專利名稱：一種橋梁振動變形的監(jiān)測裝置及實時監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置及測量方法，特別涉及一種大型橋梁振動變形的 監(jiān)測裝置及實時監(jiān)測方法。
背景技術：
由于目前國內所涉及到橋梁實時振動變形監(jiān)測方面的裝置和方法比較 少，而且現有的測量方法有些過于復雜且測量精度不高，或者測量方式簡單， 不能精確的測量橋梁的變形量，也不能進行準確的實時采集，給橋梁監(jiān)測人 員對橋梁的變形情況和安全性判斷帶來不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決現有橋梁振動變形監(jiān)測方法所存在的上述不足，提高橋 梁在使用的中的安全性。提供了一種基于激光成像原理的高精度，實時監(jiān)測 橋梁振動變形的裝置和方法。
為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現的
一種橋梁振動變形的監(jiān)測裝置，包括設置在橋梁一端或橋長方向任一位 置的一個激光發(fā)射器，或分別設置在橋梁兩端的兩個激光發(fā)射器，其特征在 于，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的橋梁上設置有多個監(jiān)測點，每個 監(jiān)測點上都設置一套同步光接收及傳遞裝置；各同步光接收及傳遞裝置通過 各自的信號線輸出連接一根現場總線，該現場總線連接到處于激光發(fā)射器位 置的集中控制及通訊裝置，該集中控制及通訊裝置與一個遠程監(jiān)測中心通過 無線或有線方式實現同步光接收及傳遞裝置監(jiān)測數據的傳輸。
上述裝置中，所述同步光接收及傳遞裝置包括一個置于在出射光束上的 反射透射棱鏡，在垂直于反射透射棱鏡反射光方向設置有成像屏、光學放大器和光電轉換及數據存儲器，光電轉換及數據存儲器通過信號線連接現場總 線。
一種用以上監(jiān)測裝置實時監(jiān)測橋梁振動變形的方法，包括下述步驟
(1) 首先在橋梁的一端或橋長方向任一位置安裝一個激光發(fā)射器，或在 橋梁兩端分別安裝兩個激光發(fā)射器，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的 橋梁上設置有多個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點上都設置一套同步光接收及傳遞裝置， 激光發(fā)射器向離其最近監(jiān)測點上的第一套同步光接收及傳遞裝置發(fā)射激光；
(2) 第一套同步光接收及傳遞裝置對激光發(fā)射器的出射光按一定比例進 行分光， 一部分反射接收、成像及采集存儲； 一部分透射并往后傳遞；其后 各同步光接收及傳遞裝置對前面的同步光接收及傳遞裝置的出射光進行同樣 處理；
(3) 各測點的同步光接收及傳遞裝置將存儲的光成像數據通過各自的信 號線輸出到一根現場總線，經過該現場總線同步傳輸到處于激光發(fā)射器位置 的集中控制及通訊裝置，集中控制及通訊裝置通過無線或有線傳輸到遠程監(jiān) 測中心。
上述方法中，步驟(2)中所述第一套同步光接收及傳遞裝置對激光發(fā)射 器的出射光按一定比例進行分光的具體方法是第一套同步光接收及傳遞裝 置中采用一個置于在出射光束上的反射透射棱鏡，該反射透射棱鏡按一定比 例將激光發(fā)射器的出射光束進行分光， 一部分透射并往后面的同步光接收及 傳遞裝置傳遞； 一部分反射到成像屏；形成一個均勻的光斑，再經過光學放 大器輸入到光電轉換及數據存儲器中，光電轉換及數據存儲器將其最初采集 的光斑數據設置為基準點，當橋梁發(fā)生振動變形時，光斑在成像屏上會發(fā)生 移動，這時光電轉換及數據存儲器將采集到的光斑變化量與基準點進行比較, 通過其連接現場總線的信號線準確輸出橋梁在本測點橫向和縱向的變形量。
步驟(2)中所述同步光接收及傳遞裝置按一定比例進行分光是指第一 套同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按10%計，其后的各同步 光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按5%遞增，使測點數滿足所要測 量橋梁的長度及精度要求。步驟(1)中所述在橋梁的兩端安裝激光發(fā)射器時，激光發(fā)射器可從橋梁
的兩端向橋中部各監(jiān)測點上的同步光接收及傳遞裝置對射，然后按步驟(2) ~ (3)的方法實現大跨度的橋梁振動與變形的實時監(jiān)測。
由于本發(fā)明測量裝置的光接收和傳遞發(fā)射的工作是連續(xù)的，不但可以進 行橋梁變形量的定時采集，而且可以進行橋梁振動變形的高精度實時采集監(jiān) 測，更方便快捷的了解橋梁的變形，使測量更加準確和安全，并可得到橋梁 結構的振動模態(tài)。這樣可以使監(jiān)測人員能夠對橋梁的各種變形進行分析，對 橋梁的異常變化能夠提前做出判斷和處理，并對優(yōu)化設計提供依據。
在測量過程中，本發(fā)明可以根據橋梁本身特性的不同，可采取增加或減 少測量點的數量和測量點的距離的方法來實現測量要求，也可以采取兩端對 射的方式進行大跨度橋梁的變形測量，也可分段進行測量，測量效果和精度 不受影響。


圖1為本發(fā)明激光變形測量裝置的結構原理框圖；圖中1、激光發(fā)射器; 2、出射光束；3、反射透射棱鏡；4、成像屏；5、光學放大器；6、光電轉換 及數據存儲器；7、棱鏡的反射光束；8、棱鏡的透射光束；9、同步光接收 及傳遞裝置；10、集中控制及通訊裝置；11、遠程監(jiān)測中心。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細描述。 參照圖1,首先由激光發(fā)射器1發(fā)射經過擴束準直光學系統后形成出射 光束2照射到第一套同步光接收及傳遞裝置9的反射透射棱鏡3上后，按一 定比例經過棱鏡的反射光束7,照射到成像屏4上(成像屏可為一塊毛玻璃)， 形成一個均勻的光斑，經過光學放大器5成像到光電轉換及數據存儲器6上， 光電轉換及數據存儲器將其最初采集的光斑數據設置為基準點，當橋梁發(fā)生 變形時，光斑在毛玻璃上會發(fā)生移動，這時光電轉換及數據存儲器6將采集 到的光斑變化通過數據處理軟件與基準點進行比較，可以準確的輸出上傳橋梁此點的橫向(x方向)和縱向(沉降)的變形量。
測量過程中通過反射透射棱鏡3的透射光束8，再照射到下一測點同步 光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡上，經過與前面相同的成像與采集方法， 計算出橋梁此點的變形量。按照此種方法依次往前，可測量到橋梁各待測點 的變形量，從而完成整個橋梁的變形測量。各個測點的數據通過各同步光接 收及傳遞裝置進行同步測量和數據存儲，并經過現場總線傳輸到集中控制及 通訊裝置IO，通過遠程通訊系統(無線或有線)傳輸到遠程監(jiān)測中心ll。根 據變形隨時間的變化可以分析整個橋梁的振動特性。從而實現大型橋梁建筑 的變形振動的實時監(jiān)測。
同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡3按一定比例反射是指第一套 同步光接收及傳遞裝置9的反射透射棱鏡的反射率按10%計，其后的各同步 光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按5%遞增，這樣可使測點數有 18個。也可對第一套反射透射棱鏡的反射率及其后反射透射棱鏡的反射率遞 增量進行調整，滿足所要測量橋梁的長度及精度要求。
遠程監(jiān)測中心11可采用預裝有信號處理軟件的計算機。光學放大器可根 據測量范圍和精度釆用f16、 f25、 f40、 f50等不同焦距的鏡頭。
當在橋梁的兩端安裝激光發(fā)射器時，激光發(fā)射器可從橋梁的兩端向橋中 部對射，然后按以上方法實現大跨度橋梁的振動與變形的實時監(jiān)測。也可分 段進行測量，測量效果和精度不受影響。
權利要求
1.一種橋梁振動變形的監(jiān)測裝置，包括設置在橋梁一端或橋長方向任一位置的一個激光發(fā)射器，或分別設置在橋梁兩端的兩個激光發(fā)射器，其特征在于，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的橋梁上設置有多個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點上都設置一套同步光接收及傳遞裝置；各同步光接收及傳遞裝置通過各自的信號線輸出連接一根現場總線，該現場總線連接到處于激光發(fā)射器位置的集中控制及通訊裝置，該集中控制及通訊裝置與一個遠程監(jiān)測中心通過無線或有線方式實現同步光接收及傳遞裝置監(jiān)測數據的傳輸。
2、 如權利要求1所述的橋梁振動變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述同 步光接收及傳遞裝置包括一個置于在出射光束上的反射透射棱鏡，在垂直于 反射透射棱鏡反射光方向設置有成像屏、光學放大器和光電轉換及數據存儲 器，光電轉換及數據存儲器通過信號線連接現場總線。
3、 一種用權利要求1的橋梁振動變形的監(jiān)測裝置實時監(jiān)測方法，其特征 在于，包括下述步驟(1) 首先在橋梁的一端或橋長方向任一位置安裝一個激光發(fā)射器，或在 橋梁兩端分別安裝兩個激光發(fā)射器，在激光發(fā)射器出射光束直線方向延伸的 橋梁上設置有多個監(jiān)測點,每個監(jiān)測點上都設置一套同步光接收及傳遞裝置， 激光發(fā)射器向離其最近監(jiān)測點上的第一套同步光接收及傳遞裝置發(fā)射激光；(2) 第一套同步光接收及傳遞裝置對激光發(fā)射器的出射光按一定比例進 行分光， 一部分反射接收、成像及采集存儲； 一部分透射并往后傳遞；其后 各同步光接收及傳遞裝置對前面的同步光接收及傳遞裝置的出射光進行同樣 處理；(3) 各測點的同步光接收及傳遞裝置將存儲的光成像數據通過各自的信 號線輸出到一根現場總線，經過該現場總線同步傳輸到處于激光發(fā)射器位置 的集中控制及通訊裝置，集中控制及通訊裝置通過無線或有線傳輸到遠程監(jiān) 測中心。
4、 如權利要求3所述用權利要求1的橋梁振動變形的監(jiān)測裝置實時監(jiān)測 方法，其特征在于，步驟(2)中所述第一套同步光接收及傳遞裝置對激光發(fā)射器的出射光按一定比例進行分光的具體方法是第一套同步光接收及傳遞 裝置中采用一個置于在出射光束上的反射透射棱鏡，該反射透射棱鏡按一定 比例將激光發(fā)射器的出射光束進行分光， 一部分透射并往后面的同步光接收 及傳遞裝置傳遞； 一部分反射到成像屏；形成一個均勻的光斑，再經過光學 放大器輸入到光電轉換及數據存儲器中，光電轉換及數據存儲器將其最初采 集的光斑數據設置為基準點，當橋梁發(fā)生振動變形時，光斑在成像屏上會發(fā) 生移動，這時光電轉換及數據存儲器將采集到的光斑變化量與基準點進行比 較，通過其連接現場總線的信號線準確輸出橋梁在本測點橫向和縱向的變形
5、 如權利要求3所述用權利要求1的橋梁振動變形的監(jiān)測裝置實時監(jiān)測 方法，其特征在于，步驟(2)中所述同步光接收及傳遞裝置按一定比例進行 分光是指:第一套同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按10%計, 其后的各同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡的反射率按5%遞增，使測 點數滿足所要測量橋梁的長度及精度要求。
6、 如權利要求3所述用權利要求1的橋梁振動變形的監(jiān)測裝置實時監(jiān)測 方法，其特征在于，步驟(1)中所述在橋梁的兩端安裝激光發(fā)射器時，激光 發(fā)射器可從橋梁的兩端向橋中部各監(jiān)測點上的同步光接收及傳遞裝置對射， 然后按步驟(2) ~ (3)的方法實現大跨度的橋梁振動與變形的實時監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橋梁振動變形的監(jiān)測裝置及實時監(jiān)測方法，包括激光發(fā)射器、多個監(jiān)測點上同步光接收及傳遞裝置、集中控制及通訊裝置和遠程監(jiān)測中心等。當激光器的發(fā)射光束照射到同步光接收及傳遞裝置中的反射透射棱鏡后，將按比例進行分光，一部分反射接收；一部分透射并往后傳遞照射到下一個測點同步光接收及傳遞裝置的反射透射棱鏡上。各同步光接收及傳遞裝置可以對該測點的變形量(光斑位移量)進行采集、存儲和數據上傳。監(jiān)測系統對所有測點的變形量進行同步采集及數據處理，從而可以實現整個橋梁振動變形的測量。本發(fā)明可用于各種大型橋梁建筑的變形和低頻振動測量，具有快速、實時、測量精度高，可實時監(jiān)測的特點。
文檔編號G01B11/16GK101315274SQ20081015007
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權日2008年6月19日
發(fā)明者樂開端 申請人:西安交通大學;西安華騰光電有限責任公司