[实用新型]用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于力学测量技术领域，涉及一种用于大型结构物位移和形变测量装置，特别是一种自校准的远程位移或形变测量的装置及方法。

背景技术

大型结构物包括桥梁、大坝、隧道、斜坡和房屋建筑等,其变形主要包括静态变形和动态变形，静态变形是指地基下陷、倾斜和应力松弛等变化很慢的变形，动态变形是指由于风、温度、地震、交通负载或现场施工等引起的短期变形，其参数监测对于目标的安全评估分析具有重要的作用。

传统的大型结构物如桥梁，其变形检测的仪器有百分表、千分表、加速计、水准仪、经纬仪等。目前，这些仪器在桥梁验收、定期检测中仍然广泛使用，但是需要专业技术人员，费时、费力，人为误差大，远远不能实现在线、实时、自动、智能测量。近年来，信息技术的蓬勃发展大大带动了桥梁变形测量技术的发展，涌现了许多新技术和新方法，比如激光挠度法和GPS(Global Position System)定位测量法。激光挠度仪能实现亚毫米的位移测量，但是量程仅能达到数十厘米，不能满足跨距较大的用于桥梁大变形的测量，其垂直位移可达米级；GPS定位测量法可实现实时在线测量桥梁的大变形，但是其精度智能达到厘米级，且费用高昂，限制了其推广应用。

自从70年代末期固体图像传感器出现以来，国内外有不少学者以CCD等图像传感器为媒介，将图像处理技术用于桥梁、混凝土梁变形测量的研究。申请号为200820241096.0的中国专利“一种基于机器视觉的桥梁动位移测量装置”公开了一种通过激光源和CCD结合测量大桥动态变形的测量装置，通过在桥梁远端用CCD记录大桥变形过程中激光光束的位置变化，计算得到大桥的变形参数。目前这类位移传感器存在的主要问题是：CCD图像传感器需要与准直激光器联合使用，增加了系统的复杂性。

申请号为201410145554.0的中国专利“一种桥梁实时监测系统”公开了一种桥梁动态位移的远程测量装置，使用中将加电靶标固定在远离桥梁的固定目标上，而在桥梁需要监测位移的地方安装有CCD像机，使得靶标成像在CCD光敏元上，通过实时获得的靶标图像在CCD上的位置，计算得到桥梁待测点上的动态位移。这种方案存在的问题是：一、测量系统通过测量靶标在CCD上的成像点的相对位移而计算得到桥梁的位移和变形参数，因CCD容易受到环境温度、时效性等因素的影响，测量误差较大，需要经常的校准才能实现位移的绝对测量；二、受到施工条件的限制，CCD通常也固定桥梁的桥身上，故CCD所在的位置也随着外界环境、应力载荷变化而产生变形，导致在测量的参数结果上叠加了一个系统本底误差，影响了测量精度。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置及方法，在传统测量靶标的基础上增加了一只基准靶标，且该基准靶标固定在位移和变形可忽略的区域，利用同一只成像单元实时监测基准靶标和测量靶标位置随时间的变化，克服了成像单元因环境温度变化以及自身受到应力变化导致的系统误差，大大提高了测量精度。

本实用新型的技术内容如下：

用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置，包括数据处理中心、成像系统和安装在大型结构物测量点上的不少于一只的测量靶标，还包括安装在大型结构物上变形或位移变化可忽略区域的基准靶标，所述的基准靶标和测量靶标在成像系统的敏感元的不同位置上成像，测量点的位移或变形参数根据测量靶标的结果和基准靶标的结果计算得到。

上述用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置中，大型结构物包括桥梁、大坝、隧道、斜坡和房屋建筑。

上述用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置中，成像系统、测量靶标、基准靶标通过不同长度的支杆固定在大型结构物上，使得测量靶标和基准靶标在成像系统的敏感元的不同位置上成像。

上述用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置中，基准靶标和测量靶标靶为特定图案或连续工作的加电靶标。

上述用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置中，加电靶标为排成一定形状的LED或LD灯带。

上述用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置中，成像系统包括光学镜头、图像传感器、核心控制功能单元、处理存储单元和远程通讯单元；图像传感器为CCD或CMOS传感器，核心控制功能单元包括触发信号检测模块、图像数据采集模块、图像灰度化及缩放模块和靶标图像特征提起及识别模块，用于靶标图像的处理和识别；处理存储单元与核心控制功能单元相联，用于图像数据的存储和处理；所述的远程通讯单元与处理存储单元联接，用于图像数据的远程发送。