桥梁挠度测量系统及方法

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，具体而言，涉及一种桥梁挠度测量系统及方法。

背景技术

传统的桥梁挠度测量大多采用百分表或位移计直接进行测量，该测量方法的优点是设备简单，可以进行多点检测，能够直接得到各检测点的挠度数值，测量结果稳定可靠。但是采用百分表或位移计直接进行挠度测量的方法也存在很多不足之处，比如，该方法需要在各个检测点拉钢丝或者搭设架子，所以当桥梁下有水等情况时则无法进行测量；而对于跨线桥，由于受铁路或公路行车限界的影响，该方法同样无法使用；对于跨越峡谷等的高桥也无法采用该方法进行测量，可见，该测量方法适用范围较窄。另外该方法进行桥梁的挠度测量，无论是布设还是撤消检测仪表，其过程都比较繁杂，且耗时较长，导致检测效率较低。目前还存在一种测量方法，就是采用全站仪目测法对桥梁挠度进行测量，该方法一次仅能对桥梁一个位置的挠度进行测量，对整个桥梁的进行挠度测量时步骤繁琐，测量时间较长，检测效率较低，且当桥梁的检测点的视线受到阻挡时则无法完成该点的挠度测量。

发明内容

本发明解决的问题是如何使桥梁的挠度测量步骤简单化，提高桥梁挠度的检测效率，同时使桥梁挠度测量的适用范围更为广泛。

为解决上述问题，第一方面本发明提供一种桥梁挠度测量系统，包括反光装置、控制器、数据传送装置、测量小车和分别设置于所述测量小车上的旋转编码器和激光测距传感器；

所述激光测距传感器用于向所述反光装置发射激光信号；所述旋转编码器用于根据测量小车的车轮的轮轴的旋转角度向所述控制器发射脉冲信号；所述反光装置用于接收并发射所述激光测距传感器发射的激光信号；

所述控制器分别与所述测量小车和所述数据传送装置通信连接，所述数据传送装置分别与所述旋转编码器和所述激光测距传感器电连接，所述控制器用于控制所述测量小车走行，接收所述数据传送装置发送的测量数据以及对所述测量数据进行处理并得到挠度测量结果。

进一步地，所述旋转编码器以及所述激光测距传感器在预设采样点进行数据采集，所述预设采样点为A

进一步地，所述控制器具体用于：

根据所述第一脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车(2)实际走行的第三距离S

根据所述第二脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车(2)实际走行的第四距离s

计算得到所述待测采样点A

进一步地，所述测量小车包括走行式车体、伸缩杆和测量平台；所述伸缩杆的两端分别与所述测量平台和所述走行式车体的顶部固定连接，所述激光测距传感器设于所述测量平台上。

进一步地，所述测量小车还包括吸附装置，所述吸附装置用于吸附在待测量的桥梁的表面，包括磁铁和压力弹簧，所述磁铁设于所述走行式车体的底部，所述压力弹簧的两端分别和所述走行式车体及所述磁铁抵接，所述压力弹簧处于自由状态时，所述磁铁的底部凸出于所述车轮的底部。

进一步地，所述反光装置包括反光板、伸缩架、配重块和吸附底座；所述伸缩架的两端分别与所述吸附底座和所述反光板连接；所述吸附底座用于吸附在待测量的桥梁的表面；所述反光板的中部和所述伸缩架铰接；所述配重块设于所述反光板的底部。

第二方面，本发明提供一种桥梁挠度测量方法，基于上述的桥梁挠度测量系统，包括以下步骤：

设置步骤：将所述测量小车置于待测桥梁的待测起点，将所述反光装置置于待测桥梁的待测终点；

控制步骤：预设采样点，并控制所述测量小车由所述待测起点向所述待测终点移动；每当所述测量小车移动到一个采样点时，所述数据传送装置接收所述激光测距传感器和所述旋转编码器发送的该采样点的测量数据，并向所述控制器发送该采样点的所述测量数据；

数据处理步骤：接收所述数据传送装置发送的测量数据，并对所述测量数据进行处理，得到所述挠度测量结果。

进一步地，所述控制步骤包括第一控制步骤和第二控制步骤；

所述第一控制步骤包括预设采样点，在待测桥梁空载时控制所述测量小车由所述待测起点向所述待测终点移动；每当所述测量小车移动到一个采样点时，所述数据传送装置接收所述激光测距传感器和所述旋转编码器发送的该采样点的所述测量数据，并向所述控制器发送该采样点的所述测量数据；

所述第二控制步骤包括预设采样点，在待测桥梁负载时控制所述测量小车由所述待测起点向所述待测终点移动；每当所述测量小车移动到一个采样点时，所述数据传送装置接收所述激光测距传感器和所述旋转编码器发送的该采样点的所述测量数据，并向所述控制器发送该采样点的所述测量数据。

进一步地，所述控制步骤中，所述预设采样点为A

所述第一控制步骤的所述测量数据包括待测桥梁空载时所述预设采样点与所述待测终点之间的第一距离L

所述第二控制步骤的所述测量数据包括待测桥梁负载时所述预设采样点与所述待测终点之间的第二距离l

进一步地，所述数据处理步骤中对所述测量数据进行处理包括：

第一数据处理步骤：根据所述第一脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车实际走行的第三距离S

第二数据处理步骤：根据所述第二脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车实际走行的第四距离s

第三数据处理步骤：计算得到所述待测采样点A

本发明的桥梁挠度测量系统包括反光装置、控制器、数据传送装置、测量小车和分别设置于所述测量小车上的旋转编码器和激光测距传感器，通过控制器控制测量小车在桥梁上由待测起点走行至待测终点，控制器对测量小车的测量数据进行处理后即可得到待测桥梁的挠度测量结果，非常简单快捷，且检测不受限制，该桥梁挠度测量系统可完成所有桥梁的挠度检测，不受视线及测量位置等诸多因素影响，其适用范围更加广泛。本发明的桥梁挠度测量方法利用上述的桥梁挠度测量系统进行桥梁挠度的测量，步骤简单，检测效率高，且检测数据准确可靠。

附图说明

图1为本发明实施例的桥梁挠度测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的反光装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的测量小车由待测起点向待测终点移动时的示意图；

图4为本发明实施例的桥梁挠度测量方法的测量原理示意图；

图5为本发明实施例的桥梁挠度测量方法的流程示意图。

附图标记说明：

1、反光装置；2、测量小车；3、待测桥梁；11、反光板；12、伸缩架；13、吸附底座；14、配重块；21、激光测距传感器；22、测量平台；23、伸缩杆；24、数据传送装置；25、电源；26、走行式车体；27、走行驱动装置；28、车轮；29、吸附装置；291、压力弹簧；292、磁铁。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1和图2所示，本发明实施例的桥梁挠度测量系统，包括反光装置1、控制器、数据传送装置24、测量小车2和分别设置于所述测量小车2上的旋转编码器和激光测距传感器21。

所述激光测距传感器21用于向所述反光装置1发射激光信号；所述旋转编码器用于根据测量小车2的车轮28的轮轴的旋转角度向所述控制器发射脉冲信号；所述反光装置1用于接收并发射所述激光测距传感器21发射的激光信号。

所述控制器分别与所述测量小车2和所述数据传送装置24通信连接，所述数据传送装置24分别与所述旋转编码器和所述激光测距传感器21电连接，所述控制器用于控制所述测量小车走行，接收所述数据传送装置24发送的测量数据以及对所述测量数据进行处理并得到挠度测量结果。

所述旋转编码器以及所述激光测距传感器21在预设采样点进行数据采集，所述预设采样点为A

所述控制器具体用于：

根据所述第一脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车2实际走行的第三距离S

根据所述第二脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车2实际走行的第四距离s

计算得到所述待测采样点A

本实施例的桥梁挠度测量系统的整体结构简单，测量及计算步骤也非常简单，控制测量小车2从待测起点走行至待测终点即可完成待测桥梁3的挠度检测过程，测量效率及测量准确性高。

如图1所示，所述测量小车2包括走行式车体26、伸缩杆23和测量平台22；所述伸缩杆23的两端分别与所述测量平台22和所述走行式车体26的顶部固定连接，所述激光测距传感器21设于所述测量平台22上。

所述测量小车2还包括车轮28、电源25及走行驱动装置27；所述激光测距传感器21设于所述走行式车体26的顶部，用于向所述反光装置1发射激光信号；所述电源25和所述数据传送装置24设于所述走行式车体26上，所述电源25分别与所述激光测距传感器21、所述走行驱动装置27及所述数据传送装置24电连接；所述走行驱动装置27和所述旋转编码器分别设于所述车轮28的轮轴上，用于驱动所述车轮28转动；所述数据传送装置24用于接收所述激光测距传感器21和所述旋转编码器发送的测量数据，并用于向所述控制器发送所述测量数据。

如图1所示，本实施例中的走行驱动装置27包括直流电机，所述旋转编码器为高精度旋转编码器，所述旋转编码器与直流电机的输出轴及所述车轮28的轮轴同步转动，通过将直流电机输出轴的角位移转换成相应的电脉冲，并以数字量进行输出，通过计算得到车轮28实际的走行距离。本实施例中的所述数据传送装置24为无线数传电台。本实施例中的电源25可以是可充电电池，比如锂电池或蓄电池等。

伸缩杆23能够沿其长度方向进行伸缩，以对伸缩杆23的长度进行调节，从而使测量平台22上的激光测距传感器21的发射点与反光板11的位置相对应。设置测量平台22可方便激光测距传感器21的安装和拆卸。

所述测量小车2还包括吸附装置29，所述吸附装置29用于吸附在待测量的桥梁的表面，包括磁铁292和压力弹簧291，所述磁铁292设于所述走行式车体26的底部，所述压力弹簧291的两端分别和所述走行式车体26及所述磁铁292抵接，所述压力弹簧291处于自由状态时，所述磁铁292的底部凸出于所述车轮28的底部。

本实施例中的待测桥梁3为钢梁桥，因此设置吸附装置29可以使测量小车2牢牢地吸附在钢梁桥的表面。如待测桥梁3为普通桥梁，则需要在桥梁表面铺设一条供测量小车2吸附、行走的通路，所述通路可使用普通钢板铺设。磁铁292设置在小车的前后轮之间，也就是小车的中部，通过设置压力弹簧291使磁铁与桥梁表面抵接以使磁铁292吸附于桥梁表面。设置吸附装置29可增加测量小车2的行走阻力，防止车轮28打滑空转，从而提高旋转编码器的测量准确性。

所述测量小车2还包括导向轮装置(未示出)，所述导向轮装置设置在所述走行式车体26的侧壁上，用于沿待测量的桥梁的侧面走行。

导向轮可引导测量小车2沿直线行驶，避免弯路行驶使车轮28的走行距离出现较大的误差而导致的测量数据的准确性较低。

如图1和图2所示，所述反光装置1包括反光板11、伸缩架12、配重块14和吸附底座13；所述伸缩架12的两端分别与所述吸附底座13和所述反光板11连接；所述吸附底座13用于吸附在待测量的桥梁的表面；所述反光板11的中部和所述伸缩架12铰接；所述配重块14设于所述反光板11的底部。

所述伸缩架12能够调节长短，从而调节位于伸缩架12上的反光板11的位置高低，使其与测量小车2的激光测距传感器21的发射点位置对应。所述伸缩架12的顶端设有两个铰接点，所述反光板11的中部两侧分别和两个铰接点铰接。在反光板11的底部设有配重块14，配重块14的设置能够使反光板11的反光面始终垂直于桥梁表面，以提高激光测距传感器21的测量准确性。所述吸附底座13可以是磁铁，通过磁铁将整个反光装置1牢牢吸附在桥梁的表面。

如图3至图5所示，本发明的另一实施例提供一种桥梁挠度测量方法，使用上述的桥梁挠度测量系统，包括以下步骤：

S1、设置步骤：将所述测量小车2置于待测桥梁3的待测起点，将所述反光装置1置于待测桥梁3的待测终点。

S2、控制步骤：包括第一控制步骤和第二控制步骤；

S2.1、预设采样点，所述采样点由待测起点至待测终点间隔设置，采样点的数量设置越多测量的结果准确性越高，同时，所需的测量时间和测量数据也越多，测量效率随之下降。所述预设采样点为A

S2.2、在待测桥梁3空载时控制所述测量小车2由所述待测起点向所述待测终点移动；每当所述测量小车2移动到一个采样点时，所述激光测距传感器21和所述旋转编码器向数据传送装置24发送该采样点的测量数据，所述数据传送装置24接收所述激光测距传感器21和所述旋转编码器发送的测量数据，并向所述控制器发送该采样点的测量数据。

如图3所示，在待测桥梁3空载时，所述测量数据包括所述预设采样点与所述待测终点之间的第一距离L

S2.3、在待测桥梁3负载时控制所述测量小车2由所述待测起点向所述待测终点移动；每当所述测量小车2移动到一个采样点时，所述激光测距传感器21和所述旋转编码器向数据传送装置24发送该采样点的测量数据，所述数据传送装置24接收所述激光测距传感器21和所述旋转编码器发送的该采样点的测量数据，并向所述控制器发送该采样点的所述测量数据。

在待测桥梁3负载时，所述测量数据包括所述预设采样点与所述待测终点之间的第二距离l

S3、数据处理步骤：包括第一数据处理步骤、第二数据处理步骤和第三数据处理步骤。

接收所述数据传送装置24的测量数据，对所述测量数据进行处理，得到所述挠度测量结果。

S3.1、第一数据处理步骤：如图4所示，根据所述第一脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车2实际走行的第三距离S

S3.2、第二数据处理步骤：根据所述第二脉冲信号计算所述预设采样点的所述测量小车2实际走行的第四距离s

S3.3、第三数据处理步骤：计算得到所述待测采样点A

本实施例的桥梁挠度测量方法的测量原理如下：当测量小车2在桥梁表面由待测起点向待测终点行驶时，在预设采样点处，激光测距传感器21向反光板11发射激光信号，得到该预设采样点与待测终点之间的直线距离，也就是上述的第一距离(第二距离)。通过旋转编码器输出的脉冲信号计算得到该预设采样点处测量小车2实际走行的距离，即第三距离(第四距离)。由于预设采样点较为密集，因此可将相邻的两个预设采样点之间的直线距离及两个预设采样点之间的测量小车2实际走行的距离近似看成一个直角三角形，两个预设采样点之间的直线距离为其中一条直角边，两个预设采样点之间的测量小车2实际走行的距离为斜边，两个预设采样点之间的高度差为另一条直角边，因此，根据勾股定理可求出两个预设采样点之间的高度差。因设定待测起点处的高度为0，因此，第n个预设采样点与待测起点之间的高度差即为2至n个预设采样点的所有相邻两个预设采样点之间的高度差的总和。在钢梁桥空载时，得到一组高度差数据，再对钢梁桥进行重力加载，再得到一组高度差数据，对应的高度差数据的差值即为待测预设采样点的挠度测量结果。

本发明的桥梁挠度测量系统及方法，仅需在待测桥梁3空载和加载的两种情况下分别控制测量小车2由待测起点运动到待测终点，得到两组测量数据，通过将两组数据进行比对即可判断桥梁的受力变形情况，非常简单方便，测量系统的投入成本低，运行稳定性高，测量准确，不受桥梁外部环境干扰，适用范围广泛。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。