一种基于激光扫描的桥梁结构动态位移监测传感系统的制作方法

[技术领域]

本实用新型涉及土木工程结构物之间相对动态位移监测技术领域，具体来说涉及一种基于激光扫描的桥梁结构动态位移监测传感系统。

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背景技术：
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在风荷载、人行荷载、车辆荷载等可变荷载作用下，土木工程结构物会产生宏观变形，变形的大小和趋势是评价结构安全技术状况的最直接、最重要的参数。

随着现有土木工程结构物运营年限的增长，结构物的耐久性会随着时间增长而恶化变形，在一些特殊的工况作用下，结构物还存在超载现象，导致结构物存在较大的安全隐患，管理单位对结构物的运营安全日渐重视，需针对安全技术状况进行长期监测。

测试结构物的变形情况是评价结构物安全技术状况的常规手段，但传统测试手段往往是采用全站仪或是光电挠度仪等人工耗时费力的手段，或是采用静力水准仪等测试累计静态形变的技术，均不适用于长期实时的形变监测。

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技术实现要素：
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本实用新型的目的是针对目前市场上还没有实现桥梁结构变形长期实时监测的解决方案，而设计一种可以高效便利的进行桥梁结构动态位移监测的传感装置，其专门配备的数据处理传输模块可实现多通道多个传感的数据采集分析和无线远程传输，即可实现针对结构安全在线监测系统。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于激光扫描的桥梁结构动态位移监测传感系统，包括激光发射源(1)、激光接收成像装置(2)、信号处理控制装置(3)、固定底座(4)和待测结构(5)，所述激光发射源(1)安装在固定底座(4)上，所述固定底座(4)与所述待测结构(5)相对设置，所述待测结构(5)上安装有所述激光接收成像装置(2)，用于检测所述待测结构的动态位移，所述激光发射源(1)与所述激光接收成像装置(2)分别与所述信号处理控制装置(3)连接,并将检测到待测结构(5)的动态位移信号传输给控制模块(3)，控制模块收到信号后，信号处理并显示待测结构(5)的动态位移。

进一步的，所述信号处理控制装置(3)包括处理器(31)、显示器(32)和模数转换接口(33)，所述模数转换接口(33)与所述处理器(31)连接，所述处理器(31)与所述显示器(32)连接，所述模数转换接口(33)分别与所述激光发射源(1)和激光接收成像装置(2)通信连接。

进一步的，所述激光接收成像装置(2)包括激光接收部(21)，所述激光接收部为圆柱形结构。

进一步的，所述激光发射源包括壳体(21)和壳体(21)内部的激光发射器(22)，所述激光发射器发出的激光与所述激光接收部的圆心对齐。

进一步的，所述激光发射源(1)和激光接收成像装置(2)监测偏移量采集精度为0.1mm，x轴向量程为±20mm、y轴向量程±25mm，监测距离不大于50m，采样频率为50hz，工作温度为-25℃～60℃。

本实用新型只需将激光接收成像装置安装于待测结构物上，激光发射源与激光接收成像装置之间采用激光非接触传感，运用现代化光电采集处理和通信技术，数据可自动无线传输至远端服务器，可实时监测结构在各种环境条件下的动态位移，解决了长期在线动态监测需求。

[附图说明]

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的结构侧视图；

图3是本实用新型的安装示意图；

图4是本实用新型的信号处理控制装置结构示意图

图中：1、激光发射源；2、激光接收成像装置；3、信号处理控制装置；4、固定底座；5、待测结构；11、壳体；12、激光发射器；21、激光接收部；31、处理器；32、显示器；33、模数转换接口。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，此处所描述的具体实施案例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1～4所示，本实用新型实施例采用了以下技术方案：

一种基于激光扫描的桥梁结构动态位移监测传感系统，包括激光发射源1、激光接收成像装置2、信号处理控制装置3、固定底座4和待测结构5，所述激光发射源1安装在固定底座4上，所述固定底座4与所述待测结构5相对设置，所述待测结构5上安装有所述激光接收成像装置2，用于检测所述待测结构的动态位移，所述激光发射源1与所述激光接收成像装置2分别与所述信号处理控制装置3连接,并将检测到待测结构5的动态位移信号传输给控制模块3，控制模块收到信号后，进行信号处理并显示待测结构5的动态位移。

进一步的，所述信号处理控制装置3如图4所示，包括处理器31、显示器32和模数转换接口33，所述模数转换接口33与所述处理器31连接，所述处理器31与所述显示器32连接，所述模数转换接口33分别与所述激光发射源1和激光接收成像装置2通信连接。

进一步的，所述激光接收成像装置2包括激光接收部21，所述激光接收部为圆柱形结构。

进一步的，所述激光发射源包括壳体11和壳体11内部的激光发射器12，所述激光发射器发出的激光与所述激光接收部的圆心对齐。

进一步的，所述激光发射源1和激光接收成像装置2监测偏移量采集精度为0.1mm，x轴向量程为±20mm、y轴向量程±25mm，监测距离不大于50m，采样频率为50hz，工作温度为-25℃～60℃。

本实用新型的基本技术原理是，将激光发射源通过固定底座安装在固定端和将激光接收成像装置固定在需要监测的桥梁结构上，通过激光接收成像装置来捕捉激光发射源发射的激光光点的移动，来反映结构间相对位移的变化，监测待测结构随各种荷载作用激励下的变形情况，采集的数据通过信号处理控制装置中的通信模块无线传输至远端服务器，远端服务器上可配备专用可视化应用软件，形成一套长期在线监测系统，监测结构物运营安全。

进一步的，如图3所示，结合附图并通过本实用新型应用于监测桥梁结构的主梁跨动态位移的实际案例进行说明。

(1)安装传感装置：激光发射源通过固定底座安装于桥墩墩顶作为固定端，激光接收成像装置安装于主梁跨中底面作为监测端，信号处理控制装置可锚固安装于桥下或桥面位置。安装过程中，应注意激光与接收装置必须有效对中。

(2)线路布置：激光发射源和激光接收成像装置均通过电缆与数据处理模块有线连接，电缆可通过线槽或桥架安装于桥梁外侧面。

(3)数据监测：采集的数据通过处理模块无线传输至远端服务器，并配备专用可视化应用软件，形成一套长期在线监测系统，以监测桥梁跨中位置在车辆动荷载的作用下的动态位移，以评价桥梁运营受力安全。

在测量过程中，激光接收成像装置固定在待测结构上，激光发射源安装在固定底座上，激光发射源发生激光，光点被激光成像装置上的光敏面接收，信号处理控制装置不断扫描光敏面上的输出，光点照射正中心位置输出电压较高，转换成电信号后得出光点中心在光敏面上的相对位置。并以此为初始位置，当待测结构发生位移变动△x时，激光成像装置随之同步变化，光点中心在光敏面上的位置也产生偏位△x，不停扫描即可得到待测结构物的动态位移变化。

在本实施例中，本实用新型可同时采用多组激光发射源和激光接收成像装置进行测量，每一组激光发射源和激光结构成像装置的检测数据可以同时上传至所述信号处理控制装置中，所述信号处理控制装置进一步将检测数据上传至远端服务器上，这样无论是在信号处理控制装置上还是在远端的服务器上，都可以对桥梁的整体结构进行实时动态监控。同时，所述服务器端可以设有专门的可视化软件，用于直观的观察桥梁的整体结构。

在本实施例中，本实用新型可在桥梁结构安全监测工程中运用，工程可根据需求安装多个本实用新型，现场安装简便，并同时将传感器数据上传至远端服务器以实现长期全程的远程动态监控，形成实时动态位移时程曲线，真实地反映了桥梁车辆运营状态下主梁位移变化情况，数据精度高，稳定性好，能够满足实际工程需求。