[发明专利]一种位移/挠度测量系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构性态检测与监测技术领域，涉及一种位移/挠度测量系统与方法。

背景技术

位移测试对土木工程结构的性态检测与监测具有重大意义。位移是反映结构力学性态的重要参数，也是有关规范和标准为结构安全考虑制定限值的一个关键指标。例如，桥梁结构中可以通过对主梁挠度的测量来判断桥梁主体结构的安全状况；管道结构中可以通过对管体位移的测量来评估管道的服役性能；房屋结构中可以通过对梁板挠度、柱倾斜度的测量来分析构件或结构的力学性态进而评估其安全性能等等。

传统的位移测试方法主要包括百分表法(千分表)、位移计法、全站仪法、激光法、连通管法及GPS法。

(1)百分表法(千分表)可以实现对结构位移/挠度值的直接测量，测量结果精度高、可靠性好，但是该方法在应用时通常都需要配合使用磁性表座有时也需要搭设脚架，这些准备工作十分耗时，并且数据的读取和记录都需要人工操作，很难应用在监测领域。

(2)位移计法虽然测量结果精度较高，但是该方法在测量时通常需要有一个基准面，以测量测点与基准面之间的相对位移，然而这个基准面在实际中很难满足，即使能满足，在测点的选择上也可能增添很多限制。

(3)全站仪法是工程中经常采用的一种变形测试方法，该方法测量结果可靠度好，精度高，但是由于该方法的应用都需要人为的操作，测量一次周期长，尤其对于测量段长、测点较多的情况，耗时耗力。

(4)激光法是一种利用激光良好方向性的位移测试方法，该方法在应用中的一个很大缺陷就是在激光源与测点之间不能有障碍物，这对传感器在测点的布置、选择上增添了限制条件。

(5)连通管法主要是利用物理学上“连通器中处于水平平面上的静止液体的压强相同”的原理，在应用时选材方便，只需软管、水、卷尺即可，但是测量结果的精度较低，并且软管中液体容易受温度影响。

(6)GPS法测量结果精度较高，但是采用该方法进行监测时成本很高，比较适用于测点较少的情况。

此外，上述位移测试方法通常只适用于定期的人工检测，而要发展成为有效、便捷的实时监测手段将面临诸多技术和经济上的困难。因此，开发一种测点布置便捷、测试速度快、测量精度高的位移/挠度测量手段具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位移/挠度测量系统与方法，通过多点倾角测量，获得结构或构件整个测试区域内的位移/挠度值，特别适用于边界条件不确定及外部荷载未知情况下的结构或构件位移/挠度识别。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种位移/挠度测量系统，其包括：

倾角传感器，布置于待测的结构或构件上采集所在测点的倾角值，且第一个布置的倾角传感器所在的测点作为基准点；

数据采集装置，采集各倾角传感器量测的各测点的倾角值，并对采集的倾角值进行调理；

数据发送装置，将调理后的倾角值发送给数据分析装置；

数据分析装置，根据接收到的倾角值，并配合各测点相对于基准点的位置信息，计算位移函数，获得位移/挠度情况。

进一步，所述倾角传感器可采用无线倾角传感器，包括液体摆式倾角传感器、振弦式倾角传感器或电容式倾角传感器。

所述倾角传感器的最佳设置数量为7个。

所述基准点选在位移为零或受外部荷载扰动较小的测点。

所述计算位移函数，具体包括以下步骤：

1)根据接收到的倾角值，并配合各测点相对于基准点的坐标信息，以基准点处为坐标零点，得到各测点数据(x_0，θ₀)、(x₁，θ₁)、...、(x_i，θ_i)、...、(x_n，θ_n)，其中，x为测点的位置坐标值，θ为测点的倾角值，i(0≤i≤n)表示数据点在总体数据的位置；

2)采用具有二阶连续的三次样条函数来进行倾角函数的插值计算，假设(x_i-1，θ_i-1)、(x_i，θ_i)两测点之间的插值函数为S_i(x)，插值函数S(x)在整个测量区间内连续，且满足一阶、二阶导数连续，同时在测点处的插值等于测点值，计算出插值函数S(x)；

3)以基准点的位移值为已知条件，对插值函数S(x)积分得出位移函数y(x)。

一种位移/挠度测量方法，其包括以下步骤：