摘要
本發(fā)明涉及一種橋梁撓度-轉(zhuǎn)角一體化測量方法，在橋梁待測結(jié)構(gòu)撓度測點(diǎn)處固定信號發(fā)射設(shè)備A，確保信號發(fā)射設(shè)備A的兩個激光發(fā)射器的光路成一條直線沿橋梁縱向反向發(fā)射；在橋梁兩岸靜止參考點(diǎn)各固定一套信號采集設(shè)備B，并使信號發(fā)射設(shè)備A發(fā)出的激光能被信號采集設(shè)備B的接收屏接收；將兩臺信號采集設(shè)備B和計(jì)算機(jī)C連接；計(jì)算機(jī)C按照固定頻率同步采集光斑數(shù)據(jù)進(jìn)行光斑位移的計(jì)算處理。本發(fā)明所述的測量方法，將激光發(fā)射器對稱布置在待測結(jié)構(gòu)撓度測點(diǎn)處，解決了激光轉(zhuǎn)角帶來誤差的問題，而且在一個測點(diǎn)同時測得了撓度和轉(zhuǎn)角，激光發(fā)射器和待測部位固定連接，沒有自由度，圖像采集設(shè)備按固定頻率采集激光光斑圖像時可以進(jìn)行動態(tài)測量。
文檔編號G01M5/00GK102967263SQ201210508879
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者汪正興, 王翔, 王波, 方華兵, 荊國強(qiáng), 劉鵬飛, 高陽, 柴小鵬, 潘立泉, 李榮慶, 趙建 申請人:中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司, 中鐵大橋局集團(tuán)有限公司