一种桥梁梁体形变传感系统及传感器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种桥梁梁体形变传感系统及传感器，本实用新型专利技术通过在双杆式安装架的短杆和长杆上分别设置对应的第一和第二力平衡加速度计，长杆两端固定在梁体，短杆通过连接杆活动连接到长杆的一端，并且仅固定短杆靠近连接的一端。由于短杆只有一端固定在梁体上，安装在短杆上的力平衡加速度计只感应梁体的纵向振动加速度，而由于长杆的两端都与梁体固定，安装在长杆上的力平衡加速度计既可以感应梁体的纵向振动加速度，也可以感应梁体的横向角加速度。因此，将两个力平衡加速度计的输出相减可以方便的获取横向转角参数。由此，不再依据积分拟合法来计算挠度，同时可以有效消除桥梁梁体的纵向振动对测试结果的影响。

A kind of bridge beam shape change sensing system and sensor

The utility model discloses a bridge deformation sensor system and sensor, the utility model has the advantages of short rod are respectively arranged on the corresponding double rod type mounting bracket and a long rod on the first and the second force balance accelerometer, long rod fixed at both ends of the beam, short rod by the end of the connecting rod is moveably connected to the long rod in the end, and only fixed short rod near the connection. Due to the short rod only one end fixed on the beam, force balance accelerometer installed in the short rod meter only induced longitudinal vibration acceleration of beam, and because both ends of long rod and beam fixed force balance accelerometer installed on the long rod gauge can induction of beam longitudinal vibration acceleration, also can beam transverse angular acceleration sensor. Therefore, the output of the two force balance accelerometers can be easily obtained. Therefore, it is no longer based on the integral fitting method to calculate the deflection, and can effectively eliminate the influence of the longitudinal vibration of the bridge beam on the test results.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及桥梁动力响应测试及高速铁路桥梁安全监测领域，具体涉及一种桥梁梁体形变传感系统及传感器。
技术介绍
桥梁在行驶车辆的不断作用下，其梁体产生较明显的动态弯曲变形。相比普通铁路桥梁，高速铁路桥梁的梁体的动态弯曲变形有更严格的限制，因为如果梁体的动态变形过大，导致高速列车与铁轨的相互摩擦力过大，进而影响高速列车的行驶速度，增加了高速列车脱轨的危险性。桥梁梁体横向动转角和竖向动挠度是分析桥梁动力响应特性变化及运营安全的重要参考指标。现有的可同时监测桥梁横向动转角和竖向动挠度的系统主要是基于高精度的机械式伺服式形变仪，并将测试数据经由积分拟合法计算获取。这类系统在用于监测简单结构桥梁时具有较高的精度，但是存在以下几个缺点：(1)、体积比较大；(2)、由于量程很小，常需要在安装好后，进行手工精确调零；(3)、控制机械摆体运动的十字弹簧片的温票效应对测试结果的误差影响比较大，导致输出值在较长时间后存在较大漂移。(4)、用于复杂结构桥梁时，对测点的布置位置和数量要求较高，需要比较密集的、合理地布置形变仪，如果布置形变仪的数量不够或位置不对，则在由转角积分成的挠度的误差较大。(5)、由于形变仪即能感应到梁体的横向转角，也能感应到梁体的纵向振动加速度，其监测结果受梁体的纵向振动影响大。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提出一种桥梁梁体形变传感系统以及传感器，以更加方便地对复杂结构桥梁的横向动转角和竖向动挠度的长期监测，解决和改善现有系统的使用不方便、稳定性差、梁体纵向振动影响大、难以用于复杂结构桥梁的横向动转角和竖向动挠度的长期监测等缺点。第一方面，提供一种桥梁梁体形变传感系统，包括：安装架，包括长杆、短杆和连接杆，其中，所述长杆两端设置有固定座，所述短杆与所述连接杆固定，所述连接杆与所述长杆的一端活动连接，所述短杆仅在与所述连接杆连接的一端设置有固定座；第一力平衡加速度计，设置于所述短杆远离固定座的一端，用于检测所在位置的纵向振动加速度输出第一模拟检测信号；第二力平衡加速度计，设置于所述长杆上，用于检测横向角加速度和纵向振动加速度输出第二模拟检测信号；数据采集传输装置，与所述第一力平衡加速度计和第二加速度计连接，用于将所述第一模拟检测信号和第二模拟检测信号分别转换为第一数字检测信号和第二数字检测信号并向数据处理装置传输；数据处理装置，与所述数据采集传输装置通信连接，用于根据第二数字检测信号和第一数字检测信号的差值输出表征横向转角的检测信号。优选地，所述第一力平衡加速度计和第二力平衡加速度计均为MEMS力平衡加速度计。优选地，所述固定座为铁磁材料固定座。优选地，所述长杆和所述短杆采用聚甲醛-铁氟龙(POM+PTFE)复合材料制成。优选地，所述数据采集传输装置包括：模数转换模块，用于将所述第一模拟检测信号和第二模拟检测信号分别转换为第一数字检测信号和第二数字检测信号；无线传输模块，用于以无线方式向所述数据处理装置发送所述第一数字检测信号和第二数字检测信号；以及控制模块，用于控制所述模数转换模块和所述无线传输模块。优选地，所述数据监控设备用于根据所述长杆的长度和所述表征横向转角的检测信号计算长杆的绝对挠度差值，根据多个不同位置的绝对挠度差值计算梁体的绝对竖向挠度值。优选地，所述数据处理装置通过对第二数字检测信号和第一数字检测信号的差值进行反正切变换计算所述表征横向转角的检测信号。优选地，所述系统还包括：电池；以及电源管理模块，与所述电池连接，用于为所述第一力平衡加速度计、第二力平衡加速度计和所述数据采集传输装置供电。优选地，所述连接杆与所述长杆的一端通过双自由度铰链活动连接。第二方面，提供一种桥梁梁体形变传感器，包括：安装架，包括长杆、短杆和连接杆，其中，所述长杆两端设置有固定座，所述短杆与所述连接杆固定，所述连接杆与所述长杆的一端活动连接，所述短杆仅在与所述连接杆连接的一端设置有固定座；第一力平衡加速度计，设置于所述短杆远离固定座的一端，用于检测所在位置的纵向振动加速度输出第一模拟检测信号；第二力平衡加速度计，设置于所述长杆上，用于检测横向角加速度和纵向振动加速度输出第二模拟检测信号；数据采集传输装置，与所述第一力平衡加速度计和第二加速度计连接，用于将所述第一模拟检测信号和第二模拟检测信号分别转换为第一数字检测信号和第二数字检测信号并向数据处理装置传输。本技术通过设置双杆式安装架，两端固定安装架的长杆，同时将安装架的短杆通过连接杆活动连接到长杆的一端，并且仅固定短杆靠近连接的一端。同时，在安装架的短杆和长杆上分别设置对应的第一和第二力平衡加速度计。由于短杆只有一端固定在梁体上，安装在短杆上的力平衡加速度计只感应梁体的纵向振动加速度，而由于长杆的两端都与梁体固定，安装在长杆上的力平衡加速度计既可以感应梁体的纵向振动加速度，也可以感应梁体的横向角加速度。因此，将两个力平衡加速度计的输出相减既可以去除纵向振动加速度，由此，可以方便的获取横向转角参数。基于横向转角参数，可以方便地计算挠度等参数。因此，此过程不再依据积分拟合法来计算挠度，与桥梁结构无关，可监测任何类型的桥梁的竖向动挠度和横向动转角。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是本技术实施例的桥梁梁体形变传感系统的电路示意图；图2是本技术实施例的安装架的示意图。具体实施方式以下基于实施例对本技术进行描述，但是本技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。为了避免混淆本技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。图1是本技术实施例的桥梁梁体形变传感系统的示意图；图2是本技术实施例的安装架的示意图。如图1和图2所示，所述桥梁梁体形变传感系统包括安装架1、第一力平衡加速度计2、第二力平衡加速度计3、数据采集传输装置4和数据处理装置5。其中，安装架1、第一力平衡加速度计2、第二力平衡加速度计3和数据采集传输装置4构成了一个桥梁梁体形变传感器。数据处理装置5可以与多个这样的形变传感器通信连接。其中，如图2所示，安装架1包括长杆11、短杆12和连接杆13。短杆12用于固定第一力平衡加速度计2以检测梁体的纵向振动加速度。长杆11用于固定第二力平衡加速度计3以同时检测梁体的纵向振动加速度，也可以感应梁体的横向角加速度。具体地，长杆11两端设置有固定座14。所述固定座用于将长杆11与梁体固定。由于长杆两端均已梁体固定，因此，梁体的横向和纵向形变均会传到长杆并被设置与其上的第二力平衡加速度计3检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥梁梁体形变传感系统，其特征在于，包括：安装架，包括长杆、短杆和连接杆，其中，所述长杆两端设置有固定座，所述短杆与所述连接杆固定，所述连接杆与所述长杆的一端活动连接，所述短杆仅在与所述连接杆连接的一端设置有固定座；第一力平衡加速度计，设置于所述短杆远离固定座的一端，用于检测所在位置的纵向振动加速度输出第一模拟检测信号；第二力平衡加速度计，设置于所述长杆上，用于检测横向角加速度和纵向振动加速度输出第二模拟检测信号；数据采集传输装置，与所述第一力平衡加速度计和第二加速度计连接，用于将所述第一模拟检测信号和第二模拟检测信号分别转换为第一数字检测信号和第二数字检测信号并向数据处理装置传输；数据处理装置，与所述数据采集传输装置通信连接，用于根据第二数字检测信号和第一数字检测信号的差值输出表征横向转角的检测信号。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁梁体形变传感系统，其特征在于，包括：安装架，包括长杆、短杆和连接杆，其中，所述长杆两端设置有固定座，所述短杆与所述连接杆固定，所述连接杆与所述长杆的一端活动连接，所述短杆仅在与所述连接杆连接的一端设置有固定座；第一力平衡加速度计，设置于所述短杆远离固定座的一端，用于检测所在位置的纵向振动加速度输出第一模拟检测信号；第二力平衡加速度计，设置于所述长杆上，用于检测横向角加速度和纵向振动加速度输出第二模拟检测信号；数据采集传输装置，与所述第一力平衡加速度计和第二加速度计连接，用于将所述第一模拟检测信号和第二模拟检测信号分别转换为第一数字检测信号和第二数字检测信号并向数据处理装置传输；数据处理装置，与所述数据采集传输装置通信连接，用于根据第二数字检测信号和第一数字检测信号的差值输出表征横向转角的检测信号。2.根据权利要求1所述的桥梁梁体形变传感系统，其特征在于，所述第一力平衡加速度计和第二力平衡加速度计均为MEMS力平衡加速度计。3.根据权利要求1所述的桥梁梁体形变传感系统，其特征在于，所述固定座为铁磁材料固定座。4.根据权利要求1所述的桥梁梁体形变传感系统，其特征在于，所述长杆和所述短杆采用聚甲醛-铁氟龙(POM+PTFE)复合材料制成。5.根据权利要求1所述的桥梁梁体形变传感系统，其特征在于，所述数据采集传输装置包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：何先龙，杨学山，佘天莉，赵立珍，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，北京腾晟桥康科技有限公司，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23