[发明专利]用于桥梁变形监测的挠度传感器及挠度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑施工技术领域的测量装置，具体是一种用于桥梁变形监测的挠度传感器及挠度测量方法。

背景技术

桥梁是一种造价高昂、结构庞大的工程，一旦倒塌将长期影响大范围地区的交通、经济和社会生活。桥梁经受日晒雨淋，承受疲劳荷载，必然会有缓慢发展的累积损伤，累积损伤发展到一定程度，就会引发安全事故。特别地，随着科学技术的进步以及交通运输的需求，许多大跨度桥梁应运而生，尤其是悬索桥以其跨度大，造型优美，节省材料而备受人们的青睐，成为大跨度桥梁的首选。但随着跨度的增大，安全系数也随之下降，由以前的4～5下降为2～3。另外，由于大跨度桥梁柔性大，频率低，对风的作用很敏感。因为缺乏必要的监测和相应的养护，世界各地出现了大量桥梁损坏事故，给国民经济和生命财产造成了巨大损失。因此，必须不惜一切代价来保证其安全。

桥梁健康检测的主要项目一般包括位移、应力、动力特性、温度、表观检测等。其中，对桥梁各控制断面的位移变形进行监测，并绘编相应的位移变形影响线和影响面以检测各控制部位位移变形状态，可为总体评估桥梁的承载能力、营运状态和耐久能力提供依据。目前用于桥梁变形结构监测的方法主要有：经纬仪、位移传感器、加速度传感器和激光测试方法等。

(1)全站仪法：全站仪(包括经纬仪)是用于测量角度的精密测量仪器，可以用于测量角度、工程放样以及粗略的距离测取。全站仪法同水准仪法一样，具有准备工作简单，操作方便的优点。其缺点是各测点不同步以及大变形时不可测。

(2)位移传感器法：目前采用的位移传感器多数是一种接触型传感器，主要采用应变式位移传感器，必须与测点相接触，其缺点是对于难以接近点无法测量以及对横向位移测量有困难。

(3)加速度计法：尽管高精度加速度计所测量的加速度观测值经过二次积分后能够得到横向和垂向的位移向量，但由于加速度计对桥体低频震荡不敏感，所以通过这种方法得到的位移量是不完整、不连续的。加速度传感器对于低频静态位移鉴别效果差，为获得位移必须对它进行两次积分，精度不高，也无法实时。而大型悬索桥的频率一般都较低。

(4)激光图像法：激光图像法是近年来应用比较广泛的测量挠度仪器，将专用靶标固定待测桥梁被测点，使靶标与桥梁有机的结合起来形成共振，将桥梁震动转换成特定波长的光源震动，通过光学解析系统将待测光信号解析至专用高精度工业CCD，检测靶标在CCD上成像的中心坐标的变化即可精确测量被测桥梁在载荷作用下产生的纵向和横向位移及其对时间的响应曲线。系统的K值(Kx，Ky)，即CCD上每个象素代表的实际位移值，能够在测量之前进行标定。该方法动静态均可测量，对于小挠度、较短的桥梁实施测量比较方便，不足之处在于该设备成本较高，需要在桥梁以外一定范围内选取测量参考点，需要有人值守，并且对于多点同时测量难以实现。

(5)扭角法：扭角测试法由于原理上的缺陷，很少得到推广应用。

(6)GPS法：利用GPS监测大桥位移的特点：各监测站之间是相互独立的观测值；位受外界大气影响小，能够在暴风雨中进行监测；GPS测定位移自动化程度高；GPS定位速度慢、精度低。

显然，目前没有一种监测手段能够同时满足必需的准确性、实时性、同步性、自动化和防护性等多方面要求。因此，开发新型位移传感器，能够兼顾桥梁变形监测的多方面要求，特别是在线实时监测的要求，是十分迫切的任务。

“基于基准传递原理的桥梁挠度测试方法及试验研究”(华北科技学院学报，2010，v07，n2)提出了一种在桥梁的梁体上布设连续连杆的挠度测试方法，在连杆中部安装静、动态两种位移传感器测量与梁体对应位置的相对位移，实现挠度的实时测量。但是，对于动挠度的测量需要修正后才能实现，而且文献对位移传感器的选型以及传感器的安装方法未作任何介绍。

发明内容

本发明针对现有技术无法同时满足实时性、同步性、防护性和准确性等多方面要求的不足，提出一种适用于桥梁变形监测的挠度传感器及挠度测量方法。本发明的挠度传感器基于横向电涡流效应工作，具有精度高、速度快、非接触、低功耗、小体积、防护能力强等突出优点，本发明的挠度测量方法能够用于各种公路、铁路桥梁变形的垂直挠度、水平挠度的测量，并可实现桥梁变形的实时连续监测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种挠度传感器，包括测量板、反射栅和支承臂三个部分组成，其中：测量板固定在桥梁上的任一测点位置上，反射栅固定在支承臂上，支承臂两端固定于桥梁上的两个相邻测点位置上，测量板与反射栅之间保留有间隙。