[发明专利]桥梁在线挠度监测系统及方法

说明书

本发明公开了桥梁在线挠度监测系统，包括：挠度测量模块，计算挠度值；数据分析处理及阈值判别模块，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，挠度测量模块挠度值数据传输至数据分析处理及阈值判别模块。还公开了用于上述监测系统的监测方法。本发明使用非接触的监测系统，增加实时告警功能。从而有效的解决了接触式监测方法带来的操作难度高精度低的问题，可以监测高铁桥梁挠度，提高了监测的准确性。同时使用半导体近红外激光作为传输媒介，将铁路桥梁的挠度变化通过靶标反射光斑的位移从几何图像中反映出来，只需通过简单的运算即可得到铁路桥梁挠度值变化。

技术领域

本发明涉及铁路桥梁安全评估领域，具体的讲是基于半导体近红外激光成像技术的铁路桥梁挠度在线监测系统及方法。

背景技术

随着经济高速发展，铁路在社会生活中发挥着极其重要的作用。铁路桥梁是铁路网络的重要组成部分，它在国民经济生活中有着重要的地位，它是否能安全运营直接关系到国家及人民的生命财产安全。其中挠度作为铁路桥梁安全评估的关键参数之一，对铁路桥梁的健康有很大的影响，对挠度的测量是桥梁参数监测中必不可少的，可以通过监测挠度的变化来评估铁路桥梁存在的安全风险。

目前对桥梁挠度的监测现有技术主要分为光钎光栅传感器测量、全站仪自动扫描测量、位移传感器测量、加速度传感器测量，其中光钎光栅传感器测量、位移传感器测量和加速度传感器测量均采用接触式的测量方法，分别存在一定缺陷如光钎光栅传感器测量需在整桥布设，安装施工周期长，后续维护难度大。位移传感器测量必须与测点相接触在实际测量时存在难以操作的问题。加速度传感器测量对于低频静态测量效果较差，为获得挠度必须进行多次测量。全站仪自动扫描测量是对桥梁各个测点进行多天次连读扫描其缺陷在于各测点不能同步且时效性较差。

中国专利(公开号：CN103424175A，公开日：2013.12.04)公开了一种基于激光监测桥梁振幅从而实现对桥梁实施监控的技术，该专利采用传统的光电成像法，通过采集和对比激光照射固定于桥梁上的靶标前后的光信号并通过调制解调器将光信号转换成电信号，最终计算出桥梁振幅。该专利技术的主要缺点在于，需要使用调制解调器和复杂的计算才能解算出桥梁的振幅，计算过于复杂，系统制造、安装和维护成本过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有测量装置光钎光栅传感器测量、全站仪自动扫描测量、位移传感器测量存在的接触式监测实际操作难度高，测量不精确，全扫描监测时效性较差的问题。

本发明铁路桥梁桥梁在线挠度监测系统，包括：

挠度测量模块，计算挠度值；

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，将挠度测量模块所得挠度值数据传输至数据分析处理及阈值判别模块；

其中，所述挠度测量模块包括控制器、CCD面阵探测器、固定于桥梁上的靶标、半导体近红外激光光光源、激光发射整形光学和激光接收光学，所述控制器与激光发射整形光学4 和半导体近红外激光光源连接，所述CCD面阵探测器7与激光接收光学和控制器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。

进一步地，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。

进一步地，所述吸光层3为黑色氧化铝，