本發(fā)明涉及視頻位移傳感器技術(shù)的改進(jìn)，主要針對大跨度橋梁動(dòng)態(tài)位移的測試。

背景技術(shù)：

近年來，由于經(jīng)濟(jì)和交通突飛猛進(jìn)，交通量的劇增和超限超載現(xiàn)象在世界各國凸顯。經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對于交通能力的要求也在不斷提高，不少橋梁的老化和功能退化已呈現(xiàn)加速趨勢。為了確保大型橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，減少和避免重大損失，進(jìn)行大型橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特性參數(shù)的監(jiān)測和評估工作已迫在眉睫。

傳統(tǒng)的大跨橋梁動(dòng)態(tài)位移測試方法分為接觸式測試和非接觸式測試兩種。目前為止已經(jīng)研發(fā)的各種傳統(tǒng)測試技術(shù)各有其局限性和缺點(diǎn)。接觸式測試方法由于需要在結(jié)構(gòu)在安裝標(biāo)靶，給其的使用帶來不便。而目前存在的非接觸式位移傳感器不僅受到測量精度和測量距離的限制，而且易受外界環(huán)境的影響。視頻位移傳感器技術(shù)的出現(xiàn)使上述問題得到了解決。

視頻位移傳感器由攝影機(jī)、光學(xué)鏡頭、三腳架及配件和筆記本電腦組成。其具有便攜性、易操作、不需要安裝標(biāo)靶和測量精度高等優(yōu)越性。視頻傳感器技術(shù)的基本原理是通過裝有光學(xué)鏡頭的攝影機(jī)捕獲一個(gè)時(shí)段內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)過程，再利用模板匹配技術(shù)和像素處理技術(shù)獲得高精度的橋梁結(jié)構(gòu)像素振動(dòng)位移，再通過坐標(biāo)變換到用實(shí)際距離單位表示的振動(dòng)位移曲線。

現(xiàn)有視頻位移傳感器系統(tǒng)首先利用攝影機(jī)記錄下橋梁動(dòng)態(tài)位移過程，再利用線纜傳送至筆記本電腦。利用特定程序?qū)σ曨l進(jìn)行處理，得到其動(dòng)態(tài)位移時(shí)程曲線。現(xiàn)存問題主要有以下兩點(diǎn)：(1)外界環(huán)境產(chǎn)生的振動(dòng)對測量結(jié)果影響較大，主要包括實(shí)際工程測量中車輛導(dǎo)致的地面振動(dòng)，風(fēng)力導(dǎo)致的測量設(shè)備的振動(dòng)以及測量中人為因素所產(chǎn)生的振動(dòng)，大跨橋梁的動(dòng)態(tài)位移測量對其精度要求到毫米級，這些因素勢必對測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。(2)測量角度的精確計(jì)算，現(xiàn)有測量計(jì)算對鏡頭與橋梁結(jié)構(gòu)之間角度問題，往往是忽略不計(jì)，考慮仰角不是很大時(shí)，對測量結(jié)果影響不大，而對于大跨度橋梁來講，設(shè)備架設(shè)點(diǎn)往往離結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)，此時(shí)的角度較大，由此產(chǎn)生的測量結(jié)果偏差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種抗外界干擾性強(qiáng)、高精度大跨橋梁動(dòng)態(tài)位移視頻傳感器系統(tǒng)，其為適應(yīng)實(shí)際工程復(fù)雜環(huán)境下使用的，以及在不同測量角度下，實(shí)現(xiàn)對大跨橋梁動(dòng)態(tài)位移精確測量的設(shè)備。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種大跨橋梁動(dòng)態(tài)位移視頻傳感器系統(tǒng)，包括變焦距鏡頭、三角架、視頻傳感器、線纜、加速度傳感器、線纜固定夾、水平角刻度盤、結(jié)構(gòu)固定夾、仰角刻度盤、水準(zhǔn)儀、中桿伸縮夾和腳桿固定夾；

所述變焦距鏡頭安裝在三角架上，三角架由上部的鏡筒托架與下部結(jié)構(gòu)組成，鏡筒托架與下部結(jié)構(gòu)之間通過結(jié)構(gòu)固定夾固定；

所述變焦距鏡頭通過其下部的卡槽與截面為圓弧形鏡筒托架相連接，并通過鏡筒托架下方的調(diào)節(jié)螺絲將其握緊固定，變焦距鏡頭與視頻傳感器連接，視頻傳感器伸出的線纜布置在三腳架內(nèi)表面，并通過線纜固定夾固定；

所述加速度傳感器置于鏡筒托架下部，加速度傳感器伸出的線纜同樣布置在三腳架內(nèi)表面；

所述三角架上安裝有水平角刻度盤、仰角刻度盤和水準(zhǔn)儀；所述三角架的腳桿上設(shè)有腳桿固定夾，所述三角架的中桿上設(shè)有中桿伸縮夾。

作為優(yōu)選，所述三角架的腳桿底部設(shè)有可替換磁鐵腳尖，腳尖內(nèi)有磁鐵，同時(shí)腳尖與腳桿通過螺紋連接。

作為優(yōu)選，所述三角架的中桿上設(shè)有線纜收放裝置。

本發(fā)明在鏡筒的下方設(shè)有高靈敏度雙刻度盤，鏡筒與三腳架采用圓盤式卡槽連接。隨著鏡筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，角度刻度表可記錄下測量時(shí)鏡筒角度的變化，再利用角度值計(jì)算得到結(jié)構(gòu)水平和豎向兩個(gè)方向的動(dòng)態(tài)位移。

在三腳內(nèi)部設(shè)置有加速度傳感器，可測得設(shè)備本身的細(xì)微振動(dòng)。初始得到的動(dòng)態(tài)位移時(shí)程曲線應(yīng)濾掉加速度傳感器測得的部分，才得到最終的位移時(shí)程值。

另外，線纜均采用依附于三腳架內(nèi)表面布置，利用卡槽將其固定。三腳架中桿內(nèi)部設(shè)置有線纜收放裝置用來存放線纜，其原理類似于生活中的織布用線。對于需要遠(yuǎn)距離控制操作時(shí)，可更換較長的線纜。

本發(fā)明的有益效果：

1.可精確處理測量時(shí)的角度問題，使得豎向和水平向位移的劃分更加明確，測量結(jié)果更準(zhǔn)確。

2.鏡頭與三腳架的連接采用圓盤式卡槽連接，連接更加牢固，整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，手動(dòng)對準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)也更加簡單方便。

3.加速度傳感器的布置，使得整個(gè)系統(tǒng)抗外界干擾性更強(qiáng)，從而使得視頻位移傳感器能夠更好的應(yīng)用到實(shí)際工程中。

4.線纜的布置采用依附于三腳架內(nèi)表面，使測量設(shè)備在應(yīng)用中更加的安全和穩(wěn)定。

改進(jìn)之后，整個(gè)大跨橋梁視頻位移傳感器系統(tǒng)具有抗外界干擾性強(qiáng)、攜帶方便、易操作等優(yōu)越性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中變焦距鏡頭與鏡筒托架連接示意圖；

圖3為本發(fā)明中鏡筒托架與下部結(jié)構(gòu)連接示意圖；

圖4為本發(fā)明中仰角刻度盤安裝示意圖；

圖5為本發(fā)明中下部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1-5所示：一種大跨橋梁動(dòng)態(tài)位移視頻傳感器系統(tǒng)，包括變焦距鏡頭1、三角架、視頻傳感器2、線纜3、加速度傳感器4、線纜固定夾5、水平角刻度盤6、結(jié)構(gòu)固定夾7、仰角刻度盤8、水準(zhǔn)儀9、中桿伸縮夾11和腳桿固定夾12；

所述變焦距鏡頭1安裝在三角架上，三角架由上部的鏡筒托架與下部結(jié)構(gòu)組成，鏡筒托架與下部結(jié)構(gòu)之間通過結(jié)構(gòu)固定夾7固定；

所述變焦距鏡頭1通過其下部的卡槽與截面為圓弧形鏡筒托架相連接，并通過鏡筒托架下方的調(diào)節(jié)螺絲將其握緊固定，變焦距鏡頭1與視頻傳感器2連接，視頻傳感器2伸出的線纜布置在三腳架內(nèi)表面，并通過線纜固定夾5固定，測量前調(diào)試階段，線纜固定夾處于打開狀態(tài)。調(diào)試完整后關(guān)閉固定夾，將固定于中桿的內(nèi)表面；

所述加速度傳感器4置于鏡筒托架下部，加速度傳感器4伸出的線纜同樣布置在三腳架內(nèi)表面，測試開始時(shí)，將其連接到筆記本，供給電源；

所述三角架上安裝有水平角刻度盤6、仰角刻度盤8和水準(zhǔn)儀9，調(diào)試階段，隨著鏡頭的移動(dòng)，水平刻度盤6和仰角刻度盤8記錄下其角度的變化量；水準(zhǔn)儀9用來觀察調(diào)整儀器是否處于水平狀態(tài)；

所述三角架的腳桿上設(shè)有腳桿固定夾12，用于固定調(diào)整整個(gè)結(jié)構(gòu)，通過打開腳桿固定夾12可以縮放各腳桿，調(diào)整到合適高度后，將其關(guān)閉鎖定；所述三角架的中桿上設(shè)有中桿伸縮夾11，可調(diào)節(jié)中桿的長度。

所述三角架的腳桿底部設(shè)有可替換磁鐵腳尖10，腳尖內(nèi)有磁鐵，使結(jié)構(gòu)放置更加穩(wěn)定，同時(shí)腳尖與腳桿通過螺紋連接，根據(jù)測試環(huán)境不同可替換不同的腳尖。

所述三角架的中桿上設(shè)有線纜收放裝置13，測量時(shí)根據(jù)需要長度將線纜放出，結(jié)束時(shí)將線纜收回。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種大跨橋梁動(dòng)態(tài)位移視頻傳感器系統(tǒng)，包括變焦距鏡頭、三角架、視頻傳感器、線纜、加速度傳感器、線纜固定夾、水平角刻度盤、結(jié)構(gòu)固定夾、仰角刻度盤、水準(zhǔn)儀、中桿伸縮夾和腳桿固定夾；所述變焦距鏡頭通過其下部的卡槽與截面為圓弧形鏡筒托架相連接，并通過鏡筒托架下方的調(diào)節(jié)螺絲將其握緊固定，變焦距鏡頭與視頻傳感器連接，視頻傳感器伸出的線纜布置在三腳架內(nèi)表面，并通過線纜固定夾固定；所述加速度傳感器置于鏡筒托架下部固定卡槽內(nèi)；所述三角架上安裝有水平角刻度盤、仰角刻度盤和水準(zhǔn)儀。本發(fā)明是為適應(yīng)實(shí)際工程復(fù)雜環(huán)境下使用的，以及在不同測量角度下，實(shí)現(xiàn)對大跨橋梁動(dòng)態(tài)位移精確測量的設(shè)備。

技術(shù)研發(fā)人員：李枝軍;宋奎;馬志國;徐秀麗;李雪紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.09
技術(shù)公布日：2017.07.25