專利名稱：用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器及撓度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑施工技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)量裝置，具體是一種用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器及撓度測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
橋梁是一種造價(jià)高昂、結(jié)構(gòu)龐大的工程，一旦倒塌將長期影響大范圍地區(qū)的交通、 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活。橋梁經(jīng)受日曬雨淋，承受疲勞荷載，必然會(huì)有緩慢發(fā)展的累積損傷，累積損傷發(fā)展到一定程度，就會(huì)引發(fā)安全事故。特別地，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及交通運(yùn)輸?shù)男枨?，許多大跨度橋梁應(yīng)運(yùn)而生，尤其是懸索橋以其跨度大，造型優(yōu)美，節(jié)省材料而備受人們的青睞，成為大跨度橋梁的首選。但隨著跨度的增大，安全系數(shù)也隨之下降，由以前的4 5下降為2 3。另外，由于大跨度橋梁柔性大，頻率低，對(duì)風(fēng)的作用很敏感。因?yàn)槿狈Ρ匾谋O(jiān)測(cè)和相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)，世界各地出現(xiàn)了大量橋梁損壞事故，給國民經(jīng)濟(jì)和生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。因此，必須不惜一切代價(jià)來保證其安全。橋梁健康檢測(cè)的主要項(xiàng)目一般包括位移、應(yīng)力、動(dòng)力特性、溫度、表觀檢測(cè)等。其中，對(duì)橋梁各控制斷面的位移變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并繪編相應(yīng)的位移變形影響線和影響面以檢測(cè)各控制部位位移變形狀態(tài)，可為總體評(píng)估橋梁的承載能力、營運(yùn)狀態(tài)和耐久能力提供依據(jù)。目前用于橋梁變形結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的方法主要有經(jīng)緯儀、位移傳感器、加速度傳感器和激光測(cè)試方法等。(1)全站儀法全站儀(包括經(jīng)緯儀)是用于測(cè)量角度的精密測(cè)量?jī)x器，可以用于測(cè)量角度、工程放樣以及粗略的距離測(cè)取。全站儀法同水準(zhǔn)儀法一樣，具有準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單， 操作方便的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是各測(cè)點(diǎn)不同步以及大變形時(shí)不可測(cè)。(2)位移傳感器法目前采用的位移傳感器多數(shù)是一種接觸型傳感器，主要采用應(yīng)變式位移傳感器，必須與測(cè)點(diǎn)相接觸，其缺點(diǎn)是對(duì)于難以接近點(diǎn)無法測(cè)量以及對(duì)橫向位移測(cè)量有困難。(3)加速度計(jì)法盡管高精度加速度計(jì)所測(cè)量的加速度觀測(cè)值經(jīng)過二次積分后能夠得到橫向和垂向的位移向量，但由于加速度計(jì)對(duì)橋體低頻震蕩不敏感，所以通過這種方法得到的位移量是不完整、不連續(xù)的。加速度傳感器對(duì)于低頻靜態(tài)位移鑒別效果差，為獲得位移必須對(duì)它進(jìn)行兩次積分，精度不高，也無法實(shí)時(shí)。而大型懸索橋的頻率一般都較低。(4)激光圖像法激光圖像法是近年來應(yīng)用比較廣泛的測(cè)量撓度儀器，將專用靶標(biāo)固定待測(cè)橋梁被測(cè)點(diǎn)，使靶標(biāo)與橋梁有機(jī)的結(jié)合起來形成共振，將橋梁震動(dòng)轉(zhuǎn)換成特定波長的光源震動(dòng)，通過光學(xué)解析系統(tǒng)將待測(cè)光信號(hào)解析至專用高精度工業(yè)CCD，檢測(cè)靶標(biāo)在 CCD上成像的中心坐標(biāo)的變化即可精確測(cè)量被測(cè)橋梁在載荷作用下產(chǎn)生的縱向和橫向位移及其對(duì)時(shí)間的響應(yīng)曲線。系統(tǒng)的K值(Kx，Ky)，即CCD上每個(gè)象素代表的實(shí)際位移值，能夠在測(cè)量之前進(jìn)行標(biāo)定。該方法動(dòng)靜態(tài)均可測(cè)量，對(duì)于小撓度、較短的橋梁實(shí)施測(cè)量比較方便，不足之處在于該設(shè)備成本較高，需要在橋梁以外一定范圍內(nèi)選取測(cè)量參考點(diǎn)，需要有人值守，并且對(duì)于多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)。
(5)扭角法扭角測(cè)試法由于原理上的缺陷，很少得到推廣應(yīng)用。(6)GPS法利用GPS監(jiān)測(cè)大橋位移的特點(diǎn)各監(jiān)測(cè)站之間是相互獨(dú)立的觀測(cè)值； 位受外界大氣影響小，能夠在暴風(fēng)雨中進(jìn)行監(jiān)測(cè)；GPS測(cè)定位移自動(dòng)化程度高；GPS定位速度慢、精度低。顯然，目前沒有一種監(jiān)測(cè)手段能夠同時(shí)滿足必需的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、同步性、自動(dòng)化和防護(hù)性等多方面要求。因此，開發(fā)新型位移傳感器，能夠兼顧橋梁變形監(jiān)測(cè)的多方面要求，特別是在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求，是十分迫切的任務(wù)?！盎诨鶞?zhǔn)傳遞原理的橋梁撓度測(cè)試方法及試驗(yàn)研究”(華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010， v07,n2)提出了一種在橋梁的梁體上布設(shè)連續(xù)連桿的撓度測(cè)試方法，在連桿中部安裝靜、動(dòng)態(tài)兩種位移傳感器測(cè)量與梁體對(duì)應(yīng)位置的相對(duì)位移，實(shí)現(xiàn)撓度的實(shí)時(shí)測(cè)量。但是，對(duì)于動(dòng)撓度的測(cè)量需要修正后才能實(shí)現(xiàn)，而且文獻(xiàn)對(duì)位移傳感器的選型以及傳感器的安裝方法未作任何介紹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無法同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性、同步性、防護(hù)性和準(zhǔn)確性等多方面要求的不足，提出一種適用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器及撓度測(cè)量方法。本發(fā)明的撓度傳感器基于橫向電渦流效應(yīng)工作，具有精度高、速度快、非接觸、低功耗、小體積、防護(hù)能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的撓度測(cè)量方法能夠用于各種公路、鐵路橋梁變形的垂直撓度、水平撓度的測(cè)量，并可實(shí)現(xiàn)橋梁變形的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種撓度傳感器，包括測(cè)量板、反射柵和支承臂三個(gè)部分組成，其中 測(cè)量板固定在橋梁上的任一測(cè)點(diǎn)位置上，反射柵固定在支承臂上，支承臂兩端固定于橋梁上的兩個(gè)相鄰測(cè)點(diǎn)位置上，測(cè)量板與反射柵之間保留有間隙。所述的反射柵，設(shè)有均勻排列的金屬導(dǎo)體，采用印刷電路板工藝制作。該金屬導(dǎo)體排列成兩個(gè)碼道，排列周期即為測(cè)量波長。同一碼道上的相鄰兩個(gè)金屬導(dǎo)體之間的距離為測(cè)量波長的一半，不同碼道的相鄰金屬導(dǎo)體之間的距離大于測(cè)量波長的一半，不同碼道的金屬導(dǎo)體的排列的起始位置一致。所述的金屬導(dǎo)體，其數(shù)量取決于測(cè)量范圍，該金屬導(dǎo)體的寬度即平行于碼道方向的長度為測(cè)量波長的一半。所述的測(cè)量板，包括平面線圈組、測(cè)量電路和支架，其中所述的平面線圈組每個(gè)線圈之間互相獨(dú)立，并分別與測(cè)量電路相連。平面線圈組和測(cè)量電路固定在支架上。所述的平面線圈組，采用印制電路板工藝制作，由均勻排列成兩個(gè)碼道的平面線圈組成，相同碼道的相鄰平面線圈之間的距離為測(cè)量波長一半的整數(shù)倍，相同碼道的平面線圈的中心與反射柵的金屬導(dǎo)體的中心相對(duì)應(yīng)，不同碼道的相鄰平面線圈之間的距離大于測(cè)量波長的一半，不同碼道的平面線圈的起始位置相差測(cè)量波長的四分之一的整數(shù)倍。所述的平面線圈的寬度即平行于碼道方向的長度是測(cè)量波長一半的整數(shù)倍，該平面線圈的長度即垂直于碼道方向的長度小于反射柵的金屬導(dǎo)體的長度。所述的測(cè)量電路，包含有模擬開關(guān)、振蕩器、整形電路、測(cè)頻電路和單片機(jī)等組成。 在單片機(jī)的控制下，平面線圈組通過模擬開關(guān)被依次接通，一方面由振蕩器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)加載到平面線圈組上，另一方面平面線圈組產(chǎn)生的信號(hào)通過整形電路放大后輸出到測(cè)頻電路，并最終送入單片機(jī)進(jìn)行處理，得到測(cè)量結(jié)果。所述的測(cè)量電路采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)y(cè)量結(jié)果以無線方式發(fā)送到橋梁監(jiān)控中心，大大減少了傳輸電纜的鋪設(shè)與維護(hù)。測(cè)量電路采用脈沖供電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電路系統(tǒng)的低功耗；測(cè)量電路采用鋰電池直接為電路系統(tǒng)供電，徹底擺脫了各個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)連線和供電電纜；測(cè)量電路采用太陽能電池供電，直接利用太陽能供電，無需人工定期更換電池，完全實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的免維護(hù)。所述的支承臂的長度等于兩個(gè)測(cè)點(diǎn)距離的兩倍。本發(fā)明的撓度傳感器工作過程如下當(dāng)橋梁處于無變形狀態(tài)時(shí)，所有測(cè)點(diǎn)的位置處于同一水平線上，此時(shí)撓度傳感器的測(cè)量板和反射柵也均處于原始位置的平衡狀態(tài)，平面線圈和金屬導(dǎo)體處在對(duì)稱的中間位置，則撓度傳感器無信號(hào)輸出。當(dāng)橋梁發(fā)生變形時(shí)，橋梁在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上都將產(chǎn)生大小不等的變形而且具有大小不等的縱向撓度，因此任意一個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)前后兩個(gè)相鄰測(cè)點(diǎn)的連線都將產(chǎn)生垂直變形和位移。此時(shí)，每個(gè)撓度傳感器的測(cè)量板相對(duì)于反射柵也產(chǎn)生相對(duì)位移，導(dǎo)致測(cè)量板的平面線圈和反射柵的金屬導(dǎo)體偏離對(duì)稱的中間平衡位置，因此撓度傳感器產(chǎn)生位移信號(hào)并輸出。在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上，傳感器的輸出信號(hào)通過無線網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)郊刂行?。本發(fā)明還涉及一種橋梁變形撓度測(cè)量方法，具體如下(1)在橋梁的側(cè)面沿著橋梁軸線方向上以兩個(gè)支撐端點(diǎn)為起始點(diǎn)，等間隔選取測(cè)點(diǎn)位置；(2)以任意三個(gè)連續(xù)相鄰的測(cè)點(diǎn)為一組安裝本發(fā)明的撓度傳感器，將測(cè)量板固定在對(duì)應(yīng)于這組測(cè)點(diǎn)的中間測(cè)點(diǎn)位置上，將反射柵固定在支承臂上中間的位置，該支承臂兩端固定設(shè)置于這組測(cè)點(diǎn)的兩端側(cè)點(diǎn)位置上，保證測(cè)量板與反射柵之間留有一定間隙。(3)沿著橋梁的軸線布置兩個(gè)水平的測(cè)量線，在同一測(cè)量線上的傳感器首尾相接， 兩個(gè)水平測(cè)量線上的傳感器在水平位置上錯(cuò)開一個(gè)測(cè)點(diǎn)間距，由此保證每個(gè)測(cè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器。(4)當(dāng)產(chǎn)生撓曲變形時(shí)，每個(gè)撓度傳感器的反射柵對(duì)應(yīng)于中間測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量板的相對(duì)位置發(fā)生變化，相應(yīng)的位移信息即可由測(cè)量板得到。該位移即為中間測(cè)點(diǎn)相對(duì)于兩個(gè)相鄰測(cè)點(diǎn)的相對(duì)變形撓度。(5)將全部測(cè)點(diǎn)位置處的傳撓度感器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行匯總，通過計(jì)算得到整個(gè)橋梁的變形曲線和最大變形撓度值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明上述傳感器精度高、速度快、非接觸、低功耗、小體積、無線設(shè)計(jì)，能夠用于各種公路、鐵路橋梁變形的垂直撓度、水平撓度的測(cè)量。


圖1為本發(fā)明的撓度傳感器的組成原理示意圖。圖2為本發(fā)明的撓度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的撓度測(cè)量方法示意圖。圖4為橋梁變形時(shí)撓度傳感器的變化示意圖。圖中1為測(cè)量板，2為反射柵，3為支承臂，4為金屬導(dǎo)體，5為反射柵底板，6為平面線圈組，7為測(cè)量電路，8為支架，9為橋梁。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示為本實(shí)施例的撓度傳感器組成示意圖。所述的撓度傳感器包括測(cè)量板1、反射柵2和支承臂3，其中測(cè)量板1固定在橋梁的測(cè)點(diǎn)i的位置上，反射柵2固定在支承臂3的中間位置上，支承臂3兩端分別固定設(shè)置于相鄰的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)i_l和i+Ι的位置上。如圖2所示為本發(fā)明的撓度傳感器的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。所述的反射柵2由金屬導(dǎo)體4和反射柵底板5組成，金屬導(dǎo)體4通過膠粘或者螺釘固定在反射柵底板5上。金屬導(dǎo)體4均勻排列成兩個(gè)碼道，排列周期即為測(cè)量波長λ，同一碼道上的相鄰兩個(gè)金屬導(dǎo)體4之間的距離為測(cè)量波長λ的一半，不同碼道的相鄰金屬導(dǎo)體4之間的距離大于測(cè)量波長λ的一半，不同碼道的金屬導(dǎo)體4的排列的起始位置一致。所述的金屬導(dǎo)體4的數(shù)量取決于測(cè)量范圍，該金屬導(dǎo)體4的寬度即平行于碼道方向的長度為測(cè)量波長λ的一半。所述的測(cè)量板1，包括平面線圈組6、測(cè)量電路7和支架8，其中平面線圈組6采用印制電路板工藝制作，相互獨(dú)立并分別與測(cè)量電路7連接。平面線圈組6和測(cè)量電路7 通過膠粘或者螺釘固定在支架8上。所述的平面線圈組6由均勻排列成兩個(gè)碼道的平面線圈組成，同一碼道上的相鄰平面線圈之間的距離為測(cè)量波長λ —半的整數(shù)倍，不同碼道的相鄰平面線圈之間的距離大于測(cè)量波長λ的一半，不同碼道的平面線圈的起始位置相差測(cè)量波長λ的四分之一的
整數(shù)倍。所述的平面線圈的寬度即平行于碼道方向的長度是測(cè)量波長λ —半的整數(shù)倍， 該平面線圈的長度即垂直于碼道方向的長度小于反射柵2上的金屬導(dǎo)體4的長度。具體實(shí)施例當(dāng)測(cè)量波長λ取5mm時(shí)，測(cè)量板1的平面線圈的寬度也為測(cè)量波長 λ的一半，即2. 5mm，長度可為8mm。測(cè)量板1每個(gè)碼道各采用兩個(gè)平面線圈，相同碼道的相鄰平面線圈相距1/2測(cè)量波長λ的整數(shù)倍，本實(shí)施例設(shè)為2. 5mm。不同碼道的平面線圈之間的距離大于測(cè)量波長λ的一半，本實(shí)施例設(shè)為4mm。不同碼道的平面線圈的起始位置相差測(cè)量波長λ的四分之一，即相差為1.25mm。在反射柵2的金屬導(dǎo)體4的寬度為測(cè)量波長 λ的一半，即為2. 5mm，長度設(shè)為12mm。假定橋梁變形垂直撓度測(cè)量范圍為10mm，采用5個(gè)金屬導(dǎo)體4，平面線圈組的總長度為l.U=6.25mm，金屬導(dǎo)體4的總長度為4h=22.5mm，實(shí)際測(cè)量范圍為2^=11.25mm。
■s1■氣所述的測(cè)量電路7采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)y(cè)量結(jié)果以無線方式發(fā)送到僑聯(lián)監(jiān)控中心，大大減少了傳輸電纜的鋪設(shè)與維護(hù)。測(cè)量電路7采用脈沖供電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電路系統(tǒng)的低功耗；測(cè)量電路7采用鋰電池直接為電路系統(tǒng)供電，徹底擺脫了各個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)連線和供電電纜；測(cè)量電路7采用太陽能電池供電，直接利用太陽能供電，無需人工定期更換電池，完全實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的免維護(hù)。
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所述的支承臂3的長度等于兩個(gè)測(cè)點(diǎn)距離的兩倍。如圖3所示為橋梁變形側(cè)縱向撓度測(cè)量方法示意圖。在橋梁9的側(cè)面沿著橋梁軸線方向上以兩個(gè)支撐端點(diǎn)為起始點(diǎn)，等間隔選取測(cè)點(diǎn)位置，測(cè)點(diǎn)間隔為L。以任意三個(gè)連續(xù)相鄰的測(cè)點(diǎn)為一組安裝本發(fā)明的撓度傳感器，將測(cè)量板1固定在對(duì)應(yīng)于這組測(cè)點(diǎn)的中間測(cè)點(diǎn)位置上，將反射柵2固定在支承臂3上中間的位置，支承臂3兩端固定設(shè)置于這組測(cè)點(diǎn)的兩端側(cè)點(diǎn)位置上，保證測(cè)量板1與反射柵2之間留有一定間隙。沿著橋梁9的軸線布置兩個(gè)水平的測(cè)量線I與II，在同一測(cè)量線上的撓度傳感器首尾相接，兩個(gè)水平測(cè)量線上的撓度傳感器在水平位置上錯(cuò)開一個(gè)測(cè)點(diǎn)間距，由此保證每個(gè)測(cè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)撓度傳感器。當(dāng)橋梁9產(chǎn)生撓曲變形時(shí)(如圖4所示)，每個(gè)撓度傳感器的反射柵2對(duì)應(yīng)于中間測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量板1的相對(duì)位置發(fā)生變化，相應(yīng)的位移信息即可由測(cè)量板1得到。該位移即為中間測(cè)點(diǎn)相對(duì)于兩個(gè)相鄰測(cè)點(diǎn)的相對(duì)變形撓度。將全部測(cè)點(diǎn)位置處的傳撓度感器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行匯總，通過計(jì)算得到整個(gè)橋梁9的變形曲線和最大變形撓度值。本發(fā)明提出的基于電渦流效應(yīng)的橋梁變形撓度傳感器具有精度高、速度快、非接觸、無磨損、防護(hù)墻的優(yōu)點(diǎn)，基于這種撓度傳感器本發(fā)明提出的撓度測(cè)量方法可將動(dòng)靜態(tài)測(cè)量功能集為一體，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的撓度變化，可直接將測(cè)量結(jié)果繪制時(shí)程曲線而不用任何修正。此外，該傳感器是基于電磁感應(yīng)原理非接觸式實(shí)現(xiàn)測(cè)距，方便安裝且不受天氣灰塵等影響，適合長期工作。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征在于傳感器包括測(cè)量板、反射柵和支承臂三個(gè)部分，測(cè)量板固定在橋梁的測(cè)點(diǎn)位置上，反射柵固定在支承臂上中間位置，支承臂兩端固定設(shè)置于相鄰的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)；所述的反射柵設(shè)有均勻排列的金屬導(dǎo)體，所述的測(cè)量板中設(shè)有平面線圈組；當(dāng)橋梁處于無變形狀態(tài)時(shí)，所有測(cè)點(diǎn)的位置處于同一水平線上，測(cè)量板和反射柵均處于原始位置的平衡狀態(tài)，平面線圈和金屬導(dǎo)體處在對(duì)稱的中間位置；當(dāng)橋梁發(fā)生變形時(shí)，測(cè)量板相對(duì)于反射柵產(chǎn)生相對(duì)位移，測(cè)量板的平面線圈和反射柵的金屬導(dǎo)體偏離對(duì)稱的中間平衡位置，撓度傳感器產(chǎn)生位移信號(hào)并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征是所述的反射柵包括金屬導(dǎo)體和反射柵底板組成，所述金屬導(dǎo)體固定在反射柵底板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征是所述的金屬導(dǎo)體排列成兩個(gè)碼道，排列周期即為測(cè)量波長；同一碼道上的相鄰兩個(gè)金屬導(dǎo)體之間的距離為測(cè)量波長的一半的整數(shù)倍，不同碼道的相鄰金屬導(dǎo)體之間的距離大于測(cè)量波長的一半， 不同碼道的金屬導(dǎo)體的排列的起始位置一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征是所述的金屬導(dǎo)體的寬度即平行于碼道方向的長度為測(cè)量波長的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征是所述的測(cè)量板包括平面線圈組、測(cè)量電路和支架，其中所述的平面線圈組中每個(gè)線圈之間互相獨(dú)立，并分別與測(cè)量電路相連，平面線圈組和測(cè)量電路固定在支架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征是，所述的平面線圈組由均勻排列成兩個(gè)碼道的平面線圈組成，相同碼道的相鄰平面線圈之間的距離為測(cè)量波長一半的整數(shù)倍，相同碼道的平面線圈的中心與反射柵的金屬導(dǎo)體的中心相對(duì)應(yīng)，不同碼道的相鄰平面線圈之間的距離大于測(cè)量波長的一半，不同碼道的平面線圈的起始位置相差測(cè)量波長的四分之一的整數(shù)倍，該平面線圈的寬度即平行于碼道方向的長度是測(cè)量波長一半的整數(shù)倍，該平面線圈的長度即垂直于碼道方向的長度小于反射柵的金屬導(dǎo)體的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征是，所述的支承臂的長度等于兩個(gè)測(cè)點(diǎn)距離的兩倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器，其特征是，所述的測(cè)量電路采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將測(cè)量結(jié)果以無線方式發(fā)送到橋梁監(jiān)控中心。
9.一種采用上述1-8所述傳感器進(jìn)行的橋梁變形撓度測(cè)量方法，其特征在于所述撓度傳感器設(shè)置于兩個(gè)水平的測(cè)量線上，在同一水平測(cè)量線上的傳感器首尾相接，兩個(gè)水平測(cè)量線上的傳感器在水平位置上錯(cuò)開一個(gè)測(cè)點(diǎn)間距。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的橋梁變形撓度測(cè)量方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)在橋梁的側(cè)面沿著橋梁軸線方向上以兩個(gè)支撐端點(diǎn)為起始點(diǎn)，等間隔選取測(cè)點(diǎn)位置；(2)以任意三個(gè)連續(xù)相鄰的測(cè)點(diǎn)為一組安裝本發(fā)明的撓度傳感器，將測(cè)量板固定在對(duì)應(yīng)于這組測(cè)點(diǎn)的中間測(cè)點(diǎn)位置上，將反射柵固定在支承臂上中間的位置，該支承臂兩端固定設(shè)置于這組測(cè)點(diǎn)的兩端側(cè)點(diǎn)位置上，保證測(cè)量板與反射柵之間留有間隙；(3)沿著橋梁的軸線布置兩個(gè)水平的測(cè)量線，在同一測(cè)量線上的傳感器首尾相接，兩個(gè)水平測(cè)量線上的傳感器在水平位置上錯(cuò)開一個(gè)測(cè)點(diǎn)間距，由此保證每個(gè)測(cè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器；(4)當(dāng)產(chǎn)生撓曲變形時(shí)，每個(gè)撓度傳感器的反射柵對(duì)應(yīng)于中間測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量板的相對(duì)位置發(fā)生變化，相應(yīng)的位移信息即可由測(cè)量板得到，該位移即為中間測(cè)點(diǎn)相對(duì)于兩個(gè)相鄰測(cè)點(diǎn)的相對(duì)變形撓度；(5)將全部測(cè)點(diǎn)位置處的傳撓度感器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行匯總，通過計(jì)算得到整個(gè)橋梁的變形曲線和最大變形撓度值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于橋梁變形監(jiān)測(cè)的撓度傳感器及撓度測(cè)量方法。所述的撓度傳感器由測(cè)量板、反射柵和支承臂組成，測(cè)量板固定在橋梁的測(cè)點(diǎn)上，反射柵固定在支承臂上，支承臂兩端固定設(shè)置于測(cè)量板相鄰的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。所述的撓度測(cè)量方法根據(jù)所述撓度傳感器撓度傳感器設(shè)置于兩個(gè)水平的測(cè)量線上，在同一水平測(cè)量線上的傳感器首尾相接，兩個(gè)水平測(cè)量線上的傳感器在水平位置上錯(cuò)開一個(gè)測(cè)點(diǎn)間距。本發(fā)明精度高、速度快、非接觸、低功耗、小體積、無線設(shè)計(jì)，能夠用于各種公路、鐵路橋梁變形的垂直撓度、水平撓度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01M5/00GK102539093SQ20121000237
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者劉偉文, 呂春峰, 王成龍, 趙輝, 陶衛(wèi), 雷華明 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)