专利名称：一种桥梁挠度-转角一体化测量方法
技术领域：
本发明涉及桥梁检测及监测技术领域，具体说是一种桥梁挠度-转角一体化测量方法。尤指桥梁挠度-转角(挠度及转角)一体化动态测量 方法。
背景技术：
挠度是桥梁结构在强度、刚度、稳定性三大关键问题上都非常关注的重要参数，直接反映桥梁结构在运营状态中是否超出危险范围，所以，在评估一座桥梁的安全状况时，挠度至关重要。在挠度测量的需求下，国内外研究人员发展了许多挠度测量方法，激光测量就是其中一种。激光的准直性高，不易发散，可以实现远程测量，不少研究者开发了基于激光光斑识别的桥梁结构位移测试系统。但激光带来的一个问题就是它对转角的敏感，不管激光发射器是固定在桥梁结构上还是固定在远离结构的静止参考点上，激光发射器即使有一个微弱的转动，经过距离放大后也会带来很大的误差。专利号为ZL200510020375. 5，授权号为CN1297798C公开的“二维、大量程激光挠
度/位移测量方法及装置”提出了一种固定激光的可变阻尼铰链结构，使桥梁发生转角时激光依然保持固定姿态，只有桥梁有挠度时激光发射器才上下移动。在桥梁进行荷载试验的静态或准静态过程中，这种激光固定方式可以实现对转角的回避，准确测量出挠度。但是，桥梁运营期会长期承受各类车辆冲击，长期处于一个动平衡，铰链的上摆杆会受到来自桥梁的冲击，而上下摆杆和球铰组成的系统是一个自由状态，这样的话上摆杆受到来自桥梁的冲击力后激光自身就会产生一个随机振动，导致测量失效。专利号为ZL0810070076. 6，授权号为CN101339003B公开的“大结构水平二维位移自动测量装置及方法”提出了利用重力作用将激光器用绳子悬吊来回避激光发射器对转角的敏感，这种方式可以对拉索体系的桥塔在水平面内的二维位移实现静态测量，但无法测量桥梁挠度。该方法同样是使激光处于一个自由状态，桥塔的动态位移难以传递。专利号为ZL200920126826. 7、专利号为ZL200920126829. O和专利号为ZL201020226330. X公开的内容也是利用激光测挠度，所采用办法是用弹簧连接或悬挂等方式来回避激光对转角的敏感。这种方式也是只能满足静态测量。随着检测技术要求的不断提高，为进行一些频谱分析或损伤识别，科研及检测单位往往更加关注桥梁的动态参数。桥梁运营期在线检测或长期动态监测都需要对其挠度进行动态测量。总结上面现有专利技术，激光挠度测量最大的问题是直线激光对转角的敏感，而改进后的激光固定结构可以回避转角的影响但又难以实现动态测量。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种桥梁挠度-转角一体化测量方法，将激光发射器对称布置(对称反向布置)在待测结构挠度测点处，解决了激光转角带来误差的问题，而且在一个测点同时测得了挠度和转角，激光发射器和待测部位固定连接，没有自由度，图像采集设备按固定频率采集激光光斑图像时可以进行动态测量。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是一种桥梁挠度-转角一体化测量方法，其特征在于，包括以下步骤在桥梁待测结构挠度测点处固定设置信号发射设备A，所述信号发射设备A包括两个激光发射器2，两个激光发射器2通过夹持器I对称反向设置，通过夹持器I固定在桥梁待测部位，调整夹持器I确保两个激光发射器2的光路成一条直线沿桥梁纵向反向发射；在桥梁两岸静止参考点各固定一套用于采集激光光斑的信号采集设备B，所述信号采集设备B包括护罩4，其前端设有接收屏3，其后端设有作为图像采集设备的摄像机5，其下部设有支架6，调节支架6使信号发射设备A发出的激光能被接收屏3接收；将两台信号采集设备B和计算机C连接且由计算机C同时控制；计算机C按照某个固定频率同步采集并存储两台信号采集设备B采集的激光光斑图像数据，进行激光光斑位移的计算处理。在上述技术方案的基础上，所述接收屏3由半透明毛玻璃制作。在上述技术方案的基础上，摄像机5的镜头的中心线和接收屏3保持垂直。在上述技术方案的基础上，所述激光光斑位移的计算处理包括以下步骤设桥梁在挠度测点同时发生了挠度w和转角Θ，经过计算机C处理，第一台信号采集设备B测得光斑竖向移动距离是Y1，第二台信号采集设备B测得光斑竖向移动距离是y1;挠度测点离第一台信号采集设备B的距离是I1,离第二台信号采集设备B的距离是12，则按下面的关系求得挠度w和转角的值Θ :
权利要求
1.一种桥梁挠度-转角一体化测量方法，其特征在于，包括以下步骤 在桥梁待测结构挠度测点处固定设置信号发射设备A，所述信号发射设备A包括两个激光发射器(2)，两个激光发射器(2)通过夹持器(I)对称反向设置，通过夹持器(I)固定在桥梁待测部位，调整夹持器(I)确保两个激光发射器(2)的光路成一条直线沿桥梁纵向反向发射； 在桥梁两岸静止参考点各固定一套用于采集激光光斑的信号采集设备B，所述信号采集设备B包括护罩(4)，其前端设有接收屏(3)，其后端设有作为图像采集设备的摄像机(5)，其下部设有支架(6)，调节支架(6)使信号发射设备A发出的激光能被接收屏(3)接收； 将两台信号采集设备B和计算机C连接且由计算机C同时控制； 计算机C按照某个固定频率同步采集并存储两台信号采集设备B采集的激光光斑图像数据，进行激光光斑位移的计算处理。
2.如权利要求I所述的桥梁挠度-转角一体化测量方法，其特征在于所述接收屏(3)由半透明毛玻璃制作。
3.如权利要求I所述的桥梁挠度-转角一体化测量方法，其特征在于摄像机(5)的镜头的中心线和接收屏(3)保持垂直。
4.如权利要求I所述的桥梁挠度-转角一体化测量方法，其特征在于，所述激光光斑位移的计算处理包括以下步骤 设桥梁在挠度测点同时发生了挠度w和转角Θ，经过计算机C处理，第一台信号采集设备B测得光斑竖向移动距离是Y1，第二台信号采集设备B测得光斑竖向移动距离是y2，挠度测点离第一台信号采集设备B的距离是I1，离第二台信号采集设备B的距离是12， 则按下面的关系求得挠度w和转角的值Θ :
5.如权利要求4所述的桥梁挠度-转角一体化测量方法，其特征在于计算机C通过重心法计算激光光斑在接收屏(3)上的竖向移动距离y，对于一个像素为MXN的摄像机，对应光斑在采集图片中的像素位置值Y，由下列公式确定
全文摘要
本发明涉及一种桥梁挠度-转角一体化测量方法，在桥梁待测结构挠度测点处固定信号发射设备A，确保信号发射设备A的两个激光发射器的光路成一条直线沿桥梁纵向反向发射；在桥梁两岸静止参考点各固定一套信号采集设备B，并使信号发射设备A发出的激光能被信号采集设备B的接收屏接收；将两台信号采集设备B和计算机C连接；计算机C按照固定频率同步采集光斑数据进行光斑位移的计算处理。本发明所述的测量方法，将激光发射器对称布置在待测结构挠度测点处，解决了激光转角带来误差的问题，而且在一个测点同时测得了挠度和转角，激光发射器和待测部位固定连接，没有自由度，图像采集设备按固定频率采集激光光斑图像时可以进行动态测量。
文档编号G01M5/00GK102967263SQ201210508879
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者汪正兴, 王翔, 王波, 方华兵, 荆国强, 刘鹏飞, 高阳, 柴小鹏, 潘立泉, 李荣庆, 赵建 申请人:中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司, 中铁大桥局集团有限公司