[发明专利]基于四象限位置探测器测试桥梁挠度/纵向位移变化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用光学装置勘探或探测，尤其涉及一种用四象限位置探测器测试桥梁挠度变化的方法。

背景技术

桥梁作为交通网络的重要联接设施在我国的交通运输和经济发展中有着极其重要的位置。在桥梁的建造过程中，由于桥梁结构设计、施工建造的不合理和管理力度的不严格；以及在桥梁的运行过程中，由于地质状况、风力的变化，水位上升，空气，温度，地震等自然因素的影响及桥梁自身的载重和桥梁满负荷的运行状况下所产生的动态载重，使得桥梁不可避免的会产生各种形变损伤，甚至是发生桥梁坍塌和断裂。由于这些诸多不利的因素的存在，使得桥梁的建设和维护方面都存在极大的安全隐患，以致近年来桥梁坍塌的事故频繁出现，给人们的生命财产带来极大的威胁。而桥梁挠度的变化量是检测大型桥梁运行状况的常用度量参数，是设计桥梁健康监测系统的重要组成部分。在桥梁自身载重或载荷的作用下，桥面各处将发生弯曲变形，桥梁桥面各点挠度的变化量，直接反映了桥梁结构的竖向整体刚度。因而基于测量桥梁挠度的变化值可以得到桥梁竖直方向的变形曲线，从而判断出桥梁当前是否处于安全状态下。目前国内外的桥梁挠度测量方法有很多，概括起来可以分为以下两大类。一类是全人工读数方法：①百分表测量法②经纬仪法。采用经纬仪来测量是目前国内应用最为普遍的一种方法。以上两种方法只能测量桥梁的静态位移偏移量，测量精度低，对测量人员要求高，无法完成现场的自动测量。另一类是自动测量方法，包括①桥梁的倾角测量法、②光电成像和摄像法、③光电分光成像和高速线阵CCD法、④利用连通管测量⑤和利用GPS进行桥梁测量的方法。以上五种挠度测量方法都能完成挠度自动测量。但采用倾角仪和GPS测量挠度，存在着精度低的缺点，测量精度一般只能达到厘米级。而且用倾角仪进行挠度测量时，对各倾角仪之间的相位差、倾角仪的瞬态反应、倾角仪零漂等的要求较高。利用光电成像和CCD摄像法测量挠度精度很高，但在测量时需要复杂的对准调整机构和过程，操作复杂，且在强光时，需要使用遮光装置。尽管光电分光成像和高速线阵CCD法通过采用单色光可以在白天工作，但在同时发生多个方向的变形时，会出现采集不到信号的情况。另外由于CCD尺寸的限制，在测量系统不加其他放大环节的情况下，测量范围非常有限。两者均属于开放式系统，容易受到灰尘、雾气的影响，不能进行长期在线测量。连通管式挠度测量系统采用全封闭结构，不怕桥梁现场的高尘、高湿和浓雾，可以长期在线使用。但目前普遍采用超声波液位检测计进行液位检测来完成挠度测量，测量精度比较低，仅为厘米级。通过比较以上几种桥梁挠度测量方法，可以知道目前现有的挠度测量方法都无法满足桥梁挠度测量的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种精度高、实时性好、易安装，可以精确的检测出桥梁挠度变化值的一种方法。四象限探测器本身的特点使得系统在测量的同时还能获得被测点的横向位移，实现二维测量。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

发明的基本思路是将激光光源安装于桥梁固定位置处，四象限位置探测器安装于桥梁中心位置或其它被测点。当桥梁桥面发生挠度变化时，四象限探测器随被测点一起发生纵向位置移动，激光在四象限探测器上形成的光斑位置相对于探测器往相反的方向移动，记录下桥梁发生挠度变化前后光斑在探测器上的不同位置坐标，在四象限探测器反映出的光斑位置变化量即为桥面上被测点的挠度位置变化量。

用四象限位置探测器测试桥梁挠度方法的主要工艺过程包括下述步骤：

(1)将四象限探测器安装在桥梁底部的中心位置或其它被测点处，保证四象限探测器垂直于桥梁底面，同时也保证四象限探测器的光敏面垂直正对激光光源。

(2)根据待测桥梁孔径大小的不同，将激光光源通过电移台安装在桥梁的桥墩上或桥面底部。

(2.1)当待测桥梁孔径≤300m时，将激光光源通过电移台安装在桥墩上；

(2.2)当待测桥梁孔径＞300m时，将激光光源安装在桥面下的被测点上。

(3)根据桥梁挠度变化范围的大小，用四象限探测器进行挠度测量和/或将四象限探测器与电移台相配合进行挠度测量。

(3.1)当挠度变化小，激光光源与桥面水平方向重合和/或平行而未形成夹角α时，由四象限探测器计算出桥梁在K时刻(挠度变化前)光斑的纵向坐标值yk，在K+1时刻(挠度变化后)光斑的纵向坐标值yk+1，则Δy＝yk+1-yk即为桥梁在此时刻的挠度变化值。