[发明专利]桥梁动态挠度光斑成像测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁动态挠度光斑成像测量装置和方法，属于桥梁检测及监测技术领域，

背景技术

在桥梁检测及健康监测过程中，桥梁的挠度是桥梁结构在强度、刚度、稳定性三大关键问题上都非常关注的重要参数，对评价桥梁结构的长期和瞬态运营状态，检验桥梁的真实受力特性具有重要的理论价值，因此，挠度测量的精度及准确性显得至关重要。在这种需求下，国内外研究人员发展了许多新的挠度测量方法，其中具有代表性的有：百分表法、连通管法、水准仪法、GPS挠度测量法、激光法。它们都不同程度地存在着一些问题和不足，而且基本都适应静态挠度测量，因此，方便、有效、科学的桥梁结构动态参数测量一直是桥梁界亟需发展和研究的技术。现有技术中有少数方法可以进行桥梁动态挠度测量，与本发明最为相近的方法是用白色LED灯为光源，在经纬仪的望远镜目镜后面用CCD采集图像来测量动态挠度，但该方法存在如下缺陷：1、白色光源很容易受到白天强烈的日光干扰，晚上受汽车照明灯、路灯、工地探照灯等外界光源的干扰，导致测量存在较大的误差而影响测量实效；2、光路是在经望远镜后经过大气然后再经常规镜头和CCD成像的，也就是经过了两次成像系统，这样降低了分辨率和量程，测得的效果和准确度上不如常规镜头和一次成像。

发明内容

本发明提供一种桥梁动态挠度光斑成像测量装置和方法，通过在待测结构挠度测点处设置蓝色LED灯，经滤光及中长焦镜头后由CCD光电耦合处理，将待测结构挠度测点的光信号转化为图像信号传输给计算机，由计算机计算出LED灯对应光斑在接收屏上的位置值，进而推算出待测结构挠度测点的位置值，实现桥梁检测及健康监测过程中的桥梁动态挠度测量。

本发明的技术方案是这样实现的：

所述桥梁动态挠度光斑成像测量装置，主要由图象采集装置A、测点标记物B、计算机C组成，其特征是：

在待测结构每一个挠度测点处设置测点标记物B，测点标记物B主要由蓝色LED灯5及锂电池6构成，由锂电池6为蓝色LED灯5提供电源，蓝色LED灯5用于发出蓝色波段的光信号，每一个测点处采用两个蓝色LED灯5来进行测试精度的标定，来满足测试精度要求；

在图象采集测试处设置有图象采集装置A，图象采集装置A主要由CCD1、镜头2、滤光片3、三角架4构成，滤光片3固定在镜头2的前端，滤光片3的中心波长与蓝色LED灯5发出蓝色波段相对应，只有在蓝色LED灯5发出蓝色波段范围内的光波能通过滤光片3，即只有蓝色光能通过滤光片3进入镜头2被CCD1感应；镜头2固定在CCD1的固定接口处，用来对蓝色LED灯5发出蓝色光信号进行成像，结合待测结构现场情况，镜头2一般采用中长焦镜头；CCD1作为整个装置的信号采集器件，将光信号转化为图像传输给计算机C；三脚架4和CCD1连接，用来支撑和固定CCD1；

计算机C通过数据线与CCD1连接，给CCD1提供电源并对CCD1传输过来的图像数据进行处理；

所述桥梁动态挠度光斑成像测量装置的安装调试方法，其特征是：

在待测结构挠度测点上固定测点标记物B的蓝色LED灯5，保证锂电池6正常提供电源使得蓝色LED灯5发出蓝色波段的光信号；在图象采集测试处将图象采集装置A通过三脚架4固定在不动测试点，连接好CCD1和计算机C，开启计算机C中的控制软件，实时显示CCD1所采集的图像，调节三脚架4把镜头2对准蓝色LED灯5，对镜头2进行调焦使计算机C中能清晰显示蓝色LED灯5，调节CCD1的曝光时间和镜头2的光圈使图像能清晰显示蓝色LED灯5的光斑，图像中除蓝色LED灯5光斑外的部分均较暗，使得CCD1能够精确采集图像中蓝色LED灯5的光斑，由计算机C进行图像分析得到蓝色LED灯5光斑在接收屏上的位置值加以存储，从而保证计算机C能够按照某个固定频率采集并存储蓝色LED灯5光斑数据进行挠度测点位移的计算处理；

所述桥梁动态挠度光斑成像测量方法，其特征是：

通过重心法计算图象光斑在接收屏上的位置值(X，Y)，对于一个像素为M×N的CCD，对应图象光斑在接收屏上的位置值(X，Y)，由下列公式确定：