[实用新型]直接投射式光电挠度位移测量装置

说明书

本实用新型涉及桥梁等建筑结构和大型机械结构在自重或载荷作用下发生挠曲等变形的测量装置，具体涉及一种直接投射式光电挠度位移测量装置。

桥梁等建筑结构在自重、荷载作用下的垂向与横向变形(即挠度与位移)，能直接反映结构的施工质量、承载能力、健康情况，因而在桥梁的设计、施工质量控制、竣工验收、剩余寿命评估等各环节中，对其挠度等变形、位移参数等有严格的规定。故在桥梁等建筑结构施工过程、竣工验收、服役期，都要对其挠度(位移)等变形参数进行监测。目前比较常用的挠度监测方法有机械测量法与光电测量法，且基本上是人工现场操作仪器进行测量。而由于光电测量法是非接触测量，故得到较快的发展，它主要有基于成像原理与基于光射线原理的两大类。

图2所示是基于成像原理的一种最为典型的光电测量法。它将一发光靶标10固定在桥面某被测点11上，在桥墩或桥外地面某处固定光电摄像系统12，并通过摄像机的成像透镜13将发光靶标成像在其光电阵列探测器14上的x₂点。当桥面由于承载变化产生挠度变化d时，发光靶标将随桥面的挠度变化d移动到位置15，相应地其在光电阵列探测器14上的成像位置亦移动到x₁，用摄像机摄下靶标变化前后的两幅图像，即可根据光学透镜的缩小成像倍率A及两幅图像上靶标位置的变化量x₂-x₁，用后续的计算机算出挠度d＝A(x₂-x₁)。

图3所示是基于光射线原理的另一类测量法。它将一激光器16固定在桥面某被测点17上，在桥墩或桥外地面某处、安装光电位敏探测器(PSD)或光电阵列探测器18，激光器16发出的光束直接在探测器18上的x₁点形成光斑。当桥面由于承载产生挠度变化d而移动到19时，激光器将随桥面的挠度变化d而同步移动，相应地其在光电阵列探测器18上的光斑亦从x₁移动到x₂，这个位置变化量x₂-x₁显然就直接是桥面的挠度d。

对于前一类成像法而言，由于采用了成像透镜，带来了一系列问题：透镜的象差使光标成像位置产生变异、会影响测量结果；成像透镜将实际挠度d缩小A倍成像，将挠度测量的分辨力与精度降低了A倍；而且其挠度测量范围和分辨力彼此相互矛盾，给使用带来不便。另外摄像机必须配以计算机、才能进行数据处理，且摄像机的输出信号又要利用专用图像采集卡进行A/D转换以后、才能被计算机处理，这既限制了测量速度，又提高了成本。

对于第二类光射线原理而言，虽然去掉了成像透镜，消除了由透镜造成的问题，但由于光电位敏探测器(PSD)与光电阵列探测器自身的最大尺寸仅十余毫米，这就限制了这类测量系统的挠度测量范围。且光电位敏探测器(PSD)一般不便于单独工作，大都作为计算机的数据采集元件、并通过A/D采集卡与计算机通信，来完成测量工作。

此外上述两种方法中，不管是透镜、还是光电位敏探测器(PSD)及光电阵列探测器，在长期野外工作的条件下都会受到灰尘的污染，从而影响成像、测量效果，甚至使仪器失效，因而难以适应长期野外工作的恶劣环境，故通常只是在人工操作条件下工作，基本不能长期固定在桥梁上进行实时全天候自动挠度监测。

本实用新型的目的在于提供一种能综合上述两种方法优点，而又具有防尘保护功能、基本不受灰尘影响，且成本低廉、适合于测量桥梁等其它建筑结构或大型机械结构长期挠度监测的直接投射式光电挠度位移测量装置。

本实用新型的目的是由下述具体措施来实现的：

直接投射式光电挠度位移测量装置，包括光发射源、光接收器两部分。光发射源为准直性能良好的激光器。光接收器为组合结构，由光电接收靶与硬件处理电路组成，并设置在同一壳体内由信号线连接成一体；光电接收靶由接收屏、近场透镜、光电阵列探测器及其扫描驱动电路组成，它们依次平行排列安装在壳体内同一基座上；硬件处理电路采用数字芯片的模块化结构电路板。

光发射源发出的光束直接照射在光电接收靶的接收屏上，光电阵列探测器及其扫描驱动电路感受接收屏上的光斑信息。

在光电接收靶中，接收屏同时具有接收光斑、屏蔽灰尘等污染物的双重作用；而其后的近场透镜、光电阵列探测器可采用将微透镜阵列与光电阵列探测器组合在一起的特殊图像传感器件，亦可将数个这样的器件拼接在一起，从而通过接长扩大测量范围。