[发明专利]一种桥梁摆动加速度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁摆动加速度测量装置，尤其是桥梁摆动周期在5-300秒的超低频摆动加速度检测的一种桥梁摆动加速度测量装置。

背景技术

桥梁摆动加速度是桥梁质量检验的重要参数。目前，大多数桥梁摆动加速度测量原理为采用质量块与弹簧构成弹性形变系统，通过测量弹簧的弹性形变来计算桥梁摆动加速度，此方法对于周期在5秒以上的超低频摆动不敏感，能测量周期在5秒以上的超低频桥梁摆动加速度传感器生产工艺复杂，价格昂贵。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种桥梁摆动加速度测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种桥梁摆动加速度测量装置，其特征在于：光学系统按迈克耳逊双速干涉仪原理布置，激光发生器(5)发出的激光通过准直器(6)照射到激光分束器(7)上，激光分束器(7)反射一路激光通过透明窗(4)照射到被做成角反射器形式的落体反射器(3)上并被反射，反射激光通过透明窗(4)照射到桥梁地面(13)上也被做成角反射器形式的地面反射器(11)上，并被地面反射器(11)反射到激光分束器(7)上，再经激光分束器(7)反射到光电管(8)上，同时激光分束器(7)透射一路激光照射到光电管(8)上，光电管(8)被激光照射输出电信号。闲置状态时，落体反射器(3)位于真空室(1)的底部。使用时，落体反射器(3)被沿导轨(2)运到真空室(1)的顶部并释放，落体反射器(3)在真空室(1)中自由下落。落体反射器(3)在下落过程中，激光发生器(7)发出的激光经分束器(7)反射的一路激光照射到光电管(8)的行程发生变化，并与经激光分束器(7)透射的一路激光发生干涉，光电管(8)输出强弱交替的干涉信号，经信号转换器(9)转换为TTL电平数字信号。信号转换器(9)输出的TTL电平信号被时刻记录器(10)所记录。时刻记录器(10)记录的数据传给微型计算机(12)。每个干涉信号所表示的落体反射器(3)与地面反射器(11)的距离变化ΔD＝λ/2，其中λ为激光发生器波长。由原理公式g＝2D/T²计算落体下落过程中的加速度g，公式中D为落体反射器(3)下落的距离，T为落体反射器(3)下落的时间。同一地点的地球重力加速度g₀短时间内变化微小，垂直变化梯度也远小于桥梁摆动加速度，可以看作常量，故不同时刻测得的加速度变化量Δg＝g-g₀即为桥梁摆动加速度。落体反射器(3)下落到真空室(1)的底部后一次测量完成。通过连续测量，可以绘制桥梁摆动加速度曲线图。

本发明的有益效果是：高稳定度激光系统和高精度时刻记录器技术已经十分成熟，采用激光干涉技术测量自由落体与桥梁表面距离与下落时刻，由原理公式g＝2D/T²计算落体下落过程中的加速度g，公式中D为落体下落的距离，T为落体下落的时间。同一地点的地球重力加速度g₀短时间内变化微小，垂直变化梯度也远小于桥梁摆动加速度，可以看作常量，故不同时刻测得的加速度变化量Δg＝g-g₀即为桥梁摆动加速度。通过连续测量，可以绘制桥梁摆动加速度曲线图。本发明能测量桥梁摆动周期在5-300秒的超低频摆动加速度，弥补传统采用质量块与弹簧构成弹性形变系统，通过测量弹簧的弹性形变来计算桥梁摆动加速度的方法在测量桥梁低频摆动方面能力不足的缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明示意图。

图中1.真空室，2.导轨，3.落体反射器，4.透明窗，5.激光发生器，6.准直器，7.激光分束器，8.光电管，9.信号转换器，10时刻记录器，11.地面反射器，12.微型计算机，13.桥梁地面。

具体实施方式

如图1，激光发生器(5)发出的激光通过准直器(6)照射到激光分束器(7)上，激光分束器(7)反射一路激光通过透明窗(4)照射到被做成角反射器形式的落休反射器(3)上并被反射，反射激光通过透明窗(4)照射到桥梁地面(13)上也被做成角反射器形式的地面反射器(11)上，并被地面反射器(11)反射到激光分束器(7)上，再经激光分束器(7)反射到光电管(8)上，同时激光分束器(7)透射一路激光照射到光电管(8)上，光电管(8)被激光照射输出电信号。闲置状态时，落体反射器(3)位于真空室(1)的底部。使用时，落体反射器(3)被沿导轨(2)运到真空室(1)的顶部并释放，落体反射器(3)在真空室(1)中自由下落。落体反射器(3)在下落过程中，激光发生器(7)发出的激光经分束器(7)反射的一路激光照射到光电管(8)的行程发生变化，并与经激光分束器(7)透射的一路激光发生干涉，光电管(8)输出强弱交替的干涉信号，经信号转换器(9)转换为TTL电平数字信号。信号转换器(9)输出的TTL电平信号被时刻记录器(10)所记录。时刻记录器(10)记录的数据传给微型计算机(12)。每个干涉信号所表示的落体反射器与地面反射器的距离变化ΔD＝λ/2，其中λ为激光发生器波长。由原理公式g＝2D/T²计算落体下落过程中的加速度g，公式中D为落体下落的距离，T为落体下落的时间。同一地点的地球重力加速度g₀短时间内变化微小，垂直变化梯度也远小于桥梁摆动加速度，可以看作常量，故不同时刻测得的加速度变化量Δg＝g-g₀即为桥梁摆动加速度分量。落体反射器(3)下落到真空室(1)的底部后一次测量完成。通过连续测量，可以绘制桥梁摆动加速度曲线图。