[发明专利]一种基于激光的桥梁挠度检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于激光的桥梁挠度检测系统，其特征在于：包括有远程控制终端、检测装置以及激光发射器，所述检测装置安装在桥梁待检测点，所述激光发射器放置在与检测装置水平同高度，所述检测装置与远程控制终端通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光的桥梁挠度检测系统，其特征在于：所述检测装置包括控制器、遮雨棚、透镜模组和四象限探测器，所述控制器通过吊杆设置在遮雨棚的下端，所述四象限传感器安装在控制器的下端并与控制器电连接，所述透镜模组通过安装架安装在遮雨棚的下端。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光的桥梁挠度检测系统，其特征在于：所述透镜模组包括有第一直角棱镜、第二直角棱镜以及滤波片，所述第一直角棱镜与水平位置出呈45度角安装，所述第二直角棱镜以及滤波片设置在模组盒中，所述模组盒通过支架安装在遮雨棚的下端，所述滤波片水平安装，使得激光经过第一直角棱镜的反射垂直穿过滤波片；所述第二直角棱镜与水平位置出呈45度角安装，使得激光水平直射到所述四象限探测器的光敏探测区域。

4.根据权利要求2所述的一种基于激光的桥梁挠度检测系统，其特征在于：所述控制器包括有无线通讯模块、供电模块、主控芯片、定位模块以及存储模块，所述无线通讯模块、供电模块、定位模块以及存储模块分别与主控芯片电连接，所述主控芯片通过无线通讯模块与远程控制终端通讯连接。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁挠度检测方法，适用于如权利要求1所述的一种基于激光的桥梁挠度检测系统，其特征在于：包括如下步骤：

S1、同高度同角度水平安装激光发射器，激光发射器发射出的激光束水平照射至探测装置，使得激光束落入到四象限探测器的探测面上形成光斑；

S2、四象限探测器输出四个面的电流值I₁、I₂、I₃、I₄，通过无线通讯模块将测得的电流值I₁、I₂、I₃、I₄，发送至远程控制终端的数据处理单元；

S3、根据四象限探测器输出的电流值I₁、I₂、I₃、I₄，首先计算获得电流比值I₁∶I₂∶I₃∶I₄，然后利用电流比值在已建立的数据库中进行查询，先获得近似的光斑中心位置坐标值，最后通过线性插值计算出精确的光斑中心位置坐标值。

6.根据权利要求5所述的一种桥梁挠度检测方法，其特征在于：数据库的建立方法包括如下步骤：

A1、对光斑中心位置位于第一象限内的光斑进行仿真计算，求解其电流比，当光斑实际位置在其他三个象限时，利用坐标旋转将光斑中心转化为第一象限的点，求解各象限间电流比；

A2、将第一象限划分为多个边长为1μm的正方形，令光斑中心遍历所有正方形的顶点位置，将每个点位的电流比例录入数据库，再利用坐标旋转得出其他三个象限的电流比例，完成数据库的建立。

7.根据权利要求5所述的一种桥梁挠度检测方法，其特征在于：数据库的查询方式包括如下步骤：

B1、已知四个象限的电流值I₁、I₂、I₃、I₄，实验仿真计算得到原始质心计算方法的误差值r；

B2、由通用质心计算方法计算出误差较大的光斑中心，记为(x₁，y₁)；

B3、以(x₁，y₁)为圆心，r为半径的圆作为查询区域，在这个比整个数据库小得多的范围内把测量系统输出的电流比与数据库中各点对应的电流比逐一对比，找到对应的电流比与测量系统输出的电流比值差最小的n个点；

B4、使用插值方法计算出最终结果。

8.根据权利要求7所述的一种桥梁挠度检测方法，其特征在于：电流比的相似度计算方法如下：将四个象限的电流I₁、I₂、I₃、I₄归一化为单位向量V_i＝(I′_i1，I′_i2，I′_i3，I′_i4)，其中I′_i1²+I′_i2²+I′_i3²+I′_i4²＝1，两个向量之间的相似度定义为两个单位向量的内积R_ij＝|V_i·V_j|；由向量性质可知，两个单位向量的内积越接近1，相似度越高，且相似度最大为1；因此R越大，相似度越高，从而能够查询到数据库中与测量结果最接近的电流比值。