[发明专利]桥梁在线挠度监测系统及方法

权利要求书

1.桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：包括：

挠度测量模块(10)，计算挠度值；

数据分析处理及阈值判别模块(12)，用于从桥梁自振信号中通过算法提取扰度值，该扰度值与比较器预先设定的挠度阈值进行比较判别，并将判别结果发送至客户端；

数据传输模块(11)，将挠度测量模块(10)所得挠度值数据传输至数据分析处理及阈值判别模块(12)；

其中，所述挠度测量模块(10)包括控制器(6)、CCD面阵探测器(7)、固定于桥梁上的靶标(9)、半导体近红外激光光光源(5)、激光发射整形光学(4)和激光接收光学(8)，所述控制器(6)与激光发射整形光学(4)和半导体近红外激光光源(5)连接，所述CCD面阵探测器(7)与激光接收光学(9)和控制器(6)连接，所述激光发射整形光学(4)和激光接收光学(8)与靶标(9)面对面安装，所述控制器(6)控制连接的半导体近红外激光光源(5)用于发射近红外激光，激光发射整形光学(4)用于将发射近红外激光整形成圆形光束后发射至靶标(9)上形成圆形光斑，所述CCD面阵探测器(7)用于通过激光接收光学(8)接收靶标(9)反射的激光束采集光斑图像，所述控制器(6)用于根据CCD面阵探测器(7)采集的光斑图像经强度重心计算。

2.如权利要求1所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：所述靶标(9)刚性固定于桥梁上，所述靶标(9)包括基板(1)、反射层(2)和吸光层(3)，所述反射层(2)紧贴于基板(1)上，所述吸光层(3)紧贴于反射层(2)上，所述吸光层(3)有通孔。

3.如权利要求2所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：所述吸光层(3)为黑色氧化铝。

4.如权利要求2所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：所述反射层(2)为针对近红外光谱的反射膜。

5.如权利要求2所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：所述半导体近红外激光光源(5)发射的近红外半导体激光束覆盖吸光层(3)的所有通孔。

6.如权利要求5所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：所述通孔个数≥2。

7.如权利要求6所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：相邻通孔之间的间距相等。

8.如权利要求6所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：所述半导体近红外激光光源(5)、激光发射整形光学(4)、靶标(9)和激光接收光学(8)之间为光连接。

9.如权利要求6所述的桥梁在线挠度监测系统，其特征在于：控制器(6)和CCD面阵探测器(7)之间为电连接。

10.用于权利要求1-9任意一条权利要求所述的监测系统的监测方法，其特征在于，控制器(6)控制连接的半导体近红外激光光源(5)发射近红外激光，激光发射整形光学(4)将发射近红外激光整形成圆形光束后发射至靶标(9)上形成圆形光斑，所述CCD面阵探测器(7)通过激光接收光学(8)接收靶标(9)反射的激光束采集光斑图像，所述控制器(6)根据CCD面阵探测器(7)采集的光斑图像经强度重心计算，设光斑在CCD面阵探测器(7)上的图像灰度表示为f(x，y)，其中x＝1，…，m；y＝1，…，n；

将其阈值化为：

这里T表示CCD最小可探测信号阈值，光强重心实际上就是计算阈值后光斑图像的一阶矩，其坐标可以表示为：

若设光斑之一位于CCD面阵XOY坐标系的S0(X0，Y0)，CCD的中心与XOY坐标系原点重合，铁路桥梁因压应力的作用移至S1(X1，Y1)，则可以计算出靶标10处的挠度值，将获取挠度值通过数据传输模块(11)传输至数据分析处理及阈值判别模块(12)进行分析处理和运算，数据分析处理及阈值判别模块(12)根据预设挠度阈值判断桥梁挠度值是否超过告警界限并将处理结果直接送客户端。