[发明专利]基于物联网和超声波的桥梁位移和伸缩缝宽度遥测系统

说明书

技术领域

    本发明涉及一种桥梁安全监测技术，尤其涉及一种基于物联网和超声波的桥梁位移和伸缩缝宽度遥测系统。

背景技术

    桥梁上的梁身与桥墩的相对位移量以及梁身之间的伸缩缝宽度位移量是桥梁健康监测中的关键参数，目前为止，现有技术中还没有能够直接测量前述两种位移量的仪器，一般都采用人工定期检测的方式来进行测量，人工检测的可靠性和灵活性都较差，不仅测量成本高，而且无法实现实时测量，同时高空作业存在一定安全风险。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于物联网和超声波的桥梁位移和伸缩缝宽度遥测系统，包括铺设在桥墩上的多段梁身，相邻两段梁身端面之间设置有伸缩缝，其创新之处在于：在相邻两段梁身表面各设置有一超声波反射板，两个超声波反射板位于伸缩缝所在区域的两侧；在两个超声波反射板之间设置有安装架，安装架固定在桥墩上；安装架上设置有第一超声波探头和第二超声波探头，第一超声波探头的发射区域与第一超声波反射板的反射区域相对，第二超声波探头的发射区域与第二超声波反射板的反射区域相对；所述超声波探头采用收发一体式的超声波传感器（当然也可采用收发不集成的超声波传感器）。值得说明的是：本领域技术人员应该清楚，超声波探测存在短距探测盲区，故在设置超声波探头和超声波反射板时，应该使二者之间的距离大于短距探测盲区的长度。

前述装置的工作原理是：从前述方案中可看出，超声波反射板设置在梁身上，当梁身出现位移时，超声波反射板也会随之移动；超声波探头设置于安装架上，安装架又固定在桥墩上，故超声波探头的位置不会因梁身位移而出现变化，因此超声波反射板与超声波探头之间的距离变化量实际上就反应了梁身的位移变化量；当装置安装好后，先对超声波探头和超声波反射板之间的距离进行标定，以获取初始距离数据；后续监测过程中，当需要测量梁身与桥墩之间的位移量时，对应的超声波探头向对应的超声波反射板发射超声波信号并接收反射回的回波信号，然后通过通信线缆将测量数据发送至远程处理终端，处理终端通过计算出发射时间和接收时间之间的时间差即可知道超声波反射板和超声波探头之间的当前距离，将当前距离与前期获取到的初始距离数据进行求差，即可知道梁身与桥墩之间的位移量；当需要测量相邻两段梁身之间的伸缩缝宽度变化量时，只需要分别测量出超声波探头和两个超声波反射板之间的距离后，经过简单的计算就能得到；

采用本发明方案后，无需测量人员到场，本发明的测量装置可自动完成对位移数据的测量，并且具有测量实时性强、测量成本低的优点，同时本发明还具有结构简单设置方便的特点，可方便地在现役桥梁上加装（也可在新建桥梁时直接设置）。

超声波测量技术是现有的常用技术，本发明对于现有技术的贡献并不在于测量技术本身，正如背景技术中所述的，现有技术中还没有相应装置可以实时、方便、快捷地完成桥梁梁身相对桥墩的位移和梁身之间的伸缩缝变化量的测量，现有的测量手段需要技术人员攀爬至相应位置进行手动测量，操作十分麻烦，且存在一定危险性，难以实时地、高频次地获取到测量数据，而本发明的方案正好解决了现有技术中缺乏相应手段的问题。

为了提高测量数据的准确性以及保证装置长期稳定运行，本发明还作了如下改进：所述第一超声波探头的数量为多个；第二超声波探头的数量为多个。当两种超声波探头都采用多个后，可以起到如下好处：首先，同种类的多个超声波探头可同时工作，后期数据处理时，可对采集到的多个测量数据求取平均值以降低测量误差；其次，多个超声波探头可互为备用，当有超声波探头失效后，其余超声波探头可继续工作，保证装置长期稳定运行。

为了扩展本发明的功能，发明人还对前述方案作了如下改进：所述安装架上还设置有通信模块，通信模块将超声波探头采集到的信号转换为无线信号后向外发送，信号发送的目的端为与本系统配套使用的数据接收服务器，管理者可通过操作客户端软件对桥梁监测数据进行读取、显示和分析操作。采用通信模块后，可利用成熟的无线通信技术构建针对桥梁结构的物联网络，从而对桥梁进行实时高效的安全监测。

优选地，所述超声波反射板和超声波探头沿水平方向分布。

为了便于安装和维修，优选地，所述超声波反射板和超声波探头设置于水平方向上梁身的外侧面上。

桥梁上一般都安装有道路照明系统，本发明的装置可就近采用为道路照明系统供电的市电供电（也可单独设计供电线路），但如果在现役桥梁上实施本发明方案时，可能需要改变其原有的供电系统，十分麻烦，故还可将本系统与太阳能供能技术结合以实现装置自供能，具体方案为：所述超声波探头采用太阳能电池板供能，太阳能电池板设置于桥身上。