一种橡胶支座变形智能监控系统及设备

技术领域

本发明涉及橡胶支座变形监控技术领域，尤其涉及一种橡胶支座变形智能监控系统及设备。

背景技术

橡胶支座是目前桥梁中常用的一种支座形式，橡胶支座的上下两侧分别安装有上封板和下封板。橡胶支座主要用于支撑桥梁重量，其具有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，并且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台，有良好的弹性以适应梁端地转动，有较大地剪切变形以满足上部构造的水平位移。

板式橡胶支座是桥梁的一个重要组成部件，支座的剪切变形属于桥梁病害中比较典型和重要的病害形式。规范《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-2004)中要求对板式橡胶支座定期检查的内容中，明确要求板式橡胶支座的剪切位移不得过大，剪切角应不大于35°。

目前对支座剪切变形的检查手段主要以人工测量为主，不仅十分费时费力，并且无法精确检测支座剪切变形的角度，从而无法对橡胶支座的剪切变形情况进行准确的评价。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种橡胶支座变形智能监控系统及设备，解决了背景技术中指出的，目前对支座剪切变形的检查手段主要以人工测量为主，不仅十分费时费力，并且无法精确检测支座剪切变形的角度，从而无法对橡胶支座的剪切变形情况进行准确的评价的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

第一方面，本申请提供一种橡胶支座变形智能监控系统，所述监控系统包括监控设备、无线通信模块和后台服务器，所述监控设备用于监测橡胶支座的剪切角，并通过无线通信模块将所述橡胶支座的剪切角发送至所述后台服务器，其中，所述监控设备监测所述橡胶支座的剪切角的监测方法包括：

当监测到所述橡胶支座存在剪切变形情况时，定位所述橡胶支座的剪切变形方向；

在所述剪切变形方向上获取所述橡胶支座的截面，并在所述橡胶支座的截面内以预设点位为坐标原点建立直角坐标系，以及将所述橡胶支座的截面的侧壁边界线定义为目标线；

拟合出所述目标线在所述直角坐标系内的直线方程；

根据所述直线方程，计算出所述橡胶支座的剪切角。

结合第一方面，进一步限定，所述拟合出所述目标线在所述直角坐标系内的直线方程，包括：

获取所述目标线上的若干点位在所述直角坐标系内的坐标信息；

根据所述目标线上若干点位的所述坐标信息，拟合出所述目标线的直线方程。

结合第一方面，进一步限定，所述定位所述橡胶支座的剪切变形方向，包括：

确定所述橡胶支座的上封板所在的水平面；

在所述水平面内，确定一个位于所述上封板外的测距点；

使所述测距点在所述水平面内，围绕所述橡胶支座的初始轴线旋转；

在所述测距点旋转的过程中，测量所述测距点与所述上封板外轮廓线之间的距离；

选取所述距离最小时所述测距点所在的点位，以所述点位与所述测距点的旋转中心之间的连线方向为所述橡胶支座的剪切变形方向。

结合第一方面，进一步限定，根据所述直线方程，计算出所述橡胶支座的剪切角的方法为：

根据所述直线方程，计算出所述直线方程与所述直角坐标系的Y轴的夹角，所述夹角即是所述橡胶支座的剪切角。

第二方面，本申请提供一种监控设备，其特征在于，所述监控设备包括：

环形底座，包围在橡胶支座外侧并与橡胶支座同轴线布置；

电动滑移座，沿所述环形底座的环形轨迹滑动安装在所述环形底座上；

竖直滑轨，固定在所述电动滑移座上；

电动滑块，沿所述竖直滑轨的竖直轨迹滑动安装在所述竖直滑轨上；

第一测距传感器，安装在所述电动滑块上，并用于测量所述电动滑块与所述橡胶支座的侧壁之间的水平距离，以及测量所述电动滑块与所述橡胶支座上封板之间的水平距离；

第二测距传感器，安装在所述电动滑块上，并用于测量所述电动滑块与所述竖直滑轨底侧之间的竖直距离；

监测传感器，安装在所述环形底座的内侧，并用于监测所述橡胶支座是否存在剪切变形情况；

处理器，与所述电动滑移座、电动滑块、第一测距传感器、第二测距传感器和监测传感器电连接。

结合第二方面，进一步限定，所述环形底座上安装有截面呈T形结构的环形滑轨，所述电动滑移座以扣合的方式滑动安装在所述环形滑轨上。

结合第二方面，进一步限定，所述电动滑移座内转动安装有主动滚轮和若干从动滚轮，所述主动滚轮和所述从动滚轮均抵靠在所述环形滑轨上，所述电动滑移座上安装有用于驱动所述主动滚轮转动的第一电机，所述第一电机与所述处理器电连接。

结合第二方面，进一步限定，所述电动滑块上螺纹连接有螺杆，所述螺杆转动安装在所述竖直滑轨内，且所述螺杆的轴线与所述竖直滑轨的竖直轨迹平行，所述螺杆的一端设置有用于驱动所述螺杆转动的第二电机，所述第二电机固定在所述竖直滑轨上，且所述第二电机与所述处理器电连接。

结合第二方面，进一步限定，所述第一测距传感器安装在所述电动滑块上靠近所述橡胶支座的一侧，所述第二测距传感器安装在所述电动滑块的底侧上。

结合第二方面，进一步限定，所述监测传感器的数量为多个，多个所述监测传感器呈圆周阵列机构布置在所述环形底座的内侧。

本发明的有益效果：

1、通过本申请的监控系统，其监控设备能够远程监控橡胶支座的剪切变形情况，并能够准确监测出橡胶支座的剪切角的数值，然后通过无线通信模块将剪切角发送至后台服务器，使得后台的工作人员能够对橡胶支座的剪切变形情况进行准确的评价，以此提升桥梁的安全性。

2、通过本申请中监控设备的检测方法，首先定位剪切变形方向，再建立直角坐标系，并拟合出目标线的直线方程，最后再计算出剪切角，使得剪切角的计算结果更加精确，便于后台技术人员对橡胶支座的剪切变形情况进行准确的评价。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中监控设备的结构示意图；

图2是本申请实施例中监控设备的剖面图；

图3是本申请实施例图2中A处的放大示意图；

图4是本申请实施例监控设备中处理器的系统框图；

图5是本申请实施例中监控系统的系统框图；

图6是本申请实施例中为展示监测方法的示意图；

其中，100、监控设备；110、环形底座；111、环形滑轨；120、电动滑移座；121、主动滚轮；122、从动滚轮；123、第一电机；130、竖直滑轨；140、电动滑块；141、螺杆；142、第二电机；150、第一测距传感器；160、第二测距传感器；170、监测传感器；180、处理器；200、无线通信模块；300、后台服务器；400、橡胶支座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本申请实施例提供一种监控设备，监控设备100主要包括环形底座110、电动滑移座120、竖直滑轨130、电动滑块140、第一测距传感器150、第二测距传感器160、监测传感器170和处理器180。其中，环形底座110的内径大于橡胶支座400的直径，橡胶支座400包围在橡胶支座400外侧，并且与橡胶支座400同轴线布置，需要说明的是，本实施例中所提到的橡胶支座400的轴线均指代橡胶支座400为发生变形时的轴线。环形底座110的上侧安装有环形滑轨111，环形滑轨111的截面呈T形结构，而电动滑移座120以扣合的方式滑动安装在环形滑轨111上。电动滑移座120内转动安装有主动滚轮121和五个从动滚轮122，主动滚轮121和从动滚轮122均抵靠在环形滑轨111上，并且均匀分布在环形滑轨111两侧，使得电动滑移座120与环形滑轨111之间的配合更加顺畅。电动滑移座120上还安装有用于驱动主动滚轮121转动的第一电机123，第一电机123与处理器180电连接，由处理器180控制第一电机123的通断电，以此对电动滑移座120进行自动化控制。

竖直滑轨130固定在电动滑移座120上，并且竖直滑轨130位于环形底座110的内侧，竖直滑轨130的竖直轨迹与橡胶支座400的轴线平行。此外，竖直滑轨130的底侧与橡胶支座400的下封板持平，竖直滑轨130的顶侧高于橡胶支座400的上封板。电动滑块140沿竖直滑轨130的竖直轨迹滑动安装在竖直滑轨130上，电动滑块140上螺纹连接有螺杆141，螺杆141转动安装在竖直滑轨130内，并且螺杆141的轴线与竖直滑轨130的竖直轨迹平行。螺杆141的一端设置有用于驱动螺杆141转动的电机，电机固定安装在竖直滑轨130上，通过电机驱动螺杆141，能够带动电动滑块140在竖直滑轨130上滑动。第二电机142与处理器180电连接，由处理器180控制第二电机142的通断电，以此对电动滑块140进行自动化控制。

第一测距传感器150安装在电动滑块140上靠近橡胶支座400的一侧，第一测距传感器150的检测端对准橡胶支座400的圆周侧壁，并且第一测距传感器150的检测端的发射线与橡胶支座400的轴线垂直并相交，主要用于测量电动滑块140与橡胶支座400的侧壁之间的水平距离，以及测量电动滑块140与橡胶支座400上封板之间的水平距离。其中，测量的电动滑块140与橡胶支座400的侧壁之间的水平距离，可以为下述的目标线上的点位的横坐标，在拟合直线方程的步骤中使用；电动滑块140与橡胶支座400上封板之间的水平距离，可以为下述的测距点与上封板外轮廓线之间的距离，在定位剪切变形方向的步骤中使用。第一测距传感器150与处理器180电连接，处理器180用于控制第一测距传感器150工作，以及接收并处理第一测距传感器150检测到的数据。

第二测距传感器160安装在电动滑块140的底侧上，第二测距传感器160的检测端对准竖直滑轨130的底侧，主要用于测量电动滑块140与竖直滑轨130底侧之间的竖直距离。而电动滑块140与竖直滑轨130底侧之间的竖直距离，可以为下述的目标线上的点位的纵坐标，配合第一测距传感器150检测到的横坐标，共同组成目标线上的点位的坐标信息。第二测距传感器160与处理器180电连接，处理器180用于控制第二测距传感器160工作，以及接收并处理第二测距传感器160检测到的数据。

监测传感器170，安装在环形底座110的内侧，并用于监测橡胶支座400是否存在剪切变形情况。其中，监测传感器170的数量为多个，本实施例中优选为四个，四个监测传感器170呈圆周阵列机构布置在环形底座110的内侧，监测传感器170与处理器180电连接，处理器180用于处理和分析监测传感器170的监测数据。监测传感器170也可以为测距传感器，每个监测传感器170的检测端对准橡胶支座400的圆周侧壁，每个监测传感器170均能够实时监测自身与橡胶支座400的圆周侧壁之间的直线距离，当任意一个监测传感器170监测的距离的变化值超过了预设变化值时，例如距离的变化值超过0.5cm时，处理器180便判定橡胶支座400存在剪切变形情况。

在本实施例中，处理器180内还存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器180执行时，处理器180则执行下述的监测方法。

如图5和图6所示，本申请实施例还提供一种橡胶支座变形智能监控系统，监控系统包括监控设备100、无线通信模块200和后台服务器300。其中，监控设备100布置在现场的橡胶支座400处，主要用于根据预设的监测方法监测橡胶支座400的剪切角。而监控设备100能够通过无线通信模块200与后台服务器300通信连接，当监控设备100监测到橡胶支座400的剪切角时，能够通过无线通信模块200将橡胶支座400的剪切角发送至后台服务器300，从而对橡胶支座400的剪切变形情况实现智能化监控。

其中，监控设备100监测橡胶支座400的剪切角的监测方法主要包括以下步骤：

S100、当监测到所述橡胶支座400存在剪切变形情况时，定位所述橡胶支座400的剪切变形方向；

S200、在所述剪切变形方向上获取所述橡胶支座400的截面，并在所述橡胶支座400的截面内以预设点位为坐标原点建立直角坐标系，以及将所述橡胶支座400的截面的侧壁边界线定义为目标线；

S300、拟合出所述目标线在所述直角坐标系内的直线方程；

S400、根据所述直线方程，计算出所述橡胶支座400的剪切角。

通过上述的监控系统，能够远程监测橡胶支座400的剪切变形情况。并且通过上述的监测方法，先定位剪切变形方向，再建立直角坐标系，并拟合出目标线的直线方程，最后再计算出剪切角，使得剪切角的计算结果更加精确，便于后台技术人员对橡胶支座400的剪切变形情况进行准确的评价。

以下结合监控设备100的具体结构对监测方法的各个步骤作详细阐述，如下：

在步骤S100中，监测橡胶支座400是否存在剪切变形情况，主要是通过布置在环形底座110内侧的多个监测传感器170对橡胶支座400进行监测，每个监测传感器170均能够实时监测自身与橡胶支座400的圆周侧壁之间的距离，当任意一个监测传感器170监测的距离的变化值超过了预设变化值时，例如距离的变化值超过0.5cm时，处理器180便判定橡胶支座400存在剪切变形情况。上述的预设范围可以根据橡胶支座400的具体情况进行标定。通过设置监测传感器170对橡胶支座400进行实时监测，使得该监控系统的监控更加智能化和科学化。

当确定橡胶支座400存在剪切变形情况时，再通过第一测距传感器150定位橡胶支座400的剪切变形方向，具体的方法可以包括如下步骤：

S110、确定所述橡胶支座400的上封板所在的水平面。

在该步骤中，由处理器180控制电动滑块140在竖直滑轨130内滑动，使得电动滑块140将第一测距传感器150携带至与橡胶支座400的上封板齐平的水平面。

S120、在所述水平面内，确定一个位于所述上封板外的测距点。

在该步骤中，主要以电动滑块140所在的位置为该水平面内的测距点。

S130、使所述测距点在所述水平面内，围绕所述橡胶支座400的初始轴线旋转；

在该步骤中，由处理器180控制电动滑移座120在环形底座110的环形滑轨111上滑动，从而通过竖直滑轨130带动电动滑块140、第一测距传感器150围绕橡胶支座400的初始轴线旋转。

S140、在所述测距点旋转的过程中，测量所述测距点与所述上封板外轮廓线之间的距离。

在该步骤中，由处理器180控制第一测距传感器150实时测量电动滑块140与上封板外轮廓线之间的距离，可以设置为每间隔一段时间测量一个数据，例如间隔0.01S测量一个数据，然后将所有的测量数据传递至处理器180。

S150、选取所述距离最小时所述测距点所在的点位，以所述点位与所述测距点的旋转中心之间的连线方向为所述橡胶支座400的剪切变形方向。

在该步骤中，处理器180对所有的测量数据进行比较，并选取距离最小时的点位，以该点位与测距点的旋转中心之间的连线方向为橡胶支座400的剪切变形方向，也就是以该点位与橡胶支座400轴线之间的水平连线方向作为橡胶支座400的剪切变形方向。

需要说明的是，橡胶支座400发生剪切变形的方向是不确定的，无法直接判断出橡胶支座400的剪切变形方向，并且橡胶支座400的橡胶部位在发生剪切变形时，大概率会产生不均匀的形变，这也会影响剪切变形方向的判断。因此，通过上述的定位方法，直接对不会发生形变的上封板进行测距分析，能够精确判断橡胶支座400的剪切变形方向，使得后续测量出的剪切角更加精准。

在步骤S200中，处理器180以步骤S100中定位的剪切变形方向为基准截取橡胶支座400的截面，然后处理器180再通过控制动滑移座滑动，带动竖直滑轨130、电动滑块140、第一测距传感器150以及第二测距传感器160移动到上述的截面内，然后再以预设点位为坐标原点在该截面内建立直角坐标系，此处的预设点位优选竖直滑轨130的最低位置，最后再将橡胶支座400的截面上靠近电动滑块140的侧壁边界线定义为目标线。

需要说明的是，由于橡胶支座400的橡胶部位在发生剪切变形时，其圆周侧壁大概率会产生不均匀的形变，所以，上述的目标线基本上不可能是一条均匀的直线，若直接采用不均匀的目标线求取出来的剪切角十分不准确。因此本实施例的步骤S300中采用直线拟合和方式先将目标线拟合成一条直线，再来计算剪切角，能够提高剪切角的精确度。

在步骤S300中，拟合出所述目标线在所述直角坐标系内的直线方程的方法可以包括如下步骤：

S310、获取所述目标线上的若干点位在所述直角坐标系内的坐标信息。

在该步骤中，由处理器180控制电动滑块140在竖直滑轨130上移动，从而带动第一测距传感器150和第二测距传感器160在竖直方向上移动。在电动滑块140移动的过程中，由第一测距传感器150测量电动滑块140与橡胶支座400的侧壁之间的水平距离，即电动滑块140与目标线之间的水平距离，以该水平距离作为目标线上点位的横坐标；然后再由第一测距传感器150测量电动滑块140与竖直滑轨130底侧之间的竖直距离，即电动滑块140与坐标原点之间的竖直距离，以该竖直距离作为点位的纵坐标。最后处理器180将测量出的横坐标与其相应的纵坐标组合，形成目标线上的点位在直角坐标系内的坐标信息。此外，目标线上的点位可以设置为每隔一定高度获取一个点位的坐标信息，例如每隔0.1cm取一个点位，以此获取目标线的多个点位。

S320、根据所述目标线上若干点位的所述坐标信息，拟合出所述目标线的直线方程。

在该步骤中，处理器180可以采用现有的拟合算法直接拟合出目标线的直线方程。拟合出的直线方程模型为：y＝kx+b，其中，k表示直线方程的斜率，b表示直线方程的在y轴上的截距。

在步骤S400中，直接根据目标线的直线方程的参数，计算出橡胶支座400的剪切角，具体方法为：根据所述直线方程，计算出所述直线方程与所述直角坐标系的Y轴的夹角a，所述夹角a即是所述橡胶支座400的剪切角b。具体的，在已知直线方程的表达式后，可根据三角函数的原理计算出直角坐标系的Y轴的夹角a，具体计算过程均为现有技术，不再具体赘述。

综上所述，本实施例提供的一种橡胶支座变形智能监控系统及设备，监控设备100能够远程监控橡胶支座400的剪切变形情况，并能够准确监测出橡胶支座400的剪切角的数值，然后通过无线通信模块200将剪切角发送至后台服务器300，使得后台的工作人员能够对橡胶支座400的剪切变形情况进行准确的评价，以此提升桥梁的安全性。

以下表格为采用上述系统和设备，对橡胶支座的剪切角的测试数据：

以上对本发明提供的一种橡胶支座变形智能监控系统及设备进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。