專利名稱：敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁損傷檢測系統(tǒng)，特別是涉及一種敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
伴隨著科技的進(jìn)步以及交通運(yùn)輸需求的提高，各式公路及軌道交通用橋梁的數(shù)量飛速增長，這些橋梁在使用的過程中，不斷受到溫度變化、強(qiáng)風(fēng)、降雨等外界環(huán)境的侵蝕，同時受到車輛載荷、車輛沖擊的長期反復(fù)作用，并且部分橋梁還會遭到洪水、地震等自然災(zāi)害的損傷，隨著使用年限的增加，橋梁普遍出現(xiàn)不同程度的疲勞效應(yīng)和老化現(xiàn)象，橋體累積了大量的外界損傷，導(dǎo)致很多橋梁成為一定意義上的危橋，國內(nèi)外的橋梁均出現(xiàn)過大量的垮塌實例，嚴(yán)重的威脅到了人們的生命安全和財產(chǎn)安全，所以，實時有效的對橋梁進(jìn)行損傷檢測十分重要。從實施周期和檢測精度角度來說，橋梁檢測主要包括定期檢測和實時監(jiān)測兩種方式定期檢測，如人工檢測、橋梁動靜載試驗等，這種方式精度雖高，但是時間間隔長，不利于及時發(fā)現(xiàn)橋梁病害，同時需要中斷橋梁交通，實施難度高；實時監(jiān)測，如一些橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，此種方式雖然實時性好，但是精度低、成本高，因此較難在短時期內(nèi)得到廣泛的使用。從實際操作的角度來說，現(xiàn)有的橋梁損傷識別技術(shù)可以分為離線局部檢測和在線整體監(jiān)測兩種方式離線局部檢測是指在橋梁不工作時，采用無損檢測手段，如肉眼觀察、超聲波、電磁渦流、X射線等，來仔細(xì)探測結(jié)構(gòu)中的損傷，此類方法檢測精度較高，但是往往需要中斷交通，影響橋梁的正常工作，且需要事先知道損傷的大概位置，存在檢測死角，檢測效率低；在線整體監(jiān)測則是在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)置傳感器，實時的獲取結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號，來推斷其中的損傷情況，此種方法雖然不需要中斷橋梁交通，但檢測精度較低，并且還存在傳感器的安裝、海量信號的傳輸與存儲以及傳感器的抗噪性、耐久性等問題。鑒于上述情況，亟需研發(fā)一種簡便高效、高精度的橋梁檢測方案。本設(shè)計人借其多年相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)經(jīng)驗以及豐富的專業(yè)知識，不斷研發(fā)改進(jìn)，并經(jīng)大量的實踐驗證，提出了本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，能夠簡便、高效且高精度地檢測橋梁損傷信息，并定位橋梁的損傷位置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，包括移動小車，能夠在待測橋梁上移動；敲擊子系統(tǒng)，設(shè)于所述移動小車，所述敲擊子系統(tǒng)用于向待測橋梁施加敲擊載荷；信號采集子系統(tǒng)，設(shè)于所述移動小車，所述信號采集子系統(tǒng)用于采集待測橋梁傳遞到所述移動小車上的響應(yīng)信號；信號處理裝置，連接所述信號采集子系統(tǒng)，接收所述信號采集系統(tǒng)所采集的信號并進(jìn)行處理，輸出橋梁損傷信息處理結(jié)果；定位裝置，能夠隨所述移動小車一同運(yùn)動，所述定位裝置用于實時檢測記錄所述移動小車的位置信息。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，還包括一驅(qū)動裝置，所述移動小車連接所述驅(qū)動裝置，并由所述驅(qū)動裝置驅(qū)動而在待測橋梁上移動。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述移動小車包括車身；車輪，設(shè)置于所述車身，所述車輪為剛性輪盤且直接接觸待測橋梁表面。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述車輪包括一個前車輪和兩個后車輪，所述前車輪位于所述移動小車的縱向車身軸線上，兩個所述后車輪對稱的設(shè)于所述縱向車身軸線的兩側(cè)。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述敲擊子系統(tǒng)包括敲擊裝置，固設(shè)于所述移動小車上，所述敲擊裝置用于產(chǎn)生敲擊載荷并施加于待測橋梁；敲擊控制裝置，連接于所述敲擊裝置，用于控制所述敲擊裝置以產(chǎn)生預(yù)定的敲擊載荷。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述敲擊裝置為激振器，所述激振器固設(shè)于所述移動小車的車身上，所述激振器產(chǎn)生的激振力作用于所述移動小車的車身，通過所述移動小車將敲擊載荷傳遞到待測橋梁。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述信號采集子系統(tǒng)包括一個或者多個信號拾取裝置，所述信號拾取裝置設(shè)置于所述移動小車上，用于采集待測橋梁傳遞到所述移動小車上的響應(yīng)信號。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述信號拾取裝置為加速度傳感器。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述加速度傳感器設(shè)有一個，其設(shè)置于所述移動小車兩個所述后車輪的通軸上。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述加速度傳感器位于所述通軸的中間位置，所述敲擊裝置位于所述加速度傳感器的正上方。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述信號處理裝置包括譜圖獲取裝置，連接于所述信號拾取裝置，用于對所述信號拾取裝置檢測到的信號進(jìn)行變換處理，以獲取在橋梁表面的每個位置處的信號譜圖；譜圖包絡(luò)線截取裝置，用于從所述信號譜圖中截取與所述敲擊裝置的敲擊力頻段相對應(yīng)的譜圖包絡(luò)線；損傷指示值計算裝置，根據(jù)所述截取的譜圖包絡(luò)線來計算待測橋梁表面的每個位置處的損傷指示值；損傷位置確定裝置，根據(jù)待測橋梁表面的每個位置處的所述損傷指示值來確定結(jié)構(gòu)中的損傷位置。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述定位裝置設(shè)置于所述移動小車上或者所述驅(qū)動裝置上。優(yōu)選的，上述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其中，所述定位裝置為位移傳感器或者GPS車輛定位系統(tǒng)。本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)至少具有以下優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)1、本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，其在待測橋梁上掃描一遍即可獲得檢測信號，并可根據(jù)檢測信號經(jīng)過相應(yīng)的處理轉(zhuǎn)換而得到橋梁的損傷信息，不需要預(yù)先知道橋梁損傷的大致位置，也不需要預(yù)先知道橋梁未損時的狀態(tài)，操作簡單易行，效率高。通過本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)的檢測，即可方便快捷地掌握橋梁損傷情況，從而及時發(fā)現(xiàn)橋梁隱患，避免橋梁事故的發(fā)生。2、本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)的靈敏度很高，檢測時間短且不需要特殊的檢測條件，檢測精度高，成本低廉，與上述現(xiàn)有的橋梁檢測方式相比，是集合了各種現(xiàn)有檢測方式的優(yōu)點(diǎn)，且避免了其缺陷。3、本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)抗干擾性很強(qiáng)，進(jìn)行橋梁檢測時不需要中斷橋梁交通即可得到準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，可實施性強(qiáng)且不影響橋梁的正常交通運(yùn)輸功倉泛。4、本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)在進(jìn)行橋梁檢測之前，不需要事先知道橋梁結(jié)構(gòu)的完整特征信息，即可方便快捷的實施檢測。5、本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)設(shè)有定位裝置，在檢測系統(tǒng)檢測到橋梁損傷信號時，定位裝置能夠準(zhǔn)確的定位檢測系統(tǒng)此時的位移或位置信息，也就相當(dāng)于定位橋梁損傷所在的位置。6、本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,檢測時所需的人力成本低，且能夠適應(yīng)各種檢測環(huán)境，適于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)組成示意圖；圖2為本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)一實施例的敲擊子系統(tǒng)設(shè)于移動小車結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明敲 擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)一實施例的信號檢測裝置設(shè)于移動小車結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)一實施例的檢測信號頻譜示意圖。主要元件標(biāo)號說明:I移動小車10 驅(qū)動裝置11 車身12 前車輪13 后車輪14 通軸2敲擊子系統(tǒng)21 敲擊裝置22 敲擊控制裝置3信號采集子系統(tǒng)31 信號拾取裝置4信號處理裝置5定位裝置L車身軸線
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。請參考圖1，為本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)組成示意圖，如圖所示，本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)主要包括移動小車1，能夠在待測橋梁上移動；敲擊子系統(tǒng)2,設(shè)于移動小車I,能夠隨移動小車I 一同運(yùn)動，敲擊子系統(tǒng)2主要用于向待測橋梁施加敲擊載荷，并且其能夠在移動小車I在待測橋梁上移動的同時向待測橋梁施加敲擊載荷；信號采集子系統(tǒng)3，設(shè)于移動小車1，用于采集待測橋梁傳遞到移動小車I上的敲擊載荷的響應(yīng)信號；信號處理裝置4，連接信號采集系統(tǒng)3，接收信號采集系統(tǒng)3所采集到的信號并進(jìn)行處理，輸出反映橋梁損傷信息的處理結(jié)果；定位裝置5，能夠隨移動小車I 一同運(yùn)動，其主要用于實時檢測記錄移動小車I的位置信息。移動小車I承載敲擊子系統(tǒng)2，帶動其在待測橋梁上移動，在移動小車I行走的同時，載敲擊子系統(tǒng)2可持續(xù)施加敲擊載荷，以實現(xiàn)對整個待測橋梁的敲擊掃描。移動小車I可連接一驅(qū)動裝置10，并由該驅(qū)動裝置10驅(qū)動而在待測橋梁上移動，本實施例中，驅(qū)動裝置10為一牽引車輛，牽引移動小車I運(yùn)動。在其他實施例中，移動小車I也可自身具有動力，而可在橋梁上移動。請參考圖2，為本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)一實施例的敲擊子系統(tǒng)設(shè)于移動小車結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，敲擊子系統(tǒng)2包括敲擊裝置21和敲擊控制裝置22，其中敲擊裝置21固設(shè)于移動小車I上，敲擊裝置21用于產(chǎn)生敲擊載荷并施加于待測橋梁，本實施例中，敲擊裝置21為激振器，激振器固設(shè)于移動小車I的車身11上，激振器產(chǎn)生的激振力直接作用于移動小車I的車身11，通過移動小車的車身及車輪等將敲擊載荷傳遞到待測橋梁的橋面，也就是說，移動小車I除了提供支承作用之外，還負(fù)責(zé)傳遞由激振器產(chǎn)生的敲擊載荷，所以，移動小車本身應(yīng)經(jīng)過特殊設(shè)計以降低或者完全消除對敲擊載荷的緩沖作用，使敲擊載荷能夠完整有效地傳遞到待測橋梁，例如本實施例中，移動小車I可設(shè)計為剛性車身，車身各零部件之間采用固接方式連接，車輪設(shè)置于車身下方或者兩側(cè)，車輪為剛性輪盤(如鋼制輪盤)，車輪外緣無塑膠輪胎等緩沖部件，也就是說剛性輪盤外緣直接接觸待測橋梁表面，以避免過濾掉所傳遞的載荷及信號，小車懸掛系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，避免其過濾掉敲擊載荷，進(jìn)一步優(yōu)選的，移動小車的前車輪12設(shè)有一個，后車輪13設(shè)有兩個，前車輪12位于移動小車的縱向車身軸線L上，兩個后車輪13對稱的設(shè)于車身軸線L的兩側(cè)，前車輪12和兩個后車輪13形成等腰三角形，從而使移動小車I的移動更加穩(wěn)定，并且當(dāng)車身承受敲擊載荷時，小車依然能夠穩(wěn)定前行，不發(fā)生跳動或者顛簸。上述的激振器已為常規(guī)器件，市面上有多種規(guī)格可供選擇，故其結(jié)構(gòu)及功能不再詳細(xì)說明。 敲擊控制裝置22與敲擊裝置21連接，其用于控制敲擊裝置21，例如其敲擊的頻率以及敲擊力的幅值等等，使敲擊裝置能夠?qū)㈩A(yù)定頻段及預(yù)定幅值的敲擊載荷施加到移動小車車身上，或者說是待測橋梁上，本實施例中敲擊裝置21為激振器，敲擊控制裝置22相應(yīng)的為激振器控制器，其結(jié)構(gòu)和原理已為常規(guī)技術(shù)，不再贅述。請結(jié)合參考圖3，為本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)一實施例的信號采集子系統(tǒng)設(shè)于移動小車結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，信號采集子系統(tǒng)設(shè)于移動小車1，用于采集待測橋梁傳遞到移動小車I上的響應(yīng)信號，此處移動小車I又起到了傳遞橋梁響應(yīng)信號的作用，所以進(jìn)一步要求移動小車優(yōu)選為剛性結(jié)構(gòu)，如上所述，具有足夠的剛性從而不削減響應(yīng)信號的傳遞，并且移動小車的這種剛性結(jié)構(gòu)使得其本身也不會產(chǎn)生干擾信號，影響信號采集子系統(tǒng)3的信號采集。信號采集子系統(tǒng)3可包括一個或者多個信號拾取裝置31，信號拾取裝置31可直接設(shè)置于移動小車I上，用于直接采集待測橋梁傳遞到移動小車I上的敲擊載荷的響應(yīng)信號，信號拾取裝置31可為傳感器，例如常見的加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等。本實施例中，信號拾取裝置31為加速度傳感器，其設(shè)置有一個，該加速度傳感器可設(shè)置于移動小車I上的任何位置，而為了使信號采集的靈敏度最高、精確度最高，優(yōu)選的，加速度傳感器設(shè)置于移動小車2兩個后車輪13的通軸14上，且敲擊裝置21 (即激振器)位于加速度傳感器的正上方，一般來說，激振器為直接固設(shè)于移動小車車身11的中部位置，而加速度傳感器則是位于通軸14的中間位置，此位置能夠采集到最佳的敲擊載荷的響應(yīng)信號。當(dāng)然，信號拾取裝置31所采用的種類、所設(shè)置的數(shù)量及位置等，都可以根據(jù)實際環(huán)境和需要進(jìn)行靈活調(diào)整，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)上述公開的實施例內(nèi)容變通出多種實施例，但其均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。信號處理裝置4連接信號采集系統(tǒng)3，接收其采集到的橋梁敲擊載荷的響應(yīng)信號并進(jìn)行處理，輸出反應(yīng)橋梁損傷信息的處理結(jié)果。信號處理裝置4可為一計算機(jī)系統(tǒng)，實際應(yīng)用中，計算機(jī)系統(tǒng)可通過一常規(guī)的信號采集設(shè)備與移動小車上的傳感器相連，以獲得信號。為了獲得高質(zhì)量的檢測數(shù)據(jù)，可選配高精度的數(shù)據(jù)采集卡，若為多通道數(shù)據(jù)采集，還應(yīng)保證各個數(shù)據(jù)采集通道的同步性。本實施例中，信號拾取裝置31為加速度傳感器，所采集到的信號應(yīng)為移動小車I所走過的待測橋梁的敲擊響應(yīng)加速度頻譜，參考圖4，為本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)一實施例的檢測信號頻譜示意圖，相應(yīng)的，本實施例的信號處理裝置可包括有譜圖獲取裝置、譜圖包絡(luò)線截取裝置、損傷指示值計算裝置和損傷位置確定裝置。其中，譜圖獲取裝置，連接于信號拾取裝置31，即加速度傳感器，用于對加速度傳感器檢測到的信號進(jìn)行變換處理，以獲取在橋梁表面的每個位置處的加速度信號譜圖。具體來說，譜圖獲取裝置根據(jù)檢測精度的要求和實際環(huán)境情況，可以將待測橋梁表面劃分為多個固定面積區(qū)域的小部分，移動小車I帶動敲擊子系統(tǒng)2和信號采集子系統(tǒng)3掃描過每一個橋梁表面部分均需要一段時間，這期間，傳感器所獲取的信號對應(yīng)為該段時間上的傳感器信號分布，隨后，譜圖獲取裝置對一系列的傳感器信號在時間上的分布進(jìn)行變換處理，以獲取上述信號相應(yīng)的在頻率域或者尺度域上的表示，上述的變換處理可利用現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的常規(guī)變換處理進(jìn)行，例如，該變換可以是短時傅立葉變換或小波變換等等。經(jīng)過變換，譜圖獲取裝置可獲取對應(yīng)橋梁表面的每個位置部分處的信號頻譜或尺度譜。譜圖包絡(luò)線截取裝置從譜圖獲取裝置所獲取的信號譜圖中截取與敲擊裝置的敲擊力頻段相對應(yīng)的譜圖包絡(luò)線。損傷指示值計算裝置根據(jù)所截取的譜圖包絡(luò)線來計算待測橋梁表面的每個位置處的損傷指示值，該損傷指示值反映了該位置處的譜圖包絡(luò)線與其他位置處的譜圖包絡(luò)線的相似程度。計算損傷指示值的方法可有多種，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可如下述來計算損傷指示值首先將截取的譜圖包絡(luò)線轉(zhuǎn)換為譜圖向量，此步驟可以通過獲取譜圖包絡(luò)線中的多個頻率處的幅值作為譜圖向量的分量來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。譜圖向量的分量數(shù)量可以根據(jù)檢測精度以及系統(tǒng)的處理性能等來確定。分量對應(yīng)的頻率可以均勻分布在譜圖包絡(luò)線的頻段中，也可以不均勻分布，但是，對于待測橋梁而言，每個位置處的頻段選擇方式應(yīng)該是相同的；之后，可以利用MAC系數(shù)來獲取損傷指示值，MAC系數(shù)矩陣的計算公式為MAC(i, j) = 卜& I其中Yi和Yj分別表示在橋梁結(jié)構(gòu)上的第i個和第j個部分的譜圖向量，Yi · Yj表示譜圖向量的內(nèi)積運(yùn)算，I Yi I和I Yj I表示向量Yi和Yj的長度。MAC系數(shù)矩陣中的每個元素都表示了兩個譜圖向量之間的相似程度，其中對角線上的元素一定等于I。MAC系數(shù)矩陣的第i行或第i列元素的大小就能反映出對應(yīng)于某個譜圖向量Yi的損傷情況，因而也就是該譜圖向量Yi所對應(yīng)位置的損傷指示值。損傷位置確定裝置根據(jù)待測橋梁表面的每個位置處的損傷指示值來確定結(jié)構(gòu)中的損傷位置。例如，損傷位置確定裝置可以將損傷指示值發(fā)生突然下降的位置確定為存在損傷的位置，由于若沒有結(jié)構(gòu)損傷，那么損傷指示值的圖形曲線應(yīng)該是比較光滑的，如果曲線在某處出現(xiàn)突然下降，也就說明該處存在損傷，下降的幅度越大，損傷也就越嚴(yán)重。經(jīng)過信號處理裝置的上述一系列的處理，即可得到橋梁損傷的信息，例如損傷的程度以及位置等等，關(guān)于更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)檢測及處理內(nèi)容和原理，在現(xiàn)有的相關(guān)專利中已有公開，不再過多贅述。根據(jù)上述的處理過程可得到橋梁損傷的位置信息，但需移動小車I勻速運(yùn)動，根據(jù)其運(yùn)動的速度和測得損傷的時間點(diǎn)經(jīng)過一系列的計算處理確定移動小車I所走過的位移，從而定位損傷的位置，處理過程有些復(fù)雜，并且在實際中，由于橋梁情況復(fù)雜多樣，要實現(xiàn)移動小車I的理想勻速運(yùn)動也具有一定困難，牽引車輛的絕對勻速行駛對駕駛?cè)藛T的駕駛水平也是一種很高的要求，較難達(dá)到。所以本發(fā)明檢測定位系統(tǒng)中設(shè)置了定位裝置5，能夠隨移動小車I 一同運(yùn)動，其可以直接設(shè)置于移動小車I上，也可設(shè)置于移動小車I的驅(qū)動裝置10上，設(shè)置位置不做具體限制。定位裝置5用于實時檢測移動小車I的位置信息，也就是實時定位移動小車I的位置并記錄移動小車的位置相對時間的分布信息，從而，當(dāng)上述的信號處理裝置處理信號得出橋梁損傷信息在時間上的分布曲線時，根據(jù)時間點(diǎn)即可直接得知此時的移動小車的位置，也即是橋梁損傷所在的位置，這樣就可以方便快捷地定位橋梁損傷所在的具體位置，而不必對移動小車的運(yùn)動有勻速要求，解決了上述問題。定位裝置5可為現(xiàn)有的GPS (Global Positioning System)車輛定位系統(tǒng)或者位移傳感器等，位移傳感器可為常規(guī)的光電式位移傳感器、電感式位移傳感器、電阻式位移傳感器等等。關(guān)于GPS車輛定位系統(tǒng)及位移傳感器的應(yīng)用已為常規(guī)技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述實施例所公開的內(nèi)容，可以較容易設(shè)計出多種實施方案來獲得實時位置信息，其均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。定位裝置5本身可包括數(shù)據(jù)存儲及處理部分，也可連接信號處理裝置4，將實時的位置信息傳遞至信號處理裝置4的計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行存儲，以備后續(xù)處理相關(guān)數(shù)據(jù)所使用，位置信息的存儲及處理已為常規(guī)技術(shù)并可變通出多種實現(xiàn)方式，不再贅述。另外，本發(fā)明的檢測系統(tǒng)可在不中斷橋梁交通的情況下使用，因此需要設(shè)置信號分離模塊和噪聲過濾模塊對檢測信號進(jìn)行處理，以提高信號的信噪比，得到理想的信號檢測結(jié)果。上述的敲擊控制裝置22和信號處理裝置4可整合為一個計算機(jī)系統(tǒng)，而該計算機(jī)系統(tǒng)可整合到驅(qū)動裝置10之中。下面結(jié)合圖1至圖3來說明本發(fā)明敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)的簡單應(yīng)用由驅(qū)動裝置10牽引移動小車I在待測橋梁上移動，同時，設(shè)置于移動小車I上的敲擊裝置21在敲擊控制裝置22的控制下對車身施加敲擊載荷，敲擊載荷的頻率及大小均應(yīng)符合預(yù)期，敲擊載荷由小車車身、車輪傳遞而最終施加于待測橋梁，移動小車所走過的橋面，均受到敲擊掃描。待測橋梁受到敲擊載荷的同時，將作出反饋，產(chǎn)生如加速度、位移、速度等的響應(yīng)信號，由于橋梁表面和移動小車的相互作用，該響應(yīng)信號同樣由小車進(jìn)行傳遞，而最終由設(shè)置于小車上的信號拾取裝置31采集獲得，該響應(yīng)信號的瞬時值大小等將可反映待測橋梁在敲擊位置處的結(jié)構(gòu)特征，本實施例中信號拾取裝置為加速度傳感器，則采集獲得的響應(yīng)信號為加速度頻譜。由信號拾取裝置31采集獲得的橋梁響應(yīng)信號最終被傳送至信號處理裝置4，經(jīng)過相應(yīng)的信號過濾、信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)換算等等，最終輸出能夠反應(yīng)橋梁損傷信息的處理結(jié)果。同時，由定位裝置5實時監(jiān)測記錄移動小車的位置信息，根據(jù)上面的處理結(jié)果，可方便快捷地對應(yīng)確定橋梁損傷所在的位置。本發(fā)明檢測系統(tǒng)的整個檢測過程只需要移動小車對待測橋梁掃描一遍即可獲得檢測信號，操作簡單易行，效率高，檢測精度高，成本低，不需要中斷橋梁交通即可得到準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，可實施性強(qiáng)，通過本發(fā)明的橋梁損傷檢測系統(tǒng)，可方便快捷的掌握橋梁損傷情況，從而及時發(fā)現(xiàn)橋梁隱患，避免橋梁事故的發(fā)生。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，包括: 移動小車，能夠在待測橋梁上移動； 敲擊子系統(tǒng)，設(shè)于所述移動小車，所述敲擊子系統(tǒng)用于向待測橋梁施加敲擊載荷； 信號采集子系統(tǒng)，設(shè)于所述移動小車，所述信號采集子系統(tǒng)用于采集待測橋梁傳遞到所述移動小車上的響應(yīng)信號； 信號處理裝置，連接所述信號采集子系統(tǒng)，接收所述信號采集系統(tǒng)所采集的信號并進(jìn)行處理，輸出橋梁損傷信息處理結(jié)果； 定位裝置，能夠隨所述移動小車一同運(yùn)動，所述定位裝置用于實時檢測記錄所述移動小車的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括一驅(qū)動裝置，所述移動小車連接所述驅(qū)動裝置，并由所述驅(qū)動裝置驅(qū)動而在待測橋梁上移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述移動小車包括: 車身； 車輪，設(shè)置于所述車身，所述車輪為剛性輪盤且直接接觸待測橋梁表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述車輪包括一個前車輪和兩個后車輪，所述前車輪位于所述移動小車的縱向車身軸線上，兩個所述后車輪對稱地設(shè)于所述縱向車身軸線的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述敲擊子系統(tǒng)包括: 敲擊裝置，固設(shè)于所述移動小車上，所述敲擊裝置用于產(chǎn)生敲擊載荷并施加于待測橋梁； 敲擊控制裝置，連接于所述敲擊裝置，用于控制所述敲擊裝置以產(chǎn)生預(yù)定的敲擊載荷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述敲擊裝置為激振器，所述激振器固設(shè)于所述移動小車的車身上，所述激振器產(chǎn)生的激振力作用于所述移動小車的車身，通過所述移動小車將敲擊載荷傳遞到待測橋梁。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集子系統(tǒng)包括一個或者多個信號拾取裝置，所述信號拾取裝置設(shè)置于所述移動小車上，用于采集待測橋梁傳遞到所述移動小車上的響應(yīng)信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信號拾取裝置為加速度傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度傳感器設(shè)有一個，其設(shè)置于所述移動小車兩個所述后車輪的通軸上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度傳感器位于所述通軸的中間位置，所述敲擊裝置位于所述加速度傳感器的正上方。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理裝置包括: 譜圖獲取裝置，連接于所述信號拾取裝置，用于對所述信號拾取裝置檢測到的信號進(jìn)行變換處理，以獲取在橋梁表面的每個位置處的信號譜圖；譜圖包絡(luò)線截取裝置，用于從所述信號譜圖中截取與所述敲擊裝置的敲擊力頻段相對應(yīng)的譜圖包絡(luò)線； 損傷指示值計算裝置，根據(jù)所述截取的譜圖包絡(luò)線來計算待測橋梁表面的每個位置處的損傷指不值； 損傷位置確定裝置，根據(jù)待測橋梁表面的每個位置處的所述損傷指示值來確定結(jié)構(gòu)中的損傷位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位裝置設(shè)置于所述移動小車上或者所述驅(qū)動裝置上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或12所述的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位裝置為位移 傳感器或者GPS車輛定位系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)，包括移動小車，能夠在待測橋梁上移動；敲擊子系統(tǒng)，設(shè)于所述移動小車，所述敲擊子系統(tǒng)用于向待測橋梁施加敲擊載荷；信號采集子系統(tǒng)，設(shè)于所述移動小車，所述信號采集子系統(tǒng)用于采集待測橋梁傳遞到所述移動小車上的響應(yīng)信號；信號處理裝置，連接所述信號采集子系統(tǒng)，接收所述信號采集系統(tǒng)所采集的信號并進(jìn)行處理，輸出橋梁損傷信息處理結(jié)果；定位裝置，能夠隨所述移動小車一同運(yùn)動，所述定位裝置用于實時檢測記錄所述移動小車的位置信息，本發(fā)明的敲擊掃描式橋梁損傷檢測定位系統(tǒng)能夠簡便、高效且高精度地檢測橋梁損傷信息，并定位橋梁的損傷位置。
文檔編號G01N29/14GK103076399SQ20121058593
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者李連友, 向志海, 陸秋海, 王瓏祺, 張程浩, 沈兆普, 周馬生 申請人:中國路橋工程有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)